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一种细菌未必一种病 菌群生态或成未来医生必修

2010-12-09 来源:科技日报——《科技日报》 浏览字体:【

    “如果你走进任何一家医院,向任何一个身穿白大褂的医生询问有关微生物的事,他们只知道把血液样本送到培养室,然后分离它们。”宾夕法尼亚匹兹堡大学新生儿外科医生迈克尔·莫罗维茨说。

    然而人体中微生物细菌变化多端、灵活多样,不同的菌种随时能跟其他菌群结成不同的联盟,人体细胞和它们的微生物居民之间也存在着不断地相互联系,更增加了额外的复杂性。面对庞大的微生物洪流,研究人体微生物的科学家需要改变思路。

    奇异三人组

    加利福尼亚大学伯克利分校的微生物学家吉莉安·班菲尔德一直在研究极端环境中的细菌。今年9月,她在加利福尼亚铁山布满硫磺的理查曼德矿带,收集蓝色钟乳石里渗出的酸性很强的水;而一年前,她在科罗拉多来福尔地区一个废弃核处理站,抽取含有铀、砷、钼及其他地下金属元素的有毒混合汤。她从这两个站点采回样本,分析其中包含的DNA,研究能在那种地狱般环境生存下来的细菌、古生菌、病毒及真菌到底有哪些。

    迈克尔·莫罗维茨,当时是芝加哥大学的新生儿外科医生,目前在宾夕法尼亚匹兹堡大学进行坏死性小肠结肠炎(NEC)相关研究,约7%的早产婴儿感染了坏死性小肠结肠炎,但临床上经常无法及时诊断出来而拖延了治疗。严重的情况,医生必须清除一部分或所有肠子,许多婴儿都会死掉。几十年来,医学界一直在寻找病原菌而没能成功。2009年1月,莫罗维茨开始研究NEC。“我怀疑不可能找到这种病原菌,所以我选择了不同的方法来研究这个问题,把人作为一个整体的有机物群落。”

    另一位合作者是戴维·瑞尔曼,在加利福尼亚斯坦福大学研究人体微生物群落。班菲尔德和研究小组开发了一种技术,能从大量微生物DNA序列碎片识别出它们的属系和品种,用软件来分析各菌种的身份特征、新陈代谢及功能,以揭示菌群的生化过程。对比之下,当前通行的16S核糖体RNA基因测序和一些自动化生物信息分析难于显示相近微生物属种间的不同,很难揭示一些细微的基因重排。

    但这种方法只能用来分析简单的群落,比如理查曼德矿带,其最大数量的菌种占了整个群体的40%。而成人肠道含有数百种微生物,数量最大的菌种只占4%。“但我们的研究并非不可进行。”瑞尔曼说,他想同样细致地分析人体微生物,早产婴儿是实验班菲尔德技术的最佳对象。每个早产新生儿体内菌种只有12种左右,与酸矿废水相当,加强护理病房制造了一个无菌的、高度控制的环境来研究它们。

    3人在一年前开始了合作,把班菲尔德的技术用在了早产新生儿身上,他们集中于健康婴儿。莫罗维茨每天采集新生儿粪便样本,分离DNA送到高通量测序中心,将数据发给班菲尔德和瑞尔曼;瑞尔曼用16S测序做菌种和数量普查;班菲尔德选择一些节点作更详细测序,分析种类和基因情况。

    他们研究了孕28周早产婴儿在前三周里的生命情况,追踪了微生物群在种类数量上详细快速的变化,以查找是否存在某种特殊的细菌或菌群与NEC有关,并协助预测哪种婴儿容易染病,进而找出预防办法。进一步,他们希望绘制出新生儿肠道菌群的简化模型,将这些生态原则扩展应用到人类的微生物系统中。

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