卷曲乳酸桿菌插圖。
提及微生物組,大多數(shù)人的第一反應是腸道、益生菌,或者是糞便微生物移植。但實際上微生物組是與人體共生的微生物(包括真菌、細菌和病毒)的遺傳物質的總和。陰道也是有微生物群的,只不過對它的研究落后于對其他身體部位微生物群的研究。
然而,這方面的研究很快也會升溫。這要歸功于馬里蘭大學醫(yī)學院(University of Maryland School of Medicine)的研究者發(fā)布的一種新工具VIRGO(Human Vaginal Non-redundant Gene Catalog)。它是從過去十年來許多不同研究中收集的數(shù)據(jù)匯總,能夠以前所未有的分辨率描繪陰道微生物群。該數(shù)據(jù)庫包含了陰道內活躍的細菌、病毒和真菌中大約100萬個基因的序列。
Jennifer Fettweis是弗吉尼亞聯(lián)邦大學(Virginia Commonwealth University)陰道人類微生物群落項目(Human Microbiome Project)的負責人,也是一位微生物學家。她表示:“這項研究對于加速發(fā)現(xiàn)新的陰道疾病的診斷測試和治療方法至關重要?!盕ettweis沒有參與此項研究,她認為公共數(shù)據(jù)庫VIRGO能夠幫助促進該領域的發(fā)展。她說道:“我認為論文的作者在這方面所做的研究是非常重要的?!?/p>
包括人類微生物群落項目在內,過去十年的研究成果已經(jīng)闡明了微生物在何種程度上在我們體內生存。最近的估計表明,人體內細菌的數(shù)目大約與人體細胞的數(shù)目相當。
這些細菌細胞并不是整天無所事事。在腸道中,微生物參與了各種重要的生命活動,比如消化、機體免疫甚至是維生素的生產(chǎn)??茖W家們認為,微生物在陰道中發(fā)揮著同樣重要的作用,但尚未能闡明它們的功能。因此,很多人希望VIRGO數(shù)據(jù)庫可以改變這種狀況。
VIRGO綜合了馬里蘭大學研究小組收集的264個陰道拭子樣本的宏基因組數(shù)據(jù),以及308個陰道菌株的全基因組序列。宏基因組測序幫助科學家們了解陰道的微生物組成,而宏轉錄組測序則有利于發(fā)現(xiàn)活躍表達的基因。最終的數(shù)據(jù)庫整合了陰道中300種不同的細菌表達的超過一百萬個基因。
在VIRGO應用的一個早期案例中,科學家展示了它如何幫助我們理解棘手的陰道失調疾病。在這個研究中,一名婦女罹患細菌性陰道病,這是一種由有害細菌過度生長引起的疾病,會引發(fā)不適甚至產(chǎn)生嚴重的并發(fā)癥,比如早產(chǎn)和不孕。
研究人員在她感染過程中不同時間節(jié)點收集陰道樣本,準確地繪制出了感染過程中細菌基因活性的變化。在癥狀出現(xiàn)之前,惰性乳酸桿菌( Lactobacillus iners)的菌群活性有所增加。雖然惰性乳酸桿菌的數(shù)目只占微生物群落的1%,但是它的活性極高,產(chǎn)生的基因產(chǎn)物占樣品基因產(chǎn)物總量的20%。盡管這項觀察僅基于一個病人,但以前的大型研究已經(jīng)報道了惰性乳酸桿菌與細菌性陰道病的關聯(lián)。然而,這是研究人員第一次發(fā)現(xiàn)這種微生物的活性在癥狀出現(xiàn)前就會增加。
“這是一個重大發(fā)現(xiàn),”馬里蘭大學醫(yī)學院的微生物基因組學家及這項研究的資深作者Jacques Ravel如是說。他解釋道,即使在微生物的數(shù)量相對稀少的情況下,VIRGO也能夠發(fā)現(xiàn)微生物的功能作用,這是這個工具的一大優(yōu)勢。Ravel也是盧卡生物科技公司(LUCA Biologics)的聯(lián)合創(chuàng)始人和首席科學家,這家生物科技公司致力于為女性健康開發(fā)實時療法,他還看到了使用VIRGO開發(fā)診斷檢查的潛力。
華盛頓大學醫(yī)學院圣路易斯分校(Washington University School of Medicine in St. Louis)的產(chǎn)科研究員Molly Stout沒有參與這項研究,她表示,“VIRGO不僅僅強調了菌群的組成,還增加了菌群功能的維度。”Fettweis對此表示贊同,她和她的團隊正試圖填補陰道微生物群落研究的空白。2012年,她和同事發(fā)布了一個數(shù)據(jù)庫,對陰道中存在的所有細菌種類進行了分類。她說,VIRGO提供了更高的分辨率,可以區(qū)分同一物種內的不同菌株。
常見的大腸桿菌可以幫助你理解為什么鑒定細菌菌株是至關重要的。大腸桿菌這個菌種包括了數(shù)百種菌株。大多數(shù)大腸桿菌生活在人和動物的腸道中,并被認為是有益健康的,它們中的一些可以幫助消化食物。但至少有200種大腸桿菌菌株是致病性的,可引起食源性疾病、腹瀉、尿路感染,甚至某些類型的腦膜炎。
陰道內的不同細菌菌株也可能有益健康或者引發(fā)疾病。卷曲乳酸桿菌(Lactobacillus crispatus)一直被認為是健康陰道的標志,因為它能夠產(chǎn)生乳酸,而乳酸能為陰道維持一個有益的酸性環(huán)境。但科學家們在VIRGO的幫助下第一次發(fā)現(xiàn),并非所有的卷曲乳酸桿菌菌株都是一樣的——它們的基因表達有著巨大的差異性。
Ravel表示:“這意味著,每個女性體內的卷曲乳酸桿菌群各不相同?!边@一發(fā)現(xiàn)可能會挑戰(zhàn)目前基于細菌序列設計益生菌的研究。Ravel解釋說,每種菌株都有不同的功能,這是一種“研究陰道微生物群的全新方式”。
Fettweis希望像VIRGO這樣的數(shù)據(jù)庫能夠開拓女性健康的追尋之路。隨著越來越多的研究組建立微生物組數(shù)據(jù)目錄并將他們的數(shù)據(jù)公開,她認為陰道微生物組的研究進程將會加快。她說:“我們的最終目標是將所有的信息匯集在一起?!?/p>
作者:Monique Brouillette
翻譯:董夢圓
審校:郭曉
引進來源:科學美國人
引進鏈接:https://www.scientificamerican.com/article/decoding-the-vaginal-microbiome/?print=true
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