原标题：探究微生物前沿科学 | 拟杆菌防备肺炎克雷伯菌定殖和传达
微生物群是免疫防护的原动力，可是避免感染的特定共生微生物的特性尚不清楚。相对的，病原体怎么与其他微生物群落竞赛以树立其宿主生态位也不为人知。
判定对病原体有维护效果的微生物群成员可以供给一种医治对当时抗菌医治有耐药性的感染的代替办法。
在这些抗药性微生物中，肠杆菌科是最大的临床问题。而肠杆菌科中的肺炎克雷伯菌对人类健康构成最急迫的要挟，因为许多菌株对多种抗生素耐药，毒性很强，在成人和婴儿中都会引起疾病，并且很简单在宿主之间传达。
因而，防备肺炎克雷伯菌的定殖和传达显得至关重要。
近来， 世界尖端微生物学期刊《Nature microbiology》宣布了由英国伦敦帝国理工学院盛行症系分子细菌学与感染中心 和 外科与癌症系归纳体系医学与消化疾病科 协作研讨最新效果：“Commensal Bacteroidetes protect against Klebsiella pneumoniae colonization and transmission through IL-36 signalling（共生拟杆菌经过IL-36信号防备肺炎克雷伯菌定植和传达）”。
该研讨从机制上供给了一种视角，何时，何地，拟杆菌怎么对立肺炎克雷伯氏菌的定植和感染，深化了解怎么运用这些维护性微生物来供给人群等级的防备肺炎克雷伯氏菌感染的维护。
肺炎克雷伯氏菌在人群宿主中有两个首要的定植途径：上呼吸道和肠道。肺炎克雷伯菌树立定植有必要与这两个方位的微生物群和免疫体系树立的防护体系抗衡。
该研讨发现，老练的微生物群推动了不同免疫防护程序的开展，然后在上呼吸道和肠道约束肺炎克雷伯氏菌在这些生态位内的定植。
肠道免疫维护取决于拟杆菌、白细胞介素IL-36信号和巨噬细胞的发育。拟杆菌的这种效果需求其保存的共生定植因子的多糖运用位点。相反，在上呼吸道，变形菌门经过IL-17A增强免疫力，可是肺炎克雷伯氏菌经过包囊IL-17A来战胜这些防护然后有用定植。
终究发现肺炎克雷伯氏菌的宿主间传达首要发作在其肠道贮存器中，而发生共生定植因子的拟杆菌足以经过IL-36阻挠宿主之间的传达。
首要咱们先来看看，肺炎克雷伯菌这种菌在人群中的散布状况究竟是怎样的？
咱们从谷禾健康2019年近期检测人群肠道菌群样本抽取1.3万例样本，人群合计13358人，包含0~103岁人群。
其间肺炎克雷伯氏菌丰度占比超越1%的人群有3765例，占比28.2%。
预 告
本文后边【沟通讨论】章节会结合该论文的观念，对咱们谷禾健康现在已测的人群数据进行收拾剖析。
论文首要成果
成人微生物群的发育可避免耐药肺炎克雷伯菌在肠道而不是上呼吸道定植。
因为肺炎克雷伯菌在婴儿和成人中引起疾病，研讨人员期望研讨在整个生命过程中微生物群介导的对肺炎克雷伯菌定植的防护才干的开展。为此，耗尽了重生和成年小鼠中的微生物群。
为了研讨肺炎克雷伯菌在上呼吸道的定殖效果，研讨人员运用了一个小的接种量，并且没有麻醉小鼠进行鼻内接种。这种办法意味着细菌保留在鼻腔和鼻咽，并不会抵达肺。
在重生小鼠中，肺炎克雷伯菌可能在上呼吸道和肠道都久居，这不受微生物群耗竭的影响（图1a–c）。相同，在成年上呼吸道中，对照动物和耗费微生物的动物中肺炎克雷伯菌的定殖水平类似（图1d–f）。相比之下，在成年肠道中，肺炎克雷伯菌只要在微生物群干涸后才干树立可检测的定植（图1g–j）。
