水库虫研究表明为什么胃病原体难以根除

胃内的细菌幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)在胃中存活 - 一种地狱般的，翻腾的盐酸大桶 - 通过在器官的坑状腺体内部钻孔并建立擅自占地者的权利。斯坦福大学医学院的研究人员已经了解到，一旦胚芽开设了商店，即使是相同品种的竞争菌株也无法取代它，甚至分享它的藏身之处。

该研究结果将于5月2日在PLoS Biology上发表，提出了关于益生菌方法有效性的问题，其中“好”的细菌被摄入以试图取代“坏”细菌。然而，研究结果还暗示可能有效的方法来处理可能危及生命的幽门螺旋杆菌菌株，这些菌株现在栖息在每两个人的胃中。

“这项研究改变了我们对幽门螺旋杆菌等微生物如何在体内建立慢性持续性的思考方式，”该研究的资深作者，儿科和微生物学与免疫学副教授Manuel Amieva博士说。第一作者是前研究生Connie Fung博士。

幽门螺杆菌是胃溃疡和胃癌的主要原因。幸运的是，绝大多数受感染的人一生都没有症状：只有10-15%的感染者得了溃疡，只有1%感染了胃癌。

此外，有理由认为幽门螺杆菌感染，自我们物种的早期以来与人类共存，可能具有一些优势。例如，幽门螺杆菌感染与哮喘和其他过敏的发生率较低有关。这种上升趋势与幽门螺旋杆菌不良反应的低发生率和高影响性相结合，使得医学研究人员暂停考虑从我们所有的胃中预先根除它的方法。替换友好的“设计师”菌株可能更明智。

但研究显示，这并不容易。

成功别人失败的地方

从生态学的角度来看，幽门螺旋杆菌已成功地在几乎所有其他细菌害虫都失败的地方取得了成功。它已经发展出长期持续存在的能力 - 通常是一个人的整个生命 - 在胃中，其强烈的酸度，迅速改变的化学成分和快速的细胞更新使其成为微生物遇到的最恶劣的环境之一。

尽管幽门螺旋杆菌对抗生素敏感，但这些药物不能完全清除微生物的胃并不罕见。“重新出现的菌株总是与被认为已被根除的菌株相同，”Amieva说，这表明存在一些利基，其中幽门螺杆菌可以找到避难所并安全地补充其数量。但到底有多么不清楚。

幽门螺旋杆菌是一种螺旋形微生物，配有一簇称为鞭毛的旋转，毛发突起，使其能够在水性液体介质中自由游动或钻入粘性液体中。微生物学家长期以来一直认为它可以通过隐藏在胃部的粘液层中避免溶解在胃酸的海洋中，并保护消化器官免受其产生的酸的侵害。

这是故事的一部分。但是这项新的研究揭示了这种虫子更安全的生存策略：将自己转向一个无数的坑状腺体，这个腺体点在胃的内表面上，然后抵挡所有的角落。

在2015年发表的一项研究中，Amieva的研究小组发现幽门螺杆菌存在于胃腺体内。但为什么微生物会选择在那里闲逛并不明显。

Amieva说，这项新的研究表明，一旦特别耐寒或幸运的个体幽门螺杆菌菌株成功定殖腺体，由此产生的“创始人”菌株即使是基本相同菌株的成员也难以驱逐。这仍然是神秘的，但可能与每个腺体只有一个微小入口点的事实有关。

发光的绿色和红色

研究人员用两种版本相同的幽门螺旋杆菌菌株接种小鼠的胃，不同之处仅在于一组经过基因改造，因此在激光刺激时发出荧光绿光，而另一组则被修改为发红光。后来，科学家们可以观察到不同颜色的菌株在沿着小鼠胃部长度的腺体内建立自己的成功。

科学家使用一种显微镜形式，允许他们将焦点移动到完整组织的连续深度，而不是查看单独的薄组织切片。他们还使用了一种称为CLARITY的技术，使组织透明而不会破坏其微观解剖学的完整性。这种组合让他们在三个维度上可视化幽门螺旋杆菌在胃腺深处的存在。

而不是随意混合 - 正如人们所预料的那样，如果一个“颜色”的虫子占据腺体没有任何障碍进入另一种颜色 - 两组幽门螺旋杆菌占据了不同的胃表面区域，表明对于给定腺体的初始占有者而言，这是一种独特的“先到先得”的优势，并进一步表明，在一个腺体中，“红色”或“绿色”幽门螺旋杆菌菌株将个体后代发送到邻近的腺体中。他们种下他们的旗帜，茁壮成长，排斥新人，繁衍并最终释放新的单细胞部队，以重复腺体逐渐的远征前进。

确切地说，细菌需要哪些工具来建立蹲便器在腺体中的权利仍然是猜测。但是当科学家用突变体幽门螺旋杆菌接种小鼠胃时缺乏指导其游泳方向的功能性化学传感器机制，这些虫子无法维持腺体中的专属集落。

这提出了如何消除我们体内存在的潜在致病性细菌菌株或如何用其他致病性较低的细菌菌株替代它们的问题。Amieva说，益生菌在实现这一目标方面尚未取得多大成功。

“找到一种能够在你希望它生存的器官中存活的良好益生菌菌株是不够的，”他说。“你需要为它创造空间。”

Amieva建议，一种可能的方法是找到一些方法，在处理它们之前从细菌中取出细菌，然后用毒力较小的菌株替换它们。