Cell：野生鼠肠微生物菌群促进宿主健康并改善抗病性

开辟了了解肠道微生物群如何影响宿主生理学的一个机会

来自马里兰州的野生小鼠是标准实验室小鼠品系的近亲
野生小鼠和实验室小鼠的肠道微生物群差异显著
野生小鼠肠道微生物群落可以被移植在实验室小鼠肠道微生物群落中并生存下去
野生肠道微生物群可改善小鼠病毒感染和肿瘤发生机制

Graphical Abstract

在流感感染和结肠炎相关肿瘤发生中增加宿主适应性
可能能够发现与自然界复杂疾病相关的保护性机制

假说：天然微生物群有利于调节宿主对炎症刺激的反应

研究者将实验室小鼠肠道微生物组恢复到野生小鼠肠道微生物群水平，研究天然肠道微生物群如何在感染疾病中系统地影响宿主反应，并在炎症相关的肿瘤发展中局部影响宿主反应。

实验小白鼠的历史贡献及其限度

解释代谢机理
环境单一、变量少
免疫学模式生物
容易获得、种类多样（遗传多样性）
生命周期适中、实验可重复（标准的环境条件）
……
无进化选择压力
无菌（同时，哺乳动物健康受其微生物组影响很大）
对复杂疾病的模拟，小白鼠苍白无力
……

如果我们把小白鼠的（肠道）微生物组恢复到天然水平，那么它能不能获得一些天然野生小白鼠的抗病能力呢？

为了回答这个疑问，我们需要回答下面3个问题：

1. 实验小白鼠与野生小白鼠肠道微生物组到底有多不同？

1. 适当实验材料

为了减少遗传可能带来的影响，我们先来探讨一下，几种小白鼠的亲缘关系。

野生捕捉小鼠的系统发育分析：

不同的诱捕位置

绿色点表示三个主要捕获位置（从左到右B，A，C），紫色点表示额外的诱捕网站。连续两年秋季，在8个地理位置捕获了800多只野生小鼠，将它们与全球21个野生鼠种群进行比较。排除了可能会改变微生物群的化学害虫控制地区和研究设施附近的地区，因为这可能导致与逃逸的实验室老鼠接触并混合其微生物群。排除了年龄、健康状况等最终选择了101（98 were sexually mature）只用于本研究。

使用SNP芯片进行基因分型将这些小鼠明确地识别为小家鼠，并将它们与来自北欧的标准实验室菌株和小鼠放入进化枝中：

来自马里兰州的野生小家鼠与标准实验室小鼠菌株密切相关，特别是来自商业供应商的C57BL / 6小鼠

其他家鼠，绿色圆圈;
空心绿色圆圈：来自（字母缩写）国家的野生小鼠，加上近交系WSB / EiJ）的野生小鼠
小家鼠（Mus musculus musculus）橙色圆圈;来自（字母缩写）国家的野生小鼠，加上近交系菌株PWK / PhJ
空心紫色圆圈：来自（字母缩写）国家的野生小鼠，加上近交系菌株CAST / EiJ
标准实验室菌株（蓝色）
每个分支代表一个鼠标。该树基于SNP基因型

用一个来自西班牙的Mus spretus个体（标记为“ES”的灰色圆圈）作为外群（发育树的根）。

Outgroup f3 statistic;

Outgroup f3 statistic:群体之间的等位基因频率来了解种群关系。

综合以上两点，我们可以用来自马里兰州的小家鼠 Mus musculus domesticus 作为标准实验室小鼠品系的天然微生物组参考的适当来源。

1. Mus musculus domesticus 肠道微生物组的鉴定

马里兰的小鼠天然不同：

来自马里兰州地点A，B和C的野生小鼠代表遗传分化的种群，并且在位置内不是亲缘关系但显示类似的病原体感染史

盲肠微生物组 Mus musculus domesticus VS C57BL/6

使用 UniFrac distances 的主坐标分析（PCoA）评估每个群体的微生物群落结构。

实验室小鼠肠道微生物菌群与其野生近缘小鼠显着不同

PERMANOVA, ANOSIM, and the Mantel test in the face of heterogeneous dispersions: What null hypothesis are you testing?

