科研 | mSphere：多菌种肠道微生物群落中病原菌与共生菌个体间相互作用的研究( 二 )

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图1 用于量化混合生物膜中单个物种管道的示意图。样本为PMA（单氮原）处理，以确保只有活细胞的基因组DNA定量。治疗后，将细胞裂解，提取DNA ，然后对DNA进行QPCR定量，随后转化为细菌数。2 跟踪微生物群群落内的单个物种作者首先在一个包含9种生物的混合生物膜中跟踪单个物种的数量。在孵育至72小时的不同时间后检测到所有9个物种（图2）。青春期双歧杆菌和卵形双歧杆菌在早期（72小时前）均呈阳性趋势，而热带双歧杆菌保持不变，所有其他物种的数量均减少。 72小时时，所有物种的数量都出现了衰退，这意味着培养基中有毒副产物的积累，或营养耗尽。接种物中某些物种（类杆菌和类杆菌）的较低细菌数量（尽管通过光密度使数量正常化）似乎影响其在混合生物膜中的数量。结果表明，生物膜内的物种，甚至同一属内的物种，表现出不同的行为，类杆菌在最初的48小时内有阳性、中性和阴性趋势。值得注意的是，当混合生物膜与单一细菌物种生物膜进行比较时，某些群落成员的数量有显著变化。与单一生物膜培养物相比，混合生物膜中的卵双歧杆菌和汉森布氏杆菌的数量在24小时时有所增加，而其他成员，如海洋双歧杆菌、真杆菌和大肠杆菌的数量则分别减少了80倍、25倍和20倍，这些差异进一步表明，单个细菌的动态受细菌群落内相互作用的影响。此外，作者还测试了选定的成对细菌物种，以比较它们在双物种生物膜和微生物群生物膜中的行为。作者研究了大肠杆菌培养与选定的物种是代表不同的门包括在群落。对于大肠杆菌而言，当与任何一种除颚形瘤胃球菌外的细菌一起孵育时，细菌数量没有变化，这与混合群落中24小时内未变化的大肠杆菌数量相比（图2）。然而，在与大肠杆菌共培养的生物膜中，多雷双歧杆菌和汉森双歧杆菌生长得更好，而青春期双歧杆菌和颚形瘤胃球菌生长得不太好，与各自的生物膜单一培养物相比，早熟粪杆菌保持不变。这些生长行为不同于微生物群落中观察到的（图2）。因此，双物种生物膜相互作用与微生物群落中观察到的相互作用有很大的不同。

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图2 长期追踪的9种肠道微生物群，使用PMA-qPCR追踪混合生物膜内细菌数量的物种特异性变化。 CT值使用我们的管道进行转换来表示细菌总数。图中显示了混合生物膜内6、24、48、和72小时的个别物种的细菌数。下表总结了通过anova和事后图的多次比较测试计算出的不同物种在时间上的显著差异。 P值：ns ，不显著；****, P < 0.0001; ***, P < 0.001; **, P < 0.01; *, P <0.05 。数据显示的是三个独立生物实验的平均值，一式三份。错误栏表示标准偏差。3 微生物群的种类会干扰艰难梭菌的粘附性和生长为了研究肠道病原菌对肠道微生物群落动态的影响，作者选择了艰难梭菌作为医院内病原菌。首先，为了研究微生物群对艰难梭菌粘附的影响，跟踪了在有和没有艰难梭菌的情况下6小时内粘附生物膜的形成。测量了能够粘附在24孔聚苯乙烯板上的初始接种物的百分比。当艰难梭菌与微生物群一起培养时，与艰难梭菌单一培养对照相比，在艰难梭菌中观察到初始粘附显著减少（图3A）。虽然显著，但这种减少很小，单独培养时，初始接种物的粘附率为5% ，微生物群的粘附率为2% 。关于微生物群，作者发现当与艰难梭菌一起培养时，粘附的细菌数量显著增加。大肠埃希菌、青春期双歧杆菌和瘤胃球菌在统计学上存在显著差异，但这种趋势在所有物种中普遍存在（图3A）。在这个早期阶段，大肠杆菌似乎占主导地位，其原始接种物的粘附量远远超过任何其他物种。大肠杆菌是目前唯一的兼性物种，因此任何残留在还原培养基中的氧气都可能为它提供了一个最初的开端。作者研究了生物膜形成过程中对艰难梭菌的影响（图3B）。在这里，微生物群影响艰难梭菌的生长，与艰难梭菌单一培养对照相比，在所有时间点都显著降低了艰难梭菌的生长。这一影响在24小时最高，微生物群导致难扩散菌数量比单培养对照下降20倍。由于粘附后抑制作用的增强，艰难梭菌数量的减少很可能是由于微生物群对艰难梭菌生长产生负面影响，而不是难粘附艰难梭菌。在艰难梭菌存在下，作者跟踪了构成代表性微生物群的九种物种中的每一种（图4）。与微生物对照相比，作者发现艰难梭菌的存在具有从中性到阳性的效果，其中6种对B. dorei、B. Hanseni、B. ovatus、大肠杆菌、F. Prusniziii有小但显著的差异，而在6h和/或24 h和48 h时，苦参虽然能增加微生物群的初始结合，但其作用并不长期。在这两种情况下，无论是先前的轨迹， 72 h的数量都有所减少，这可能是由于培养基中缺乏足够的营养物质或在这个后期，副产物的有毒水平积累所致。