【LorMe周刊】动植物疾病中的病原菌组 / 四六文摘

作者：杨可铭，南京农业大学博士在读。主要研究利用噬菌体防治土传病害。

周刊主要展示LorMe团队成员优秀周报，每周定期为您奉上学术盛宴！本期周刊介绍一个概念：Pathobiome。原文来自于2019年发表在Trends in Ecology & Evolution上的一篇综述《The Pathobiome in Animal and Plant Diseases》。

导读

传统上，我们认为一种感染性疾病通常是由一种特定的病原菌引发的。然而，越来越多的大宿主相关的微生物组的研究发现这些疾病是由一个主因素（病原菌）引起的多个共生微生物、宿主和环境之间相互作用的结果。因此，单病原菌-单疾病（one pathogen–one disease）的认识正转向病原菌组（Pathobiome）的概念。

什么是病原菌组

我们使用“pathobiome”一词来指代一组（潜在）降低宿主健康状况的宿主相关微生物组。广义的病原菌组还包括与生物相互作用的所有相关因素（生态，化学，物理，遗传，免疫等）。因此，我们更喜欢用“pathobiotic”指代整个系统，而用“pathobiome”指代有机生物体。它们内部之间以及与宿主的相互作用不可避免的受到环境的影响。病原菌组被认为是宿主部位特异的，但也是与宿主和环境相关的。这里，我们首先以鱼为例，介绍宿主- 共生体微生物 - 环境系统的复杂相互作用（图1）。

微生物组（包括病毒，细菌，真菌等）在鱼的肠道，其它组织和器官以及血液中共生。它们从皮肤表面可以被释放到水中，从而接触其他生物。由病原体感染，饥饿等生理状态，或环境扰动引起的不同部位中的微生物群落的失衡也可能随着病原菌组的发育通过环境影响系统内的其他宿主。在患病状态中，检测出特定病原菌(x)的同时也会发现相关的微生物群落发生改变，其组合的结果可以作为宿主的临床特征。

图1 微生物组的复杂性，以典型的宿主 - 共生微生物 - 环境系统为例。

不同部位的病原菌组

定义病原菌组需要结合共生微生物的组成与宿主发病的情况，因为生病通常与特定的宿主部位（肠道、皮肤、内部器官上皮部位等）有关，从而可以推定病原菌组在在这些器官里。

由于许多疾病是逐渐远离健康的一个过程，病原菌组在这个过程中发生改变，导致了早期、过程中和发病后期特定的组成。研究特定宿主（部位）共生微生物组时空变化或许能识别与特定的发病情况相关的病原菌组。在这里展示的模型中，一个简单病原菌组的组成可能在不同部位是空间上不同的；而在时间上，当宿主经历健康向发病情况转变时，也是不同的。

然而这并不意味着微生物组的变化驱动了疾病在这些部位里的发生，或反过来发病驱动了这些微生物组成的变化。进一步来说，病原菌组未必比健康微生物组的多样性要低。因此，与发病组织相关的病原菌组是相对于健康时相关的共生微生物组来定义的。

图2 宿主不同部位中的不同病原菌组。

病原菌组的时间变化

当宿主逐渐进入发病状态时，健康共生微生物组逐渐变为病原菌组。在临床早期（subclinical），共生微生物组可能在特定症状被探测到之前就发生了改变。在发病的后期，当临床症状表现出来后，特定宿主部位的病原菌组可能进一步发生了改变，尽管这可能并不一定是作为一个诱因或是受影响的结果。而当宿主恢复（病原菌感染被清除，受到治疗，免疫反应发生）后，病原菌组可能又恢复到了共生微生物组的状态。而在其他的情况下，疾病导致了宿主死亡，从而引发了微生物群落的衰退。与衰退的宿主和器官相关的微生物组则不应该被认为是病原菌组。

图3 与宿主健康和疾病状态相关的病原菌组的时间变化。

总结

越来越多的研究将微生物群落与人、植物、动物的疾病联系了起来。如本公众号前两篇推送所述，宿主相关微生物组的变化既可能是宿主发病的预兆(【LorMe成果】苗期根际土壤细菌群落结构和功能决定作物未来健康),也可能是疾病导致的后果(【LorMe成果】土传青枯菌的入侵破坏了番茄根际微生物区系)。无论如何，将这类微生物组定义为“pathobiome”更进一步加深了我们对宿主-微生物组相互作用的认识和理解。

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