哈佛大学 显微照片显示罗夏细胞(浅蓝色)在它们的自然栖息地，一种从人类舌头上刮下来的细菌生物膜
荣誉:杰西卡·马克·韦尔奇，海洋生物实验室
细菌通常表现出很强的生物地理特征——一些细菌在特定的位置大量存在，而另一些则不存在——这导致了将微生物学应用于治疗学或益生菌时的主要问题:细菌是如何进入错误的位置的？当生物地理学变得“不正常”时，我们如何将正确的细菌添加到正确的位置？ 然而，这些问题有一个很大的障碍，细菌是如此之小，数量如此之多，具有非常多样和复杂的种群，这给理解细菌的哪些亚群生活在哪里，以及什么基因或代谢能力使它们在这些“错误的”地方茁壮成长带来了重大挑战
在《基因组生物学》杂志上发表的一项新研究中，哈佛大学领导的研究人员检查了人类口腔微生物群，发现生活在口腔某些区域的细菌亚群存在令人印象深刻的多样性
“作为微生物生态学家，我们对细菌似乎可以将任何栖息地分成不同的生态位非常着迷，但作为人类自己，我们也对微生物在我们体内的模式有着天生的好奇心，”主要作者丹尼尔·R说
完全，博士
D
哈佛大学生物与进化生物学系候选人
测序和生物信息学方法的最新发展提供了解开细菌群落复杂性的新方法
奥特和科琳·卡瓦诺
哈佛大学生物与进化生物学系的杰弗里生物学教授与芝加哥大学伍兹霍尔海洋生物实验室和福赛思研究所的研究人员合作，应用这些最先进的测序和分析方法来更好地了解口腔微生物群
“嘴是研究微生物群落的最佳场所，”合著者甲说
芝加哥大学医学部助理教授穆拉特·艾伦
“这不仅是胃肠道的开始，也是一个非常特殊和小的环境，微生物足够多样，我们可以真正开始回答关于微生物及其进化的有趣问题
" 口腔在不同区域含有数量惊人的特定位点微生物
例如，在舌头上发现的微生物和在牙齿牙菌斑上发现的微生物非常不同
“你舌头上的微生物更像是生活在别人舌头上的微生物，而不是生活在你喉咙或牙龈上的微生物！”艾伦说
研究小组搜索了公共数据库，下载了100个基因组，这些基因组代表了口腔中常见的四种细菌，副流感嗜血杆菌和罗夏属的三种口腔细菌，并以它们为参考，调查了从人类微生物项目(HMP)的数百名志愿者口中取样的它们的亲属
阿特说:“我们用这些基因组作为起点，但很快就超越了它们，去探索生活在我们嘴里的数万亿细菌细胞之间的全部遗传变异。”
“因为，归根结底，这才是我们好奇的，而不是那些已经被测序的武断的少数
" 使用这种最近开发的称为宏基因组学的方法，它将宏基因组学(在一组相关细菌中发现的所有基因的总和)与宏基因组学(对来自一个社区中所有细菌的总DNA的研究)相结合，使研究人员能够对微生物的基因组进行深入检查，这导致了一个令人震惊的发现
“我们发现了巨大的可变性，”阿特说
“但我们对口腔不同部位的变异模式感到震惊；特别是在舌头、脸颊和牙齿表面之间
" 例如，在一个单一的微生物物种中，研究人员发现了与口腔中一个单一的不同部位密切相关的独特的遗传形式
在许多情况下，研究小组能够识别出少数可能解释特定细菌群特定栖息地的基因
应用宏基因组学，研究人员还能够识别出人们口中自由生活的细菌与其实验室培养的亲戚不同的具体方式
“这些技术提供的分辨率——通过直接比较“驯化”和“野生”细菌的基因组——允许我们逐个基因地剖析这些差异，”卡瓦诺指出
“我们还能够鉴定出新的细菌菌株，这些菌株与我们培养的菌株相关，但又不同
" 卡瓦诺说:“在确定了一些能够决定对特定栖息地的适应性的非常强的候选细菌之后，我们想通过实验来检验这些假设。”
这些发现可能是解开靶向益生菌的关键，科学家可以利用对每种微生物栖息地要求的了解，设计有益微生物在特定的栖息地着陆
海洋生物实验室的副科学家、合著者杰西卡·马克·韦尔奇说:“口腔非常容易接近，因此人们长期以来一直在研究口腔中的细菌。”
“我们观察的每个环境都有这些非常复杂的细菌群落，但为什么会这样呢？”马克·韦尔奇说
“了解这些群落为何如此复杂，以及不同细菌如何相互作用，将有助于我们更好地理解如何修复损害我们健康的细菌群落，告诉我们哪些微生物需要去除或重新加入
" 这项研究和其他类似的研究可以为口腔微生物在人类健康中的作用提供新的见解
奥特说:“在微生物生态学中，识别栖息地适应背后特定基因的能力多少有点像‘圣杯’。”
“我们对自己在这一领域的贡献感到非常兴奋！”
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