令人难以置信的图像揭示了细菌如何在人舌上形成社区

细菌生物膜从舌头表面刮擦并使用扣发鱼成像。人的上皮组织形成中心核心（灰色）。颜色表示不同的细菌：放样（红色）占据靠近核心的地区;链球菌（绿色）在内部外壳和内部条纹中定位。其他分类群（Rothia，Cyan; Neisseria，Yearing; Veillonella，Magenta）存在于群集和条纹中，表明社区从中央核心向外增长。

使用最近发达的荧光成像技术，美国的研究人员在人舌上开发了高分辨率的微生物群落地图。3月24日在临床报告中提出的图像显示舌头表面上的微生物生物膜具有复杂的高度结构化的空间组织。

“从对结构的详细分析中，我们可以推断社区增长和组织原则，”福思学院和哈佛大学牙科医学院高级作者加里·鲍里说。“舌头上的细菌比仅仅是一个随机的堆。它们更像是我们身体的器官。“

人口腔微生物组是复杂的生态系统。口腔中微生物群落的空间组织受各种因素的影响，包括温度，水分，唾液流动，pH，氧气和损伤频率，如磨损或口服卫生。此外，微生物通过用作代谢物，营养素和抑制分子如过氧化氢和抗微生物肽的源极和沉积来影响邻居。通过占领空间，微生物可以从理想的栖息地物理排出彼此，但它们的表面还存在其他微生物可以粘附的结合位点。

人舌上的微生物群落的高分辨率地图显示舌头表面上的微生物生物膜具有复杂的高度结构的空间组织。

然而，空间图案在微生物生态学领域得到了相对较少的关注。“我们认为，谁将帮助我们了解这些社区如何工作，”马萨诸塞州的海洋生物实验室的微生物生态学家共同作者Jessica Mark Welch（@jmarkwelch）。“舌头尤为重要，因为它会留下一个大型微生物储层，是医学中的传统参考点。“伸出你的舌头”是医生所说的第一件事之一。“

在新的研究中，研究人员使用了一种称为组合标签和光谱成像的技术，荧光原位杂交（Clasi-Fish），最近在鲍伊实验室中开发。该策略涉及用多种荧光团标记给定类型的微生物，大大扩展了可以在单个视野中同时识别和定位的不同种类微生物的数量。

“我们的研究是新颖的，因为之前没有人能够以一种区分所有不同细菌的方式看看舌头上的生物膜，这样我们就可以看到他们如何安排自己，”鲍里斯说。“以前的大多数细菌社区的作品使用了基于DNA测序的方法，但要获得DNA序列，您必须先磨削样品并提取DNA，这会破坏那里的所有美丽空间结构。与我们的Clasi-Fish技术成像让我们保持空间结构并同时鉴定细菌。“

首先，研究人员使用分析的序列数据来识别从21个健康参与者的舌片刮的小样品中包含的主要细菌分类群。通过序列分析引导，成像方法靶向主要属和所选物种，以获得微生物组结构的综合图。研究人员确定了17个细菌属，舌头丰富，并存在超过80％的辛辛。该样品由自由细菌，与宿主上皮细胞结合的细菌，细菌组织成组织结构复杂的多层生物膜。

该联盟在社区结构中显示了斑块，包括由单个分类的空间局部域组成。虽然它们的形状变化，但它们通常是数百微米长，并且具有上皮细胞的核心和明确定义的周边。所有受试者的舌头包括三个属：放放菌，Rothia，Andstrococcus。术语在核心附近出现在核心附近，在大块曲线朝着联盟外部观察到的大斑，观察到在联盟的外部形成薄的外壳和薄皮也在内部形成静脉或斑块。

“集体，我们的物种级成像结果证实并深化了我们对关键球员的栖息地特异性的理解，并显示了在高成像和识别分辨率下调查微生物的价值，”Mark Welch说。

总之，结果表明了一种模型，了解在我们的舌头上覆盖的结构化微生物社区如何。首先，细菌细胞单独或在小簇中连接到舌苔的上皮。在人口增长期间，不同的分类基因彼此推动彼此，并在支持其生理需求的微环境中更快地增殖。这种差分增长导致在较大，更成熟的结构中观察到的贴片马赛克组织。

这些图像还透露，一些能够减少硝酸盐的分类群 - 放蛋白酶，奈瑟氏菌，罗斯菊和veillonella - 在舌头联盟中突出。这提高了人舌表面上的小凸块的可能性，以促进将硝酸唾液转化为亚硝酸盐的细菌的生长 - 一种未被人宿主基因组编码的功能。

参考：Steven A.Wilbert，Jessica L. Mark Welch和Gary G. Borisy，3月24日，Cell Reports.doi：
10.1016 / J.CELREP.2020.02.097

这项工作得到了国家卫生研究院的支持。