原文献信息：Sadiq FA, De Reu K, Steenackers H, Van de Walle A, Burmølle M, and Heyndrickx M. Dynamic social interactions and keystone species shape the diversity and stability of mixed-species biofilms – an example from dairy isolates. ISME Commun. 2023; 3, 118.
摘要：
在混合物种生物膜中识别物种间的相互作用是微生物生态学研究中的挑战。之前报道了一个由四种细菌组成的生物膜模型，包括从经过清洁和消毒的乳制品巴氏灭菌器表面分离的嗜根寡养单胞菌（Stenotrophomonas rhizophila）、地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）、乳微杆菌（Microbacterium lacticum）和印度热泉杆菌（Calidifontibacter indicus）。这些细菌产生的生物膜质量是单独培养的总和的3.13倍。本研究证实，所观察到的群落协同作用源于动态的互作，涵盖了共生、剥削和抑制作用。乳微杆菌被认为是关键物种，因为它促进了其他所有物种的生长，从而导致了生物膜质量的协同效应。在没有乳微杆菌的情况下，其他三种物种之间的相互作用也对生物膜质量的协同效应有所贡献。一些组合中细菌的无细胞上清液显示了生物膜诱导效应，揭示了所观察到的协同作用的本质，并且将额外的物种添加到双物种组合中，证实了生物膜群落中存在更高层次的相互作用。我们的研究为理解生物膜中的细菌相互作用提供了依据，这可以用于通过相互作用介导的方法来培养、设计和工程化合成的细菌群落。
结果：
结果表明，在三种细菌（嗜根寡养单胞菌、地衣芽孢杆菌和乳微杆菌）共培养时，生物膜质量出现了强协同作用，生物膜总质量比单一培养时增加了2.65倍。当第四种细菌印度热泉杆菌加入后，生物膜质量进一步增加了21%。通过研究细菌在双物种和多物种培养中的相互作用，发现了多种相互关系，包括共生（+ / 0）、损害（0 / -）和剥削（+ / -）。
在双物种培养中，乳微杆菌刺激了其他所有物种的生长，尤其与嗜根寡养单胞菌形成了共生关系，嗜根寡养单胞菌的生长提高了约2个对数单位（CFU/cm²）；乳微杆菌与地衣芽孢杆菌和印度热泉杆菌的关系则是剥削性的，后两者的生长分别增加了1.4和2个对数单位；嗜根寡养单胞菌与印度热泉杆菌的相互作用被归类为损害，嗜根寡养单胞菌轻微减少了印度热泉杆菌的生长，但自己未受到影响。
在三物种和四物种生物膜中，发现了更复杂的高阶相互作用。三物种组合（SR-BL-ML）中的生物膜质量比单物种总和增加了2.65倍，且嗜根寡养单胞菌在该组合中占据绝对优势。印度热泉杆菌的加入进一步影响了其他三种细菌的相对丰度。研究还发现，乳微杆菌是这一生物膜群落的关键物种，它在大多数协同组合中发挥了重要作用，通过刺激其他细菌的生长，增加了生物膜的整体质量。
pH变化也反映了各物种的相对生长情况。例如，乳微杆菌降低了培养基的pH值，而嗜根寡养单胞菌和地衣芽孢杆菌则增加了pH值，表明它们的相对生长优势。此外，在24小时的生物膜生长动态中，嗜根寡养单胞菌和地衣芽孢杆菌的细胞数显著增加，而乳微杆菌的相对丰度在早期占主导地位，但随着时间推移逐渐减少。
总的来说，研究揭示了双物种和多物种生物膜中的复杂相互作用，尤其是关键物种乳微杆菌在促进群落生物膜质量增加中的重要作用。
文中图表：
