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口腔细菌因人类生病与否而改变饮食

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-08-18  来源:凤凰科技  浏览次数:12

  根据美国德克萨斯的高等计算中心(TACC)利用超级电脑进行的一项研究,我们在生病时口腔里的细菌会发生极大的改变。科学家们表示这些令人惊讶的发现可能导致开发更好的方法阻止甚至逆转牙龈疾病牙周炎、糖尿病和克罗恩氏病。

  美国德克萨斯州大学奥斯汀分校传染病中心主任、分子生物科学教授马文·怀特利(Marvin Whiteley)带领的这项研究被发表在期刊《mBio》上。“我们试图查明的是当你健康(http://www.chemdrug.com/article/7/)或者生病时这些细菌的特征行为。最重要的发现便是它们的行为差异巨大。”

  细菌会共享营养物质,一个物种在与另一个物种持续发生相互作用时,它甚至以后者为食。“我们的发现便是这种共享以及它们之间的相互作用因人类个体健康状况的不同而会发生急剧的变化。”

  研究人员利用猎枪宏基因组测序——一种非定向的方法研究细菌群落的所有遗传物质。怀特利和同事分析(http://www.chemdrug.com/sell/76/)了TACC的Lonestar 和Stampede超级计算机搜集到的RNA。结果出人意料,在人体内微生物的数量,主要是细菌, 比人类细胞数量还要多,两者比例大约为10:1。科学家们已经鉴别了每个人体内生活着的10000多种不同的细菌物种。这些微生物群落集体被称为人类微生物组,这是根据长达5年、耗资1.15亿美金、由国家卫生研究院(NIH)于2008年发起的人类微生物组计划。

  “最简单的方法便是将它们看做所有生活在你体内和体表的细菌集合,” 怀特利说道。“我们不仅将它们看做细菌,更是遗传物质的组合。它们的DNA是什么?由此我们可以推断这些细菌对我们可能产生的影响。”

  研究的第一步是将收集到的菌斑样本里的RNA隔离出来。研究合作作者、怀特利实验室的博士后研究员基斯·特纳(Keith Turner)解释道。“对于了解计算机的人来说,RNA就像RAM(随机存取存储器),也就是细胞的内存储器。”RNA样本就像存储图片或者‘磁心信息转储’,揭示了它所属细菌的过程,而这些细菌目前仍是未知数。不幸的是,你无法获得这一活动的全部信息,因为样本里有太多分子。

  “但是你能做的便是尽可能获得你可以得到的,然后测序对它们进行扼要描述,这主要是借助某些近期的技术进步。然后就是一个寻找的问题。”特纳搜索了元基因组的数据库,后者本质上来说就是一个从环境采样,而非实验室内培育的巨大的基因交流站。他寻找那些与NIH人类微生物组计划相匹配的样本,一次匹配就揭示了一个基因来自于样本里的哪个细菌,特纳记录下了每一对匹配。“你可以想象,这种猎枪方法需要进行庞大的计算,这便是我们寻求TACC帮助解决某些这类问题的原因。”

  这些问题究竟有多大呢?

  160000多个基因,产生了2800至8500万个RNA片段读数,其中包括每个样本里1700万个mRNA读数。他们的主要发现显示了当人类是健康或者疾病时,细菌的行为是有差异的。“从健康到疾病的转变中,细菌最大的变化便是它们改变了新陈代谢。” 怀特利说道。换句话说,以另一个事物,例如果糖为食的一个细菌物种在人类生病时可以转变为以另一种糖为食。

  “利用台式电脑运行这样的分析可能需要一周至两周,但我们在TACC运行它只需要几个小时的时间。Stampede使得我们可以同时使用6400台台式电脑。生物学里有很多问题可以受益于这种超级计算的方法。”

  怀特利发现牙周炎非常有趣,因为它是地球上最普遍的疾病之一。“这是一种非常有趣的疾病,因为无论你健康还是疾病,你口腔里的细菌都是同一类。我们的研究表明你口腔里究竟有什么细菌并不重要,因为这些细菌群落的活动都非常相似,因此健康的群落有这种新陈代谢,无论组成群落的细菌是哪些。而疾病的群落又有非常不同的新陈代谢,组成它们的细菌也无所谓是哪些。”

  怀特利将我们牙龈里发生的情况与非洲大草原的生态系统相对比。“动物”之间的相互作用才是关键。“大草原里有狮子、猎豹、牛羚以及其它生物。如果你将它们看做是一个群体,那一切才有意义,但如果你选取热带草原里的一公顷并观察它,那么可能意义就不大,因为在这一公顷面积里可能一头狮子也没用,因此为了理解动物之间的相互作用,你需要更大更广的背景,这便是这项研究所做的。”

  根据人类微生物组计划的科研结果,细菌群落里有害细菌变得越来越多的转变主要与广泛的疾病有关,例如牙周炎、糖尿病和克罗恩氏病。怀特利表示他的研究将对人们有益,或可以帮助研发生物标记,以预测一个人是否即将生病。“如果你能够提出快速评估细菌群落行为的方法,并由此预测个体是否处于从健康到疾病的过渡期,并提供某种预防措施。”

  “你可以轻易的操控细菌群体,你只需要进食一些其他的食物来改变它们的饮食。我们的实验室已经有一些初步想法,随着研究的不断渗入,它们可能变得越来越普遍。医疗(http://www.chemdrug.com/invest/253/)将在未来10至50年间发生翻天覆地的变化,我们将思考更多相关的问题,例如我们的微生物组究竟在做什么?它是否会对你生病与否产生影响?

 
 
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