微生物組學(xué)研究的那些”奇葩“動物模型
中國微生物菌種查詢網(wǎng) / 2019-03-14 09:22:03
說到動物模型，大家肯定都不陌生。倉鼠、豚鼠、大小鼠，誰不知道，沒摸過鼠毛還沒見過鼠跑嗎？！很多微生物組學(xué)研究也都是依賴各種鼠模型完成的。但是，這些模型是否適用于所有的微生物組學(xué)研究，有沒有更好的動物模型可以選擇呢？且聽我慢慢道來。
微生物組學(xué)的研究對象是某一生境內(nèi)的全部微生物和微生物基因組。研究人員們對微生物組的探索研究，其終極目標(biāo)是明確三種關(guān)系：生境內(nèi)各微生物之間的關(guān)系；微生物與物質(zhì)代謝/物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系；微生物與生境（比如宿主內(nèi)）穩(wěn)態(tài)的關(guān)系。這三種關(guān)系密切關(guān)聯(lián)，相輔相成。其中腸道微生物群與人體的相互作用可以說是很多微生物組學(xué)研究的核心（如圖1）：
1) 菌種/菌株多樣性對于腸道微生物群的功能有何影響？對宿主又有什么影響？其中的某一些菌種/菌株是否相比其他對宿主更有益？這些菌種/菌株的組合能否決定對宿主的影響？
2) 腸道內(nèi)各種菌種/菌株的動力學(xué)和穩(wěn)定性特征？對于某一特定個體其腸道菌群的組成種類是否會長期保持穩(wěn)定？菌群的功能基因數(shù)量是否會隨時(shí)間而改變？哪些因素是能夠影響腸道菌群動力學(xué)和穩(wěn)定性的？
3) 哪些菌株可以在一個特定個體內(nèi)共存？它們是否能夠適應(yīng)不同的生態(tài)位又或者它們是功能冗余的？腸道菌群多樣性維持的響應(yīng)機(jī)制是什么？不同菌株間最主要的互作關(guān)系是什么？
蜜蜂：宿主和腸道微生物群的相互作用、腸道微生物群的動態(tài)變化
人體和常用實(shí)驗(yàn)動物（如大鼠、小鼠）的腸道菌群數(shù)量、種類繁多，想要揭示上述問題的答案并不容易。相比之下，蜜蜂的腸道菌群的構(gòu)成就簡單得多了，其核心菌群只包含了8種細(xì)菌。這些細(xì)菌只存在于蜜蜂的腸道內(nèi)，方便進(jìn)行無菌處理和基因操作。有意思的是，作為一種社會性昆蟲，在進(jìn)化的過程中不同種類的蜜蜂形成了多種截然不同的生活方式和社會行為（這些現(xiàn)象都已經(jīng)被研究人員較全面地解析過，可以建立行為和表型檢測試驗(yàn)），但是它們卻擁有大量相同的共生微生物和病原菌，同時(shí)這些腸道菌可以通過社交行為傳播。這些都與人類非常相似。
使用蜜蜂作為動物模型開展的腸道微生物組學(xué)研究已經(jīng)發(fā)表了很多成果：蜜蜂的腸道微生物能夠影響宿主的營養(yǎng)吸收、體重增加、內(nèi)分泌調(diào)節(jié)、免疫功能和病原抗性，腸道微生物的紊亂會導(dǎo)致機(jī)體的健康狀況受損。
秀麗線蟲：宿主和微生物群的相互作用
秀麗線蟲能夠成為分析宿主-微生物相互作用的理想模型，是因?yàn)槠渚哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：首先，秀麗線蟲本身易于進(jìn)行基因操作；然后，可以通過相應(yīng)的處理有效控制線蟲體內(nèi)的微生物群，從而保證線蟲的生長環(huán)境中無菌或者菌種單一；第三，線蟲身體透明，使用普通顯微鏡可以很容易地觀察線蟲內(nèi)微生物的定植情況；第四，一些研究線蟲-微生物組相互作用的生活史監(jiān)測體系已經(jīng)成功建立（比如抗逆性、壽命、種群增長和繁殖力等相關(guān)）。
水螅：宿主和微生物群的相互作用、粘膜免疫
水螅的身體構(gòu)造非常簡單，免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)也比較基礎(chǔ)，便于觀察。其管狀的身體與脊椎動物的腸道相似。而且水螅具有物種特異且構(gòu)成簡單的核心微生物群，其中主要的微生物可以在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行培養(yǎng)。另外，無菌/限菌水螅也易于獲得。再加上水螅的身體透明、生活周期短、容易培養(yǎng)等特點(diǎn)，使其成為良好的微生物組學(xué)研究模型。尤其是水螅與脊椎動物享有相似的粘膜免疫和先天免疫功能，所以其可以作為研究黏膜免疫的動物模型。
上面列舉的這三種動物模型雖然非主流，但是都有各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢，選擇合適的模型來開展研究能事半功倍。所以，別再執(zhí)著于各種鼠模型了，合適的才是最好的。
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