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MICROBIALECOL:斑马鱼揭示适应性免疫和肠道菌群的关系

2017年04月21日 浏览量: 评论(0) 来源:环特生物 作者:环特生物 责任编辑:admin
摘要:越来越多的证据表明,免疫系统可以作为人类和动物模型中微生物群落的生态过滤器。通过记录斑马鱼发展过程中肠道微生物群落的组成变化可以发现,21 dpf后,尽管养殖条件和饮食水平不变,微生物群组成还是发生了重大变化。

适应性免疫是仅存在于颌类脊椎动物中的一种迷人的生物学现象,特征是其在个体生命过程中有修饰受体谱系的能力,并且“记住”与先前病原体的相遇,使其更容易预防或治疗同一病原体的后续感染。适应性免疫在抗病性中的作用都有很好的记录,然而其在共生微生物群落中的作用尚不清楚,并因此引发出了一个新兴的概念模型——“生态过滤器”。

 

越来越多的证据表明,免疫系统可以作为人类和动物模型中微生物群落的生态过滤器。全基因组关联研究和数量性状位点定位研究发现免疫基因与人和小鼠微生物群组成之间存在显著的相关性。此外,已经有研究证明免疫受体与肠道微生物群体间的物理相互作用,影响其组成和多样性,进而影响宿主的健康。

 

宿主适应性免疫系统的直接操作也显示了肠道微生物群的显著变化。然而这些研究,特别是那些在小鼠中的研究通常样本量小,或者其设计不能从不同笼子里的不同表型的小鼠中区分出基因型特异性,并且很少有研究能明确地看出各种笼子中的生态过滤功能。

 

斑马鱼是测试适应性免疫过滤效果的优秀模型,因为斑马鱼可以同时弥补小鼠和人类研究的许多缺点:1. 斑马鱼具有与哺乳动物非常相似的适应性免疫系统;2. 来自单一育种对的大量个体可以在单个实验中被使用;3. 可以容易地操纵养殖条件,并且共享环境可以全面抽样;4. 虽然在孵化时先天免疫是有活力的,但斑马鱼的适应性免疫力在21和28 d之间才能完全发挥作用,这就允许实验者更容易地解决对免疫方式的区分。

 

通过记录斑马鱼发展过程中肠道微生物群落的组成变化可以发现,21 dpf后,尽管养殖条件和饮食水平不变,微生物群组成还是发生了重大变化。通过将数据拟合为只有中性群落构建过程的生态模型,例如个人的分散和随机损失,可以发现适应性免疫力作为肠道微生物的生态过滤器对群落的发展提供了变数。

 

中性模型适应发展趋势,这意味着随着斑马鱼的发育,生态过滤器在形成肠道微生物群时变得更为重要。从这些结果来看,研究者们猜测主体增加肠道微生物群落过滤时间的方式之一是通过适应性免疫系统的成熟。

 

由于在共同的环境中,宿主因子可能传播微生物和/或宿主因子,非常有理由怀疑适应性免疫系统作为生态过滤器的能力可能会因其他鱼类的存在而改变。因此,研究者分别通过分离或混合基因型,创造出具有低或高潜力的野生型和rag1-宿主之间传播的处理(图1)。我们假设,通过宿主基因型增加野生型和rag1 -hosts之间的传播潜力将压倒适应性免疫的影响,使得他们的群落更类似于rag1群落。

 

为了确定适应性免疫是否是成年斑马鱼肠道微生物群体的重要生态过滤器,研究者们比较了野生型(适应性免疫存在)和rag1-(适应性免疫无活性)宿主的肠细菌群落,并针对适应性免疫作为过滤器的作用提出了四个主要假设:

 

(1)由于B细胞和T细胞受体的体细胞重组,适应性免疫对每个宿主的肠道微生物具有个体化作用,导致野生型宿主群体组成与rag1宿主之间的差异更大;

(2)适应性免疫的过滤效果将导致野生型和免疫缺陷型宿主的组成之间的明显差异;

(3)适应性免疫作为宿主环境中微生物的过滤器,导致环境水域与具有功能性免疫系统的宿主的肠道微生物群体之间的差异较大;

(4)在rag1宿主中通过适应性免疫的缺乏过滤导致肠组织微生物群中的中和装配过程中更大的作用。

对不起,暂无资料。
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