【PNAS】从有害菌变为有益菌，这类超小细胞是如何做到的？

生活在我们口腔里的微生物在许多方面影响着人类的健康，但我们还没有完全了解。一些细菌会引发炎症，造成牙周炎或其他系统性疾病，例如心血管疾病和糖尿病。其他口腔微生物则与特定类型的癌症密切相关。科学家们正在研究这些微生物之间、与我们的身体之间是如何相互影响的，以此来了解它们在健康与疾病中各自扮演的角色。

我们口腔内存在多种多样的细菌，他们隶属于候选门级辐射类群（CPR）。这些细菌特别神秘，因为他们极小，且与宿主细菌有着独特的共生方式，其中大部分尚未被科学家培育研究。一组名为TM7的细菌是CPR中唯一有待深入研究的。2014年，福赛斯研究所的研究人员何雪松（音译）博士首次将它培育出来。

为了更好的研究这些难以发现的细菌，何博士与他的同事—华盛顿大学的Jeffrey S. McLean博士—运用首次分离出的人类口腔TM7菌株，以及他的宿主细菌龋齿放线菌创建了一个新的模拟体系。他们用这个模拟体系来研究这些微小的细菌，以证实TM7如何适应人体环境这一猜想，并且为以前的基因组研究提供了实验数据。他们的研究结果于2022年1月3日发表于美国国家科学院院刊（PNAS）上。题为“Acquisition of Arginine Deiminase System benefits epiparasitic Saccharibacteria and its host bacteria in mammalian niche environment”。

科学家们已经在许多不同环境里发现了TM7，包括土壤，地下水和其他哺乳动物的骨骼中。研究表明在保持基因组大体相似的情况下，与其他环境相较而言，在人类口腔中发现的TM7是独一无二的，因为他们获得了以精氨酸脱氨酶系统(ADS) 编码的基因簇。

“这对我们来说非常有趣，因为在这类具有微小基因组的小型细菌从环境转移到哺乳动物的过程中，他们几乎没有发生基因组改变，” McLean博士说。

研究人员假设TM7以获取ADS为进化优势，来帮助它们适应并存活于人类的口腔中。

为了验证这一假设，该项研究的首位研究人员田静（音译）博士运用这个模拟体系来实验论证ADS对TM7x和其宿主细菌的作用与影响。它发现ADS可以帮助TM7x分解精氨酸，这一过程会产生化合物三磷酸腺苷（ATP）和氨气。随着ATP的大量增加，氨气增加了TM7x的传染性和繁殖力。它还能保护TM7x及其宿主细菌免受酸胁迫（这是微生物在人类口腔中经常遇到的情况，因为细菌以食物中的碳水化合物为食并进行代谢的时候会产生酸）。

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该实验最终表明，由于ADS的存在， TM7x可以在环境中生存更久。

“目前大部分对于CPR细菌的研究都基于非培养基因型研究法，运用这个TM7细菌模拟体系，我们可以直接验证一个由基因组分析而产生的假设，这有助于将CPR研究领域从以基因组为重点的研究转向以假设为驱动的研究，从而更好地理解它们的生物学特性。”何博士说。

北京大学口腔医院小儿牙科医生、福赛斯研究所访问学者田博士说：“通过TM7编译的ADS产生的氨提高了人类口腔微环境的PH值，这也引出了一个有趣的问题——蛀牙过程中TM7所扮演的角色。”在之前的儿童蛀牙研究中，田博士发现在治疗蛀牙后，TM7的数量显著增加。“我们认为这表明了TM7可能与无龋齿状态更相关，我们计划在这个领域做更多的研究。田博士说。

该研究也以大量的证据证明了TM7细菌对口腔健康的保护作用可能比研究人员最初认为的要大。例如，在之前的研究中，牙周病患者口腔中TM7的数量剧增，这令科学家们猜测该病症是由这类细菌引起的。然而近期，福赛斯研究所Batbileg Bor博士的研究呈现了相反的结论——TM7减少了小白鼠患牙周炎和骨质疏松的可能性。

“我们刚刚在人类体内发现的许多不同类型的超小寄生细菌，对于它们是如何影响健康和疾病的，我们还处于探索的初级阶段，” McLean博士说。

“这就是细菌模拟体系如此重要的原因，不仅仅是为了更好的了解TM7独特的生活方式，也是为了实验论证基于基因组研究或者临床观察的假设是否真的站得住脚，”何博士说：“如今，我们有一个可控的模拟体系来研究TM7，这确实是一个极大的进步。”（转化医学网360zhyx.com）

参考链接：https://www.eurekalert.org/news-releases/939108

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。