王国之间的交流:寄生于人体的微生物

从微生物的角度来看,人体是一块绝佳的栖息地。 对于那些能够躲避或抵抗免疫系统的细菌和真菌来说,人体提供了一系列潮湿、富含营养的小空间供它们生存。

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,仅反映作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点。


从微生物的角度来看,人体是一块绝佳的栖息地。 对于那些能够躲避或抵抗免疫系统的细菌和真菌来说,人体提供了一系列潮湿、富含营养的小空间供它们生存。 其中一些微生物是无害的,在它们的小生态位内生长和繁殖,而不会伤害或扰乱它们所寄生的身体。 另一些则是有害的,它们会主动攻击周围的人体细胞以吸收营养。 许多是机会性的,大多数情况下是无害的,但如果免疫系统以任何方式受损,它们有可能变得致命。

然而,令人着迷的是,所有这些微生物不仅仅各自独立地生活,躲避免疫系统并在隔离状态下生长。 寄生于人体内外的细菌和真菌之间会相互交流; 有时是为了竞争和战斗,有时是为了合作和协同工作。

竞争:细菌 vs. 真菌


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与任何其他生物栖息地一样,在人体宿主内,空间和资源的竞争非常激烈。 细菌铜绿假单胞菌 (Pseudomonas aeruginosa) 和酵母白色念珠菌 (Candida albicans) 都是机会性病原体,并且经常在感染中一起被分离出来。 这在免疫系统受损患者的医院获得性感染中尤其如此。 由于酵母细胞大得多,细菌能够在酵母细胞上定植和生长,并在过程中杀死酵母。 它们还可以通过更微妙的方式影响酵母,例如通过分泌分子来阻止酵母细胞转化为生物膜或菌丝(用于扩散到新区域的长链)。

其他细菌也能够通过分泌小的通讯分子来限制白色念珠菌 (C. albicans) 的生长和定植。 这就是为什么某些白色念珠菌 (C. albicans) 感染,例如鹅口疮,更可能在服用抗生素疗程后出现。 在没有任何细菌与它们对抗,或占用空间和营养的情况下,酵母菌就可以占据主导地位。

合作:真菌 + 细菌

同一生态位中的两种生物为了空间和资源而竞争是合理的。 然而,更有趣的是,有时真菌和细菌会协同工作,以便在人体内定植。 细菌金黄色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus) 通常在清洁表面上生长时不会形成生物膜,但在白色念珠菌 (C. albicans) 存在的情况下,它会形成大型多细菌菌落,并以酵母菌丝为支架。 下图(来自参考文献 2)显示了与细菌(绿色)共同定植的酵母菌丝(蓝色)。 通过共同形成生物膜,真菌和细菌都更好地受到保护,免受人体免疫系统和抗生素的侵害。

细菌大肠杆菌 (E. coli) 也能够与白色念珠菌 (C. albicans) 协同工作,释放信号分子,增加酵母菌的毒力并诱导侵袭性菌丝的形成。 作为回报,酵母菌也可以增加细菌物种的毒力,例如粪肠球菌 (E. faecalis) 和粘质沙雷氏菌 (S. marcescens)——小鼠的共同感染研究表明,与单独的每种物种相比,当细菌和真菌都存在时,毒力会增加。 研究还发现,当细菌和真菌被注射到不同部位时,共同感染发生在真菌感染区域,而不是细菌感染区域。

所有这些相互作用,无论是合作性的还是竞争性的,都构建了一幅人体内部完整世界的图景:各种不同形状和大小的微生物在人体细胞周围和之间工作,以生长和繁殖。 尽管它们都被认为是“微生物”,但细菌和真菌来自不同的生命王国,这使得它们通过共享分子进行的交流以及在生物膜内的合作更加引人注目。

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参考文献 1:Mallick EM, Bennett RJ (2013) 白色念珠菌 (Candida albicans) 对微生物邻域的感知。 PLoS Pathog 9(10): e1003661. doi:10.1371/journal.ppat.1003661

参考文献 2:Harriott MM, Noverr MC. 念珠菌-细菌多微生物生物膜在疾病中的重要性。 Trends Microbiol. 2011 Nov;19(11):557-63. doi: 10.1016/j.tim.2011.07.004.

图片 2 来源:wikimedia commons

About S.E. Gould

A biochemist with a love of microbiology, the Lab Rat enjoys exploring, reading about and writing about bacteria. Having finally managed to tear herself away from university, she now works for a small company in Cambridge where she turns data into manageable words and awesome graphs.

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