翻译微生物群和身体之间的通讯的新工具

由Quadram研究所和Earlham研究所的科学家开发的一种新工具正在帮助翻译微生物群和身体之间的复杂交流。该工具对于试图了解微生物对健康的影响、导致疾病的变化以及指出潜在的药物靶点的研究人员来说是有价值的。

人类肠道微生物群在保持健康方面发挥着重要作用。它对从食物中获取营养至关重要，而且它在不同的慢性、终末期和生活方式疾病中发挥着越来越明显的作用。微生物组组成的变化与2型糖尿病、肥胖和炎症性肠病(IBD)有关，但尚不清楚这些变化是如何导致不同疾病的发作的，也不清楚它们是否是一种症状。

为了开始分析这些机制，研究人员一直专注于沟通在微生物和它们的宿主有机体，包括人类之间。微生物释放出各种各样的代谢物，蛋白质和RNA分子，使它们能够与其他蛋白质进行交流宿主生物体．这可能引起宿主网络的反应，从而打开或关闭调节各种过程的宿主基因。

如果我们要了解影响健康和疾病的过程，翻译这些微生物和宿主蛋白质之间的跨王国通信是至关重要的。对于一些细菌，主要是引发特定疾病的致病性物种，已经进行了这种跨界传播研究。但微生物组可能包含数千种不同的物种，所有物种都可能与一系列不同的宿主蛋白质进行通信，与许多不同的信号通路和生理过程相关。

为了处理这些复杂的通信，来自Quadram研究所和Earlham研究所的Tamas Korcsmaros博士和Padhmanand Sudhakar博士和同事们开发了一个集成的计算管道叫MicrobioLink。发表在《细胞》杂志上的MicrobioLink将微生物蛋白质与它们可能相互作用的宿主蛋白质连接起来，然后推断这些相互作用如何影响宿主细胞过程。

研究人员可以使用Microbiolink来测试一组蛋白质，例如，可能是整个微生物群落分泌的蛋白质，与实验数据或现有数据库中的相关宿主蛋白质列表进行对比。然后，该管道根据各自的分子特征(如结构域和基序)预测微生物和宿主蛋白质之间的相互作用。蛋白质- - - - - -蛋白质相互作用代表了细菌和宿主之间潜在的有趣的交流渠道。

Microbiolink的力量来自于下一步，它使用网络科学中的扩散原理来追踪微生物和宿主蛋白质之间的相互作用对下游其他宿主过程的影响。它使用已有的已验证的分子相互作用数据库来跟踪信号宿主蛋白质(预计被微生物蛋白质结合并因此被修饰)通过到宿主中的其他目标基因或蛋白质上。通过适当的过滤，它可以识别出网络中的关键节点和宿主中受微生物与宿主之间原始通信影响的特定基因或蛋白质。

为了测试该管道，研究团队进行了一项案例研究，使用了一组只在克罗恩病患者中发现的细菌蛋白质，以及另一组只在健康人中发现的蛋白质。他们使用MicrobioLink来比较不同的蛋白质如何影响自噬，自噬是一种重要的细胞过程，在克罗恩病中被认为是失调的。这揭示了一个清晰分离的信号通路网络，该信号通路专属于疾病和健康环境，并最终影响自噬基因的表达。

这些发现还需要实验证实，但它们指向了微生物组和克罗恩病之间的潜在联系机制。的案例研究同时也展示了这个综合计算管道的潜力，可以转化微生物和宿主之间的通信，这样我们就可以开始了解它们对身体的影响，以及它们对健康和疾病．

除了研究微生物组对其他疾病的影响外，微生物链还可以用来分解对人体有益的影响宿主益生菌或细菌群落，而不仅仅是人类。

更直接的是，该团队正在寻求将微生物链应用于理解COVID-19大流行背后的SARS-CoV-2病毒的影响。

---

---