登上Nature!精准编辑“肠道微生物”,或可治疗疾病
2018/01/16
不久前,小编总结了2017年肠道微生物领域的多项重要进展!迈入新的一年,该领域的热度依然不减,一项“精准编辑肠道微生物可改善疾病”的新成果登上了最新一期的Nature!


图片来源:Science

在这项研究中,来自德克萨斯大学西南医学中心等机构的科学家们在结肠炎小鼠模型中,通过对肠道菌群的精准编辑,预防或降低了炎症的严重程度。

在多种疾病中,肠道微生物发生变化

被誉为人类“第二基因组”的肠道微生物,对我们的健康至关重要,它们能够帮助消化、培养免疫系统、抵御感染。然而,当这一微生物群体变得不平衡,也会成为一种负担,与多种疾病密切相关。

在人类中,已有成百上千种不同的细菌在肠道中被发现,不同个体之间的肠道菌群组成差别很大。科学家们也在多种人类疾病中观察到了肠道微生物组成的变化,如炎症性肠道疾病inflammatory bowel disease,IBD)、2型糖尿病、结肠癌、与HIV相关的肠道疾病,以及某些早产儿所患的坏死性小肠结肠炎。

与IBD相关的肠道细菌,代谢途径独特

IBD是一种慢性、终身的炎性疾病,包括克罗恩病和溃疡性结肠炎。目前,这种疾病还没有治愈或预防的方法。

肠道微生物中与IBD等炎症性疾病有关的一些细菌属于肠杆菌科(Enterobacteriaceae)。在健康的肠道中,这类细菌的数目很少,然而,在IBD患者和结肠炎小鼠模型中,肠杆菌科细菌会失控生长。


E. coli bacteria(图片来源:西南医学中心)

西南医学中心Sebastian Winter博士实验室近期发表在Cell Host & Microbe上的一项研究表明,肠杆菌科的成员产生能量和获取营养的方式与其他肠道细菌不同。它们似乎使用了独特的代谢技巧(径途)来支持其过度生长,并在疾病期间“排挤”有益的肠道细菌。

Winter博士解释道:“这些途径是独一无二的,因为,它们只存在于某些细菌中,且只在肠道炎症期间起作用。这恰恰为设计与肠道炎症有关的疾病(如IBD)的预防和治疗策略带来了机会。”


图片来源:Nature

找到一种方法,阻碍肠道细菌过度生长

也正是基于先前的这一发现,科学家们获得了最新发表在Nature上的这项新成果。Winter博士是论文的共同通讯作者。

研究中,他们利用钨(tungsten)的一种形式来抑制病原体的代谢技巧。结果显示,钨阻碍了肠杆菌科细菌产生能量的途径,减缓了致病菌的生长。在小鼠模型中,口服钨酸盐(tungstate)选择性地阻止了肠杆菌科细菌在肠道内“过度繁殖”,而附近的有益细菌并没有受到影响。

进一步分析发现,钨被细菌吸收后,无意融入了一种重要的细菌辅助因子中。这种携带了钨的有毒辅助因子无法正常发挥作用,影响了肠杆菌科细菌在发炎肠道产生能量的能力。

Winter博士强调:“值得注意的是,我们的这种方法只会抑制肠杆菌科细菌在肠道炎症期间‘爆发’,但不会完全清除它们。这是非常重要的,因为,在正常情况下,这类细菌也发挥了抵抗病原体的作用。”

只是概念验证实验,离用于人类治疗还很远

总结来说,这项研究显示,在结肠炎小鼠模型中,钨酸盐治疗使肠道菌群恢复到了一个更正常的状态,并减少了肠道炎症。尽管并没有治愈该疾病,但它改善了实验动物的整体健康状况。


Dr. Sebastian Winter(图片来源:西南医学中心)

Winter博士表示,传统的治疗方法通常聚焦在治疗人类宿主,但这些最新的结果带来了不同的可能,原则上,我们有望利用肠道细菌来为宿主带来积极的结果。

不过,他也强调:“我们现在只是在概念验证实验中利用钨来鉴定潜在的分子靶点,离将这些基础发现转化为用于患者的治疗方案还有很长的路要走。钨是一种重金属,可能会导致严重的副作用,如神经和生殖伤害。我们的目标是,找到一种能够产生类似效果的安全疗法。

参考资料:

Precision editing of gut bacteria: Potential way to treat colitis

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  • Precision editing of the gut microbiota ameliorates colitis

    Inflammatory diseases of the gastrointestinal tract are frequently associated with dysbiosis1,2,3,4,5,6,7,8, characterized by changes in gut microbial communities that include an expansion of facultative anaerobic bacteria of the Enterobacteriaceae family (phylum Proteobacteria). Here we show that a dysbiotic expansion of Enterobacteriaceae during gut inflammation could be prevented by tungstate treatment, which selectively inhibited molybdenum-cofactor-dependent microbial respiratory pathways that are operational only during episodes of inflammation. By contrast, we found that tungstate treatment caused minimal changes in the microbiota composition under homeostatic conditions. Notably, tungstate-mediated microbiota editing reduced the severity of intestinal inflammation in mouse models of colitis. We conclude that precision editing of the microbiota composition by tungstate treatment ameliorates the adverse effects of dysbiosis in the inflamed gut.

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