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让我们看看你舌头上的菌落长啥样

3月24日《Cell Reports》杂志上发表了一张图——人舌头表面的微生物群落——舌头上的细菌绝不是随机堆积的,它们其实有着非常复杂、高度结构化的空间组织。用文章作者,哈佛大学牙科医学院Gary Borisy的话说:它们更像是我们的身体器官。

人类口腔微生物群是一个复杂的生态系统。口腔内微生物群落的空间组织受多种因素的影响:包括温度、湿度、唾液流量、pH值、氧气以及擦伤或口腔卫生等干扰的频率。此外,微生物通过充当代谢物、营养物质和抑制剂(如过氧化氢和抗菌肽)的来源和接收器来影响它们的邻居。占据空间,微生物可在物理上排斥或结合其他微生物。

在现代微生物生态学领域,空间格局的研究相对较少。在临床领域,无论传统医学还是现代医学都讲究望闻问切,舌头被用来判断各种疾病的历史可追溯到公元前3-5世纪,东汉末年著名医学家张仲景建立“舌苔”概念,奠定了舌诊作为辩证论治的基础。

海洋生物实验室的微生物生态学家Jessica Mark Welch 也赞同舌苔影响或反映人体健康/疾病的观点。“医生常说的一句话便是‘伸出舌头’,舌头蕴藏着大量微生物,它是医学的传统参考点之一。”谁是下一个张仲景,帮助我们了解这些社群是如何工作?

在新研究中,研究人员使用了Borisy实验室开发的组合标记和光谱成像-荧光原位杂交(CLASI-FISH)技术,这项技术包括用多个荧光团标记给定类型的微生物,极大地扩展了单一视野下同时识别和定位的不同种类微生物的数量。

Borisy说:“我们的研究是新颖的,因为以前没有人能够以区分所有不同细菌的方式来观察舌头上的生物膜,可视化它们如何排列自己。以前大多数关于细菌群落的研究仅基于DNA测序,但是要获得DNA序列,你首先得研磨样本提取DNA,这会破坏所有神奇的空间结构。利用我们的CLASI-FISH技术成像,我们可以在保留空间结构的同时识别细菌。”

研究人员先取得了21名健康人舌头上主要细菌种类的测序数据,在测序分析指导下,通过CLASI-FISH以主要的属和备选物种为目标,获得了微生物群结构的全面视图:包括游离细菌、与宿主上皮细胞结合的细菌和组织成复合体的细菌——结构复杂的多层生物膜。


研究人员发现17个细菌属在舌头上很丰富,80%以上的人都有。群落结构呈斑块状,由单一类群控制的空间定位域组成。尽管它们的形状不同,但它们通常都有几十到几百微米长,有一个上皮细胞核心和一个清晰的边缘。所有受试者的舌头都有由放线菌、罗氏菌和链球菌三个属组成的复合体。放线菌经常位于核心附近,而罗氏菌则经常出现在朝向复合体外部的大斑块中。链球菌在最外部形成一层薄皮,在内部也形成静脉或斑块。

这项研究结果展示了我们舌头上的结构微生物群落模型。首先,细菌细胞单独或成群地附着在舌头表面的上皮上。在种群生长过程中,不同的类群相互推动,在支持其生理需要的微环境中迅速繁殖。这种差异性生长导致在更大、更成熟的结构中观察到斑块镶嵌组织。

这些图像还显示,一些能够还原硝酸盐的类群——放线菌、奈瑟菌、罗氏菌和韦荣球菌——在舌复合体中很突出。这强化了一种推断,即人类舌头表面的小突起是为了促进细菌的生长,这些细菌将唾液中的硝酸盐转化为亚硝酸盐,因为细菌的人类宿主基因不能编码亚硝酸盐。

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