继续的广谱抗生素医治（图1g-j）或临床上相关的短期抗生素医治计划，消除了微生物群介导的防护。将成年菌群而非重生儿菌群搬运至重生小鼠，以维护其免受肺炎克雷伯菌的肠道定殖（图1k–m）。
图1：成年微生物菌群可反抗抗生素抗性肺炎克雷伯菌在肠中的定植，但不能避免上呼吸道定植。
上呼吸道定植多个方面数据显现为赤色，肠道定植多个方面数据显现为蓝色。一切计算比较均运用Mann-Whitney（双尾）进行；水平线标明中值；ND，未检出（肺炎克雷伯菌的检出限在粪便中= 10 3 cfu g -1）。
成人肠道菌群具有广泛的维护性，可经过临床别离株发生肺炎克雷伯菌，发生OXA-48碳青霉烯酶（图1g），盛行性肺炎克雷伯菌 ST258（图1l）和近缘拟肺炎克雷伯菌亚种（图1j）。
在任一生态位久居期间均未观察到体重减轻，支撑咱们正在对无症状定殖进行建模的概念。这些数据标明，成年菌群的发育发生了足以阻断肺炎克雷伯菌在肠道内而不是上呼吸道久居的屏障。
这就提出了三个问题：
（1）成人肠道菌群中的哪些菌阻挠肺炎克雷伯菌的定殖，其机制是什么？
（2）哪些要素可使肺炎克雷伯菌成功与上呼吸道菌群竞赛，然后久居于这一生态位？
（3）在不同的粘膜贮库中，微生物群和肺炎克雷伯菌之间的竞赛怎么影响这种感染性病原体在宿主之间的传达？
下文将环绕这3个问题打开试验与讨论。
为了答复第一个问题，成人肠道菌群中的哪些菌阻挠肺炎克雷伯菌的定殖，其机制是什么？
研讨人员对重生小鼠和成年小鼠肠道菌群进行了测序，以承认这些答应和按捺微生物群落的各自组成。重生小鼠肠道菌群首要是来自厚壁菌门，尤其是乳杆菌科的成员（图2a，b）。相比之下，成年小鼠肠道菌群首要由拟杆菌门（拟杆菌门）和厚壁菌（梭状芽胞杆菌和乳杆菌）的共生菌组成，而放线菌门和变形菌门只占共生菌的一小部分（图2a，b）。
研讨人员发现只要拟杆菌能促进肺炎克雷伯菌从肠道的铲除，无论是在肺炎克雷伯菌定植之前仍是之后(Fig. 2c–k)。拟杆菌在抗生素医治（图2d-f，i，j）和无菌小鼠（图2g）中都具有维护效果，这与运用不同成分的共生体一起。
证明施用代表性的共生菌群的小鼠的肠道菌群由该菌群占主导地位，并且每个菌群的定植水平类似。
图 非抗生素处理、抗生素处理和共生联合体接种小鼠粪便中的细菌负荷和组成
此外，还发现拟杆菌属特别维护重生小鼠免受肺炎克雷伯菌的肠道定植（图2k），这支撑了这种共生体的开展可以维护成年小鼠免受肺炎克雷伯菌的损害。
图2：肠内的拟杆菌属可以防备肺炎克雷伯菌的定殖。
一切的计算比较都是用Kruskal-Wallis查验和Dunn对多重比较的批改进行的。水平线标明中值。
接下来，研讨人员想承认拟杆菌的维护效果是否需求宿主免疫。因而，在肺炎克雷伯氏菌定植之前，将微生物群搬运到施用了免疫按捺性地塞米松或媒介物对照的微生物群缺失小鼠中。地塞米松消除了微生物群对肺炎克雷伯菌定殖的按捺效果（参见图3a，b），标明该维护效果需求免疫信号。
此外，研讨人员发现地塞米松对未经抗生素医治的小鼠的医治，使这些正常耐药的小鼠简单被肺炎克雷伯氏菌定殖。相同，拟杆菌属赋予的维护效果需求免疫信号传导。
为了保证地塞米松对免疫体系起效果而不是损坏微生物群，研讨人员将微生物群从地塞米松或媒介物对照医治的小鼠搬运至微生物群干涸的小鼠，然后研讨了对肺炎克雷伯菌定植的按捺效果。这两个微生物群均供给了针对肺炎克雷伯菌定殖的平等维护效果。由此证明地塞米松不能消除微生物菌群的维护性优势，而是按捺微生物菌群对免疫体系的影响效果。
