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作为肠道起搏器的细菌

发表于 2018-01-08

 

 

消化道的自发性收缩在几乎所有的动物中都起着重要的作用,并且确保了肠道的健康功能。从简单的无脊椎动物到人类,一直有类似的运动模式,通过这种模式,肌肉的有节奏收缩促进了肠内容物的运输和混合。这些被称为肠蠕动的收缩对于消化过程是必不可少的。随着各种消化道疾病,如人类严重的炎症性肠病,正常蠕动受到干扰。迄今为止,很少有研究探索控制这些收缩的因素。现在,这是第一次,来自基尔大学(CAU)动物研究所的细胞和发育生物学(Bosch AG)工作组的一个研究小组已经能够证明肠道的细菌定殖在控制蠕动功能方面起着重要的作用。科学家们昨天发表了他们的结果 - 来自于淡水息肉Hydra的例子 - 在最新一期的科学报告。


肌肉组织正常自发收缩的触发器是所谓的神经系统起搏器细胞。在一个特定的节奏,没有任何外部的刺激,他们发出的电脉冲,最终到达肠壁的平滑肌,并导致他们收缩。虽然这样的冲动本身发生,但是它们的频率和强度却受到外部影响。简单的淡水息肉Hydra的例子告诉我们,有机体的细菌定居可以影响消化腔的收缩,很可能是通过调节潜在的起搏器信号来实现的,“研究负责人Thomas Bosch教授说。和合作研究中心(CRC)发言人1182“起源和功能的Metaorganisms”。与其他更复杂的生物不同,九头蛇真正意义上没有肠道。他们的简单的体腔,其中包括消化道的功能,周围组织也表现出与更高度发育的肠相关的典型收缩。


为了弄清如何在淡水息肉中调节蠕动,研究人员比较了具有典型细菌定植的正常水疱与用抗生素混合物将其微生物组完全去除的那些。相比之下,这些没有细菌定植的生物 -
也称为无菌息肉 - 收缩减少了大约一半。与此同时,运动的节奏也被打乱了,收缩之间的一些中断时间更长了。因此,Hydra中典型的微生物组的缺失损害了体腔中的蠕动。


在进一步的一步,科学家恢复无菌生物体中的特定细菌定植。最初,他们将在Hydra微生物组中发现的五种最常见细菌种类中的每一种分别引入无菌息肉中。事实证明,这种单独的细菌定植对收缩的频率和时间没有明显的影响。只有联合重新引入微生物组的五个主要代表才能使肠蠕动得到明显改善,但即使如此,收缩的方式也没有完全正常化。有趣的是,由殖民细菌产生的提取物具有类似的积极影响。


根据这些观察,基尔研究小组得出的结论是,只有天然的九头蛇微生物 - 以存在的细菌种类之间的平衡为特征 - 才能在蠕动过程中起重要的起搏器作用。他们发现,在这种情况下,细菌分泌的某些分子可以干预起搏细胞的调控机制。因此,细菌信号可能对自发性蠕动收缩的模式有决定性的影响。博斯强调说:“我们首次证明,在我们简单的模型生物体中,微生物组织在组织收缩频率和时间方面具有不可或缺的功能。


此外,进化古代模式生物Hydra的例子告诉我们,细菌共生体对多细胞生物的重要过程的控制已经在生命进化的早期就已经开始了,博世继续说道。这些突破性的成果对于医学研究来说是特别有希望的:“有机体和微生物体之间在调节肠蠕动方面的合作的基本解释将在未来帮助我们了解由于肠道运动中断引起的严重疾病的出现”,总结博世。

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