由芝加哥大學一個團隊領導的科學家們已經(jīng)證明了免疫系統(tǒng)的遺傳差異如何影響定居于胃腸系統(tǒng)的細菌群落的類型。他們的研究在用常規(guī)飼養(yǎng)的動物的微生物群定殖的無菌小鼠中發(fā)現(xiàn)，盡管供體微生物組的組成是決定受體微生物組的關鍵因素，但受體免疫系統(tǒng)的遺傳差異也發(fā)揮了作用。“將輸入標準化后，您可以比較不同遺傳株的小鼠，并觀察這些遺傳學對受體小鼠中微生物組的作用，”該團隊研究的資深作者Alexander Chervonsky醫(yī)學博士說。在單元格報告中。Chervonsky及其同事在題為“ 多態(tài)免疫機制調(diào)節(jié)共存庫”的論文中報告了他們的發(fā)現(xiàn)。

作者寫道，天然存在于我們體內(nèi)和之上的細菌提供了我們生存所需的基本功能。微生物群落的組成因人而異，并受多種因素影響，包括“……出生，母乳喂養(yǎng)，飲食感染和飲食中的傳播方式。”先前的研究表明，宿主遺傳學也可能影響微生物群落-同卵雙胞胎的微生物組往往比異卵雙胞胎的相似。但是，隨著研究團隊的繼續(xù)，“……兩個重要的問題仍未得到解答：在何種程度上和哪些宿主的多態(tài)性機制影響著共生體。”

作者不可能評論說，不可能對人類進行基因改造，因此使用動物模型來研究這些類型的問題，動物模型也存在“內(nèi)在問題”，這是由于在不同小鼠上使用相同小鼠品系時會產(chǎn)生“遺留”或“批量”效應實驗機構。研究小組指出：“這些差異的產(chǎn)生是因為，即使其他環(huán)境因素保持不變，定殖輸入菌群的變化也決定了結果。” 有效地，將微生物從一只老鼠轉(zhuǎn)移到另一只老鼠的結果很大程度上取決于來源動物的微生物組，它們吃哪種食物，他們住在哪里等。即使兩個不同實驗室中的研究人員使用相同品種的老鼠具有相同的遺傳背景，受體的微生物組將不會完全相同。Chervonsky說：“輸入定義輸出。”

為了克服這些問題，微生物組研究人員Chervonsky和該報告的共同資深作者微生物學家Tatyana Golovkina博士對實驗進行了嚴格控制。他們將微生物組從一只常規(guī)飼養(yǎng)的小鼠轉(zhuǎn)移到了芝加哥大學無病菌無小鼠生殖器設施中的許多具有相同基因的小鼠。這些動物的飼養(yǎng)和飼養(yǎng)過程使其體內(nèi)包括消化道的細菌完全缺乏，因此它們代表了微生物組轉(zhuǎn)移研究的空白。

Chervonsky和Golovkina進行了許多研究，他們將微生物組從一種來源的小鼠轉(zhuǎn)移到了不同??的受體上，其中一些具有相同的遺傳背景，而另一些在免疫系統(tǒng)的基因組成上卻略有不同。然后，研究小組與芝加哥大學的病理學家Aly A. Khan博士和Argonne國家實驗室的微生物學家Dionysios Antonopoulos博士合作，分析了受體小鼠及其后代的微生物組基因組，并進行了比較不同免疫系統(tǒng)基因的影響。

研究人員解釋說：“首先，我們試圖確定輸入微生物群在多大程度上決定了定植實驗的結果。” “第二，我們試圖測試特定微生物的豐度是否與宿主的遺傳背景有關。”

免疫系統(tǒng)包括與入侵的病原體作斗爭的先天或硬連線機制，以及適應性免疫，當遇到不同的病原體并使用T細胞和B細胞靶向外來入侵者的獨特受體時就會學習。作者推斷，“微生物群可能由不同的力量塑造，包括免疫(先天和適應性)機制，它們在感知微生物群的方式和識別觸發(fā)的效應器機制方面存在差異?；赥細胞反應性和/或T細胞依賴性抗體反應的適應性機制依賴于在專門細胞表面表達的主要組織相容性復合物(MHC)分子的抗原呈遞。”

研究人員發(fā)現(xiàn)，盡管適應性免疫對所產(chǎn)生的微生物群中的某些細菌菌株有一定影響，但總體影響相對較小。在某些情況下，細菌利用了適應性免疫反應來ive壯成長。Chervonsky和Golovkina還測試了將微生物組轉(zhuǎn)移到同基因或遺傳相同的小鼠中的方法，只是基因組MHC基因座的一部分差異決定了適應性免疫。他們發(fā)現(xiàn)受體微生物組中的大多數(shù)差異可能歸因于先天多態(tài)性基因，或主要組織相容性復合物中基因的不同變異。

切爾文斯基說：“對自適應系統(tǒng)的操縱導致了一些變化，但令我們驚訝的是，它們并不引人注目。” “決定結果差異的大多數(shù)機制是多態(tài)性的，而不是適應性免疫反應的一部分。”研究人員說，他們發(fā)現(xiàn)的意義是“宿主對微生物的大量控制。免疫是不可能的(可能是由于其極高的成本)，并且非多態(tài)控制機制和其他自然力量都可能參與。”

作者總結說：“宿主的多態(tài)性機制影響腸道微生物組，固有的(影響微生物生存的抗微生物肽，補體，戊型毒素和酶)和適應性途徑(依賴MHC和不依賴MHC的途徑)都會影響菌群。” “但是，我們發(fā)現(xiàn)，由宿主決定的對微生物組成的多態(tài)性影響范圍有限，并且僅針對選定的微生物譜系，這一點很明顯。”

戈洛夫基納(Golovkina)希望這項工作將為如何標準化微生物組研究樹立榜樣。使用諸如無菌小鼠之類的標準工具來仔細控制實驗條件，研究人員可以在以前的工作基礎上進行開發(fā)，而不必進行一次性的獨立實驗。研究人員評論說：“我們希望，通過使用不同復雜性的工程群落對轉(zhuǎn)基因的致生動物進行進一步的精心安排和控制的研究，將闡明宿主-共生共生中個體遺傳機制的輸入。”

Golovkina說：“在許多不同類型的研究中都有標準，但在微生物組研究中幾乎不存在這些標準。” “我們正在針對這些有關如何比較微生物成分差異的問題建立分析標準。”