Stowers研究所的研究人員已經(jīng)在微生物組的構(gòu)成，宿主免疫反應(yīng)和生物體自愈能力之間建立了明確的聯(lián)系。他們表明，planaria的微生物群落發(fā)生了戲劇性的變化，使淡水扁蟲具有更高的再生能力。在人類炎癥性疾病中也觀察到了這種相同的轉(zhuǎn)變，盡管先前在果蠅或斑馬魚等低等生物體中模仿它的嘗試已被證明是不成功的。

該研究發(fā)表在eLife雜志上，為揭示控制免疫和再生相互作用的基本分子機制提供了一個有價值的模型，并可指出通向新療法的方法，以對抗嚴重的人類疾病，如慢性不愈合的傷口。“這是第一個將內(nèi)源性細菌的病理變化與再生抑制聯(lián)系起來的動物模型，”Stowers研究所和霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的研究員，研究的高級作者AlejandroSánchezAlvarado博士說。 。“我們知道某些細菌對我們的健康至關(guān)重要，而其他類型的細菌可能使我們很難從疾病中恢復(fù)過來?，F(xiàn)在我們可以研究微生物組的變化性質(zhì) - 以及免疫系統(tǒng)的方式響應(yīng)這些變化 - 影響再生過程的自然執(zhí)行。“

長期以來，研究人員認為免疫反應(yīng)主要是有效組織再生和修復(fù)的障礙。然而，最近對各種不同生物的研究表明，它也可以在促進這一過程中發(fā)揮核心作用。盡管如此，推動這些截然相反的結(jié)果的分子機制仍不清楚。

SánchezAlvarado實驗室的一個突然困境提供了一個解剖免疫系統(tǒng)令人困惑的二元性的機會。感染襲擊了實驗室的種群數(shù)量。受感染的動物在眼睛周圍出現(xiàn)病變，并且這些病變變得越來越大，直到它們整個頭部退化。通常情況下，蠕蟲可以簡單地重新生長，但感染會以某種方式阻礙它們的再生能力。

SánchezAlvarado的團隊和Stowers水上運動設(shè)施開發(fā)了一種改進的儲罐系統(tǒng)，能夠循環(huán)和消毒培養(yǎng)基，使他們能夠養(yǎng)護健康的蠕蟲，但他們發(fā)現(xiàn)，當他們將蠕蟲從該系統(tǒng)中取出時，他們很快又生病了。盡管大多數(shù)實驗室成員都對這一發(fā)展感到沮喪，但當時新任博士后研究員Chris Arnold博士采取了不同的觀點。

“我認為這是一個完美的誘導(dǎo)模型系統(tǒng)。它是用檸檬制作的檸檬水，”阿諾德說。“我們可以采取健康的蠕蟲，在需要的時候?qū)⑺鼈儚乃湎到y(tǒng)中移除，并將它們置于其他可能生病的環(huán)境中。令人驚訝的是，我們發(fā)現(xiàn)當我們從水箱系統(tǒng)中撤出蠕蟲并且它們出現(xiàn)問題時，我們可以用抗生素成功治療他們的組織變性。這表明細菌可能參與其中。“

阿諾德決定確定哪種細菌與蠕蟲一起生活。他進行了細菌普查，發(fā)現(xiàn)蠕蟲的微生物組與人類的微生物組驚人相似。當蠕蟲健康時，他們就飼養(yǎng)了大量的擬桿菌 - 一組有益的，支持性的共生細菌 - 以及較小的變形菌群 - 一群含有許多危險的人類病原體。但是當蠕蟲發(fā)生病變時，它們經(jīng)歷了變形蟲的巨大激增，其中一些成員已被證明會導(dǎo)致人類消化性潰瘍和胃癌。

研究人員想知道這不是細菌本身，而是免疫系統(tǒng)對細菌的反應(yīng)，這種細菌會削弱蠕蟲的再生能力。為了驗證這一假設(shè)，阿諾德使用了一種稱為RNA干擾的先進分子技術(shù)來沉默免疫系統(tǒng)的核心成分。然后，他看著每個人如何影響蠕蟲修復(fù)病變并在感染期間再生頭部的能力。

研究人員發(fā)現(xiàn)，當他們阻斷一種名為TAK1激酶的基因時，這些蠕蟲能夠從感染引起的損傷中恢復(fù)過來。他們研究了與TAK1激酶相互作用的其他基因，包括TAK1途徑的激活劑和抑制劑，發(fā)現(xiàn)它們中的大多數(shù)也影響了再生，但只有當蠕蟲被感染時才會發(fā)生。

“我們的研究結(jié)果表明，感染期間的再生與正常再生有所不同。有一些基因會在一種情況下促使退化，而在另一種情況下會再生。它是顛倒的，與我們的預(yù)期完全不同。我們認為這條途徑可能會消除被感染的細胞，清除它們，使感染不會擴散到健康組織。只有當我們阻斷通路時，即使存在感染，我們才能讓再生發(fā)生，“SánchezAlvarado說。

SánchezAlvarado說，在未來，有可能開發(fā)出抑制這種免疫途徑的小分子，以便不僅在像planaria這樣的簡單生物體中，而且在像人類這樣的高等生物體中，促進組織修復(fù)和再生。然而，首先他們需要更多地了解該途徑中的激活劑和抑制劑，以及它們?nèi)绾蜗嗷プ饔谩?/p>

“我們的醫(yī)療系統(tǒng)正在努力應(yīng)對傷口愈合受損的情況。我們知道細菌是患者愈合的障礙，抗生素并不總是有效，尤其是抗生素耐藥細菌的增加。通過了解基因和參與免疫反應(yīng)的途徑，我們可能能夠解釋決定生物體是否無法修復(fù)或試圖再生的信號?；蛟S我們可以開發(fā)更有效的治療方法，“阿諾德說。