论文解读:海洋和淡水三棘鱼肠道微生物群的免疫反应不同


今天小编与大家分享一篇文章,引用信息如下:
  

动物宿主必须与有益微生物共存,同时能够对致病微生物产生快速、非特异性的先天免疫反应。这种平衡是如何实现的还不完全清楚,这种关系的中断可能导致疾病。对寄居微生物的过度炎症反应是某些胃肠道疾病的特征,如炎症性肠病(IBD)。IBD的免疫失调有复杂的遗传基础,单基因敲除模型不能完全重现。深入了解对寄居微生物天然免疫应答的遗传调控,需要使用具有复杂遗传变异的脊椎动物模型来测量存在和不存在微生物群时的免疫应答。在这里,我们描述了一个新的悉生脊椎动物模型,以探索导致微生物群先天免疫反应差异的自然遗传变异。利用三棘鱼(gasterosteus aculeatus)研究了从原始海洋型到衍生淡水型的重复进化过程中复杂性状的发育遗传学。我们建立了无菌三棘鱼和感染单一细菌的悉生三棘鱼模型。通过量化在普通中等盐度环境中生长的海洋和淡水种群中三棘鱼的中性粒细胞,来表征这些鱼类对肠道微生物的固有免疫反应。我们发现,在野外和实验室中,海洋和淡水鱼共有许多肠道微生物群落成员。然而,海洋鱼类对微生物群有很强的免疫反应,而淡水鱼通常没有。在海洋鱼科中能观察到一种强烈的天然免疫反应,但是这种反应在淡水鱼科中是不同的。因此,我们开发的悉生三棘鱼为未来绘制微生物免疫反应变化的自然遗传基础的研究提供了一个平台。研究方法和主要结论如下:

一、比较四种三棘鱼肠道菌群的组成。

1、野生和养殖三棘鱼共享许多核心的肠道菌群。由于野生和养殖三棘鱼肠道微生物菌群的相似性,认为实验室饲养的三棘鱼种群适合研究自然发生的宿主-微生物相互作用。(这里作者是通过实验室培养的方法分离鉴定肠道细菌,可能并不全面)
  

图1. 从实验室饲养和野生捕获的三棘鱼中分离的细菌

2、常规饲养的海洋和淡水三棘鱼在受精后12天开始有微生物定植在肠道。幼鱼在受精后8-9天开始破膜,靠卵黄获取营养,受精后14天左右,卵黄吸收完毕,意味着幼鱼肠道打开,开口摄食。


图2.肠道微生物的定殖过程

二、建立了无菌三棘鱼和悉生三棘鱼模型;

在一种中间盐度的环境中饲养悉生和无菌三棘鱼(悉生三棘鱼即用单一或多种细菌接种无菌三棘鱼),通过中性粒细胞定量的方法来表征刺鱼对微生物的先天性免疫反应。
1、三棘鱼肠道的发育受种群的影响,一般不受微生物的影响。
  

图3.肠道发育和微生物定殖

2、与淡水鱼相比,海水鱼对定殖的微生物有更强烈的免疫应答。这种强大的先天性免疫反应在多条海水鱼中都能观察到,而在淡水鱼中有很大的个体差异。作者认为,宿主响应微生物群的先天免疫应答在自然种群中是表型变异性状。强大的先天免疫反应可能会赋予防止病原体感染更好的效果,但增加了可能对宿主有害的过度炎症反应的风险。淡水种群经历相对恒定的环境条件和微生物群落,而海洋种群经历了各种盐度、捕食者和微生物暴露,它们从高盐度的海洋水域迁移到较低盐度的咸水水域交配。淡水种群所经历的更为恒定的微生物环境条件可能缓解了用于保持强大的先天性免疫反应或赋予选择性优势的机制的选择性压力,主动抑制先天免疫反应。而由于增加了病原微生物的暴露,海洋种群中微生物的免疫应答可能会升高。


图4.海洋种群对微生物群具有强大的先天免疫反应,而淡水种群则没有。


表1.一个家系内常规饲养和无菌三棘鱼中的中性粒细胞数量变化