NAS的新成员揭示了动物如何选择好的微生物拒绝有害的微生物

Margaret McFall-Ngai，夏威夷大学海洋与地球科学与技术学院太平洋生物科学研究中心教授兼主任，是唯一一位在美国国家科学院成员的UH女性(NAS)。本周在美国国家科学院院刊上发表的就职文章，纪念她入选该国最杰出的科学团体之一，她和一个研究小组揭示了一种新发现的机制，通过这种机制，有机体选择有益微生物并拒绝有害微生物。那些。

哺乳动物(例如人)的内部微生物群落或聚生体是复杂的，因为它们需要许多细菌类型来实现健康功能。呼吸系统，输卵管和咽鼓管中的组织衬有纤毛 - 微观毛发状结构，从许多动物细胞的表面延伸出来。这些纤毛组织的核心作用是有效清除有毒分子和不良微生物;在主要由Janna Nawroth博士(现在波士顿Emulate公司)执行的工作中，由USF的数学建模师McFall-Ngai和Eva Kanso博士共同领导，这些纤毛组织也被选择性地招募有益微生物。，称为共生体。

“几年前，当生物医学界发现哺乳动物的所有这些表面都有一个丰富的共同进化的微生物群，一个促进这些系统健康的微生物组时，问题就变成了：他们是如何做到的 - 那就是他们通过什么机制选择好的微生物并拒绝有害的微生物呢?“McFall-Ngai解释道。

大多数动物的纤毛组织无法观察和研究。使用夏威夷短尾鱿鱼及其单一细菌共生体，Vibrio fischeri，作为模型生物系统，由生物力学家/生物工程师，应用物理学家，数学家，成像师，微生物学家和McFall-Ngai组成的合作研究团队，一个发展生物学家和生物化学家 - 调查了一个过程，通过这个过程，一个适当的共生物种被招募到宿主动物的微生物组中，排除了所有其他细菌。

这个模型系统为这样复杂的问题提供了一个特殊的窗口，因为鱿鱼只与一个共生物种合作，它使用复杂的纤毛表面的活动来选择。此外，这种动物的身体计划是这样的，研究人员可以使用显微镜观察沿着这个高度可接近的组织表面发生的过程。

“我们惊讶地发现两种不同的纤毛行为，”McFall-Ngai说。“一种行为是典型的长纤毛 - 非常有组织，纤维组的波浪一起跳动。这些纤毛领域用于将细菌伴侣集中到发生定植的区域。我们还发现了短纤毛的区域，但是数学建模和可视化表明，这些较短的纤毛用于混合宿主细胞的化学信号，以吸引伴生细菌。“

由于纤毛的结构和功能在整个动物的进化过程中都是保守的，因此本研究提供了对纤毛表面的基本功能的深入了解。

“有了这个起点，我们就可以开始确定整个系统，宿主细胞，它们的分泌物和它们的细菌伴侣如何通过致命的病原体来阻止这些组织的定植，例如导致百日咳，链球菌感染/风湿病的病原体。发烧和两种不同类型的肺炎，“McFall-Ngai说。“这些信息也可能有助于开发促进人体呼吸道，生殖道和排泄道中有益细菌伴侣获得和生长的方法。”

近三十年来，McFall-Ngai和PBRC研究员Edward Ruby使用鱿鱼 - 细菌共生系统来表征动物微生物组。他们发现影响动物发育的细菌和细菌伴侣驱动宿主的昼夜节律(每日)节律。

这些和其他见解有助于扩大曾经狭隘的微生物世界观。基于她在原创研究中的杰出和持续成就，McFall-Ngai于2015年入选NAS。选举NAS是科学领域的最高荣誉之一。