【学术前沿】微生物合作与冲突:揭示肠道生态系统中的相互作用

学术   2024-09-04 19:30   浙江  


人体肠道菌群构成了一个庞大而复杂的微生物群落,肠道微生物生态系统的稳定和平衡与宿主的整体健康密切相关,阐明肠道微生物间高度复杂的相互作用可以揭示其是如何影响宿主健康的。


本文介绍肠道微生物成员之间竞争或合作关系,对揭示各微生物群落的互作机制及肠道微生态至关重要。


作者阐述了四类肠道微生物相互作用方案,分别是干扰竞争资源利用型竞争积极型互作共生互作,在干扰竞争中主要依赖分泌抗性物质对周围菌种进行抑制,其中包括VI型分泌系统、VII型分泌系统和细菌素分泌。



上图为典型的干扰竞争模式图,肠道内的细菌竞争可以通过T6SS或T7SS等接触依赖性分泌系统介导,它们向宿主细胞或环境中注射毒性效应物来溶解邻近细胞。此外,细菌可以通过将细菌素直接释放到环境中或通过MVs携带来伤害远处的细胞。


在资源利用型竞争中,特别是那些具有相似生态位偏好的生物,可以通过更有效地消耗有限营养物质或释放消耗营养物质的分子来限制竞争对手。


在肠道环境中,竞争表型不是固定的。在低种群密度时,生物会争夺共享资源。随着种群密度的增加和资源水平的降低,这种相互作用转变为干扰竞争。


在微生物群落中,两类竞争模式可以共存,每种竞争类型的相对重要性可以根据特定的生态环境和竞争物种的特征而变化。



除了争夺营养物质外,同一生态系统内的细菌还可以进行互利互惠的积极互动。上图展示肠道微生物之间的积极相互作用,本文将其分为三种主要类型:共生、互惠和合作。


如今越来越多的实证和理论研究表明,微生物之间的积极相互作用是普遍存在的,菌群之间的代谢差异可以通过互补的生物合成能力提供生存优势。


共生是两个物种之间单向的积极相互作用,其中一个物种在不造成任何伤害或为其他物种提供帮助的情况下获得更多利益。基于培养的研究表明,共生是细菌群落中最常见的积极相互作用。


互惠是指不同物种的个体之间为了双方的利益交换代谢产物,可通过共向性、相互/双向交叉喂养、互惠主义和协同作用等模式去扩大相互作用个体的代谢生态位,促进肠道微生物多样性,防止竞争排斥。


如前所述,互惠和共生涉及不同物种之间的相互作用,而本文描述的合作意味着种内相互作用,这种相互作用可以增强具有特定基因型的邻近细胞的适应性。



作者通过对体内和体外肠道细菌相互作用的全面和系统的研究,揭示了肠道微生物群稳定性和多样性的复杂机制。但关于微生物的相互作用,还有很多东西要发现。这一领域的持续探索对于提高我们对肠道微生物群的理解和开发新的策略来调节其治疗目的是必不可少的。


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参考文献:

【1】Wang, S., Mu, L., Yu, C., He, Y., Hu, X., Jiao, Y., … Bao, H. (2023). Microbial collaborations and conflicts: unraveling interactions in the gut ecosystem. Gut Microbes, 16(1). https://doi.org/10.1080/19490976.2023.2296603


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