鱼肠的实时成像将细菌竞争与肠道运动联系起来

近年来，许多疾病与肠道微生物群的变化有关。快速发展的益生菌行业通过开发主要围绕酶培养物和细菌构建的产品来针对肠道和肠道健康。但是一项新的研究表明，肠道的潜在健康和物理力量与肠道微生物群形成群落中的细菌一样重要，并提供了人类出生缺陷(称为先天性巨结肠症)所遇到的问题的见解。

2016年7月26日在俄勒冈大学开放获取期刊PLOS Biology上发表科学家们使用活体斑马鱼和三维显微镜实时跟踪肠道细菌之间的相互作用，导致意外发现：机械收缩将内容物通过肠道是细菌竞争的重要驱动因素。

“新发现可能有助于改善这些努力，并为胃肠系统疾病提供新的治疗方法，”物理学教授和该论文的通讯作者Raghuveer Parthasarathy说。“这项研究表明，宿主肠道的物理环境和活动可能是肠道细菌构成的主要决定因素 - 我们认为这种想法通常会影响我们如何解决健康和疾病问题。”

最初，研究人员使用标准的非成像技术来了解斑马鱼 - 气单胞菌和霍乱弧菌原生的两种细菌 -在幼虫斑马鱼肠道中显示出大不相同的丰度。当其肠道首先被气单胞菌定殖的斑马鱼被引入弧菌时，气单胞菌种群规模小且多变。Parthasarathy说，传统的解释将指出在Vibrio存在的情况下气单胞菌的生长速度降低，但研究人员决定深入研究。

为了寻找一种机制，研究人员转向了光片荧光显微镜 - 一种能够实现快速，高分辨率3-D成像的技术。使用早期在Parthasarathy实验室开发的定制装置，每20分钟对含有两种细菌物种的斑马鱼幼虫进行14小时成像，使研究人员能够精确地绘制肠道中的细菌种群。

这表明气单胞菌群体突然出现急剧下降，取决于弧菌的存在，随后反弹至正常增长率。该气单胞菌人口倒塌，研究人员发现，被绑定到肠蠕动，有节奏的收缩和肠道的放松。两种细菌物种对肠运动的反应不同。Partibarathy说，弧菌 “像一群蜜蜂一样蔓延，”并且没有被蠕动所扰乱，而气单胞菌聚集在特定地点导致它们被驱逐。

为了证实这种联系，研究人员检查了斑马鱼中的两种细菌，这种细菌携带一种导致肠神经系统丧失的突变，肠道神经系统是胃肠道组织衬里的脑状网络，可协调蠕动。在没有蠕动的情况下，细菌在没有竞争的情况下共存。

在人类中，这种突变是典型的先天性巨结肠症患者，这种先天性缺陷会影响大肠中的神经细胞和蠕动所涉及的肌肉。通常在婴儿出生后很快就会出现，它会导致被困的粪便，感染和肠道问题。“研究结果为患有蠕动问题的患者出现问题打开了一扇新窗口，”共同作者Judith S. Eisen说。“我们的工作为这些类型的宿主 - 微生物相互作用提供了新的见解，也可能引发对人类疾病治疗方法的新思考。”

另一位合着者Karen Guillemin指出，“大约30%的[Hirschsprung]患者会发生所谓的先天性巨结肠相关性小肠结肠炎，即结肠炎症，可能是这种微生物组改变的结果。我们的工作为可能导致炎症的因素提供新的机制见解。“