不同年份:2014 2015
subOTU: DADA2: High-resolution sample inference from Illumina amplicon data

马里兰州的野生老鼠尽管是远亲并生活在不同的环境中，但它们在细菌肠道微生物群中表现出显着的相似性。更重要的是，来自商业实验室小鼠细菌肠道微生物群与他们野生活的亲属显着不同。我们将野生小鼠肠道微生物群保存用于bio-banked和最终植入实验室小鼠，以比较野生和商业小鼠微生物群对宿主对感染性和炎症疾病反应的影响。

2. 能不能或怎样把野生小白鼠（关键）肠道微生物移植到实验小白鼠体内？

PCR and antibody detection : many wild mice were exposed to a variety of pathogens .pathogen-free wild mouse gut microbiota were readily found in the indigenous wild mouse population
we selected bio-banked gut mi- crobiota from three sexually mature wild mice
与完全定植或抗生素治疗的小鼠相比，Germ-free (GF) C57BL/6 可以实现更完整和无差异的微生物移植

Mus musculus domesticus肠道微生物可转移至怀孕的GF C57BL / 6小鼠并维持多代后代

野生型OTUs在所有WildR世代中保持较高的丰度，但通常在LabR小鼠中丰度不高。
反之亦然，实验室指示性OTUs在所有LabR世代都保持较高的丰但在WildR小组及其F1至F4世代中丰度很小

                   whole shotgun metagenomics analysis

样本组之间差异最大的前50个属是细菌，并且Lab / LabR和Wild / WildR小鼠组之间的相对丰度模式不同

野生型小鼠细菌肠道微生物组可以转移至C57BL / 6实验室小鼠集落的多代后代并稳定保持。

3. 移植了野生肠道微生物的实验小白鼠获得了哪些特异功能？

1. Influenza A virus (IAV) mouse-adapted A/PuertoRico/8/1934 H1N1 strain (PR8) was chosen for intranasal infection. 【92% VS 17%】

Mus musculus domesticus肠微菌体在致命IAV感染后赋予小白鼠生存优势

肺病毒滴度，Lung viral titer
组织病理学评分, Histopathological scores

野生小鼠肠道微生物组赋予小白鼠消除过度炎症和促进宿主适应性的特性

1. 诱变剂和炎症诱导

图片.png

野生小鼠肠道微生物组促进宿主适应性并限制传染病中的炎症以及诱变剂和炎症诱导的肿瘤

这不是结束，甚至不是结束的开始，充其量不过是开始的结束。

文章的数据路径指向了开始时的假设，并在一定程度上验证了这个假设：天然微生物群有利于调节宿主对炎症刺激的反应。

哺乳动物的肠道微生物是一副盔甲以抵御多变的环境因素，值得我们思考的是：这副在多变的环境中习得的盔甲，可以通过人工手段来获得。

对病理学家的启示也许更大：商业化的小白鼠模拟疾病的功效是有限的。这也许回答了为什么一些在小鼠身上得到的效果在实际中却不行。其他模式生物是不是也有这种问题呢？

除了宏基因组学，未来的机制研究还应该采用有针对性的提取和测序方法，来更精确地评估微生物群的非细菌生物体，如原生生物、病毒、寄生虫等。

      不同肠道菌群对病毒侵染的响应

肠道微生物也承担了一定的免疫功能
YOU ARE WHAT YOU EAT。

          高通量测序在本文中的作用：
          
          1. 系统发育树：亲缘关系（样本选择）
          2. 移植前后肠道微生物的表征（主角特征）
          3. Harvest and storage of mouse organs, tissue, stool and microbial communities
          4. 16S rRNA gene sequencing
          5. Whole shotgun metagenomic sequencing

Cell：来自野生小鼠的肠道细菌可改善实验室小鼠的健康