来自圣彼得堡国立大学、俄罗斯科学院乌拉尔分院细胞与细胞内共生研究所、比萨大学和佛罗伦萨大学的一组科学家们介绍了纤毛虫微生物群(Stentor coeruleus)的研究结果。这是单细胞真核生物微生物组领域的世界领先的研究之一,而该项研究是基于宏基因组学分析的结果。该项研究论文发表在《科学报告》(Scientific Reports)杂志上。

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微生物组是存活在普通生态位中的微生物的集合。它既存在于自然生物群落(例如,水体或森林土壤)中,又存在于活的多细胞宿主生物(人类,动物或植物)中。微生物组可能包括细菌,远古和单细胞真核生物——原生生物和真菌。

三年来,科学家们分析了两种纤毛虫的微生物群:草履虫(Paramecium)和喇叭纤虫(Stentor)。关于纤毛虫-草履虫的研究成果已经在去年冬天发表。新的论文是关于原生生物微生物学研究的进一步发展。

“人类和动物的微生物组研究现在非常流行,但是原生微生物组才刚刚开始研究。以前的问题是,原始生物自己能不能拥有微生物组,也就是之前的研究从未将它们说作为原核生物群落的宿主,因此我们的研究成果实际上形成了一个新的科学方向”,该项研究负责人圣彼得堡国立大学微生物学教授生物学副博士阿列克谢·波捷辛说。

 

纤毛虫可能具有自己的微生物组的想法并非偶然发生:科学家知道这些生物会在无菌条件下死亡。为了使它们保持生存状态,环境中必须存在细菌。但是,由于缺乏方法,几乎​​不可能对这些细菌的成分进行详细的表征,以及将纤毛虫的“种群”与从其取食的水环境中的其他微生物区分开来。宏基因组分析以前很少应用于原生生物分析,而现在可以借此找到线索。

“这种方法使我们能够识别和读取样品中的所有标记的DNA序列,然后可以鉴定其宿主(对于细菌和古细菌是16S rRNA基因序列)。得益于宏基因组学分析和高通量测序,在过去的10-15年中,我们对自然界中微生物多样性的想法有了长足的发展。我们使用宏基因组学分析来鉴定广泛与淡水纤毛虫Stentor (喇叭纤虫)和Paramecium(草履虫)相联系的细菌”,科学家说。

研究人员发现,纤毛虫栖息地中的微生物组成,无论是自然水体还是实验室培养皿,总是与纤毛虫自身相关的细菌总数明显不同。天然水库中的微生物种类总是比纤毛细胞丰富。而且科学家设法找到了其中数十种细菌的代表。每个纤毛细胞被证明是一个独立的生态位。 “因此,纤毛虫确实有自己的微生物组,” 阿列克谢·波捷辛强调。

科学家得出的第二个重要结论是,喇叭纤虫的微生物组与草履虫的微生物组不同,也就是说,不同种类的纤毛虫,即使从同一个容器中分离出来,也与不同种类的细菌共存。然而,为了确定微生物组的具体特征、其稳定性和特异性,将需要进一步的研究。

最后,生物学家的第三个发现是在纤毛虫的微生物群落中,尤其是在喇叭纤虫身上,发现了细菌属的活体代表,在其中发现了常见的人类和动物身上的共生体、寄生体和病原体(例如分枝杆菌,链球菌和奈瑟氏菌)。该研究方法不能分辨出确切的种类(只能确定属),因此目前尚不能说纤毛虫是病原细菌的携带者。“无论如何,很明显,那些‘擅长’与宿主有机体生活的细菌会与纤毛虫共生。显然,这些细菌一旦处于宿主体外,就会缺乏更好地适应原生生物定殖的能力,毕竟,它们是类似于多细胞的大型真核细胞,它们可以在内部或外部存活一段时间,这将取决于细菌具体的策略。共生细菌在这种快速繁殖的关联中很少真正感觉良好(正如我们的分析表明的那样,它们的数量总是很小),但是其条件足够让它们在困难时期生存。因此,纤毛虫(可能也包括其他原生生物)充当了细菌的天然储存库,这些细菌位于它们偏爱的多细胞宿主之外”,科学家这样总结道。

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