Margaret McFall-Ngai，夏威夷大學(xué)海洋與地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院太平洋生物科學(xué)研究中心教授兼主任，是唯一一位在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院成員的UH女性(NAS)。本周在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊上發(fā)表的就職文章，紀(jì)念她入選該國(guó)最杰出的科學(xué)團(tuán)體之一，她和一個(gè)研究小組揭示了一種新發(fā)現(xiàn)的機(jī)制，通過(guò)這種機(jī)制，有機(jī)體選擇有益微生物并拒絕有害微生物。那些。

哺乳動(dòng)物(例如人)的內(nèi)部微生物群落或聚生體是復(fù)雜的，因?yàn)樗鼈冃枰S多細(xì)菌類型來(lái)實(shí)現(xiàn)健康功能。呼吸系統(tǒng)，輸卵管和咽鼓管中的組織襯有纖毛 - 微觀毛發(fā)狀結(jié)構(gòu)，從許多動(dòng)物細(xì)胞的表面延伸出來(lái)。這些纖毛組織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(現(xiàn)在波士頓Emulate公司)執(zhí)行的工作中，由USF的數(shù)學(xué)建模師McFall-Ngai和Eva Kanso博士共同領(lǐng)導(dǎo)，這些纖毛組織也被選擇性地招募有益微生物。，稱為共生體。

“幾年前，當(dāng)生物醫(yī)學(xué)界發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物的所有這些表面都有一個(gè)豐富的共同進(jìn)化的微生物群，一個(gè)促進(jìn)這些系統(tǒng)健康的微生物組時(shí)，問(wèn)題就變成了：他們是如何做到的 - 那就是他們通過(guò)什么機(jī)制選擇好的微生物并拒絕有害的微生物呢?“McFall-Ngai解釋道。

大多數(shù)動(dòng)物的纖毛組織無(wú)法觀察和研究。使用夏威夷短尾魷魚及其單一細(xì)菌共生體，Vibrio fischeri，作為模型生物系統(tǒng)，由生物力學(xué)家/生物工程師，應(yīng)用物理學(xué)家，數(shù)學(xué)家，成像師，微生物學(xué)家和McFall-Ngai組成的合作研究團(tuán)隊(duì)，一個(gè)發(fā)展生物學(xué)家和生物化學(xué)家 - 調(diào)查了一個(gè)過(guò)程，通過(guò)這個(gè)過(guò)程，一個(gè)適當(dāng)?shù)墓采锓N被招募到宿主動(dòng)物的微生物組中，排除了所有其他細(xì)菌。

這個(gè)模型系統(tǒng)為這樣復(fù)雜的問(wèn)題提供了一個(gè)特殊的窗口，因?yàn)轸滛~只與一個(gè)共生物種合作，它使用復(fù)雜的纖毛表面的活動(dòng)來(lái)選擇。此外，這種動(dòng)物的身體計(jì)劃是這樣的，研究人員可以使用顯微鏡觀察沿著這個(gè)高度可接近的組織表面發(fā)生的過(guò)程。

“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)兩種不同的纖毛行為，”McFall-Ngai說(shuō)。“一種行為是典型的長(zhǎng)纖毛 - 非常有組織，纖維組的波浪一起跳動(dòng)。這些纖毛領(lǐng)域用于將細(xì)菌伴侶集中到發(fā)生定植的區(qū)域。我們還發(fā)現(xiàn)了短纖毛的區(qū)域，但是數(shù)學(xué)建模和可視化表明，這些較短的纖毛用于混合宿主細(xì)胞的化學(xué)信號(hào)，以吸引伴生細(xì)菌。“

由于纖毛的結(jié)構(gòu)和功能在整個(gè)動(dòng)物的進(jìn)化過(guò)程中都是保守的，因此本研究提供了對(duì)纖毛表面的基本功能的深入了解。

“有了這個(gè)起點(diǎn)，我們就可以開(kāi)始確定整個(gè)系統(tǒng)，宿主細(xì)胞，它們的分泌物和它們的細(xì)菌伴侶如何通過(guò)致命的病原體來(lái)阻止這些組織的定植，例如導(dǎo)致百日咳，鏈球菌感染/風(fēng)濕病的病原體。發(fā)燒和兩種不同類型的肺炎，“McFall-Ngai說(shuō)。“這些信息也可能有助于開(kāi)發(fā)促進(jìn)人體呼吸道，生殖道和排泄道中有益細(xì)菌伴侶獲得和生長(zhǎng)的方法。”

近三十年來(lái)，McFall-Ngai和PBRC研究員Edward Ruby使用魷魚 - 細(xì)菌共生系統(tǒng)來(lái)表征動(dòng)物微生物組。他們發(fā)現(xiàn)影響動(dòng)物發(fā)育的細(xì)菌和細(xì)菌伴侶驅(qū)動(dòng)宿主的晝夜節(jié)律(每日)節(jié)律。

這些和其他見(jiàn)解有助于擴(kuò)大曾經(jīng)狹隘的微生物世界觀。基于她在原創(chuàng)研究中的杰出和持續(xù)成就，McFall-Ngai于2015年入選NAS。選舉NAS是科學(xué)領(lǐng)域的最高榮譽(yù)之一。