然后，研讨人员企图承认将拟杆菌属的效果转化为对肺炎克雷伯菌定植的抗性的免疫因子。在肠道中，从重生小鼠到成年的改变以许多细胞因子的稳态表达添加为标志，这些因子对保持宿主与微生物的动态平衡很重要。
为了承认拟杆菌的维护效果是否受这些细胞因子的驱动，他们撤销了细胞因子的信号传导，该信号的安稳表达从重生小鼠到成年小鼠均以微生物群依赖性办法添加。
图3 拟杆菌经过IL-36信号和巨噬细胞维护肺炎克雷伯菌在肠道的定植。
用针对IL-36受体（IL-36R）信号的抗体医治，但不针对IL-17A或干扰素（IFN）-γ的抗体医治后，拟杆菌属对肺炎克雷伯菌的肠道菌落维护被撤销（图3a-e）。支撑IL-36的效果，重组IL-36γ处理可促进肠道肺炎克雷伯菌的铲除（图3f–h），而微生物群落衰竭的动物中肠道IL-36γ的发生可经过拟杆菌特异康复（图3i）
运用脂质体氯膦酸盐处理耗尽这些细胞来研讨它们对肺炎克雷伯菌的维护效果。巨噬细胞耗竭后，拟杆菌不能防备肺炎克雷伯菌或调理IL-36γ（图3j–m）。相反，嗜中性粒细胞耗尽后，拟杆菌仍具有维护效果。
图 变形菌在定植过程中康复了上气道的稳态IL-17A生成和肺炎克雷伯菌诱导的上气道TNF生成
此外，在用氯膦酸盐处理的小鼠中，IL-36R信号的损坏不会添加肺炎克雷伯菌的定殖，这标明IL-36和巨噬细胞沿一条一起途径起效果（图3n）。
为了了解IL-36怎么经过巨噬细胞操控肠道中的肺炎克雷伯菌水平，研讨人员查询了IL-36是否促进了这些细胞的灭菌活性。然后发现IL-36γ影响促进巨噬细胞杀死肺炎克雷伯菌的多种菌株。
接下来，研讨人员想了解抗肺炎克雷伯菌定殖所需的拟杆菌属中的要素。调理肠道免疫力的常见办法是与宿主粘膜严密触摸以发挥其效果。拟杆菌内高度保存的是荚膜多糖发生位点CCFs，这促进了拟杆菌与肠黏膜的相关。
图4 拟杆菌需求它们的ccf来避免肺炎克雷伯菌在肠内的定植。
研讨人员测试了假单胞菌按捺肺炎克雷伯菌定植所需的CCF的假定。与此一起，具有完好的CCF体系的拟杆菌属或单个拟杆菌属物种可以防备肺炎克雷伯菌的细菌定植和首要肠道IL-36γ的发生，可是在没有CCF的状况下会消失，并且可以终究靠CCF的互补来从头树立（图4a–g）。
与想象的在粘膜定植中的效果相一起，发现CCF促进了拟杆菌与粘膜的缔合（图4h），可是在存在或不存在CCF的状况下，粪便中的拟杆菌水平是持平的（图4i）。
以上，数据支撑这样一个模型，其间发生细菌CCF的拟杆菌属成员与粘膜屏障结合，在肠内构成免疫屏障，然后避免肺炎克雷伯菌经过IL-36和巨噬细胞久居。
接着答复第二个问题：哪些要素可使肺炎克雷伯菌成功与上呼吸道菌群竞赛，然后久居于这一生态位？
为此，研讨人员查看了肺炎克雷伯菌包封的效果。传统上，包囊被视为一种毒性决定要素。可是，荚膜多糖的发生是常见的病原体和非病原体。特别是在上呼吸道中。
在具有微生物群的成年小鼠中，咱们发现包封的肺炎克雷伯菌定植上呼吸道水平高于等基因的未包封的肺炎克雷伯氏菌突变体，并且，经过未封装的突变体的互补，康复了反抗微生物群介导的防护的才干（图5a，b）。
包囊化的这种优势在微生物群落缺少的动物中消失了，在这些动物中，包囊化和未包囊化的肺炎克雷伯菌定殖到类似的水平（图5a，b）。
图5 变形菌经过IL-17A发动上呼吸道防护，但包封可以使肺炎克雷伯菌战胜这些防护。
下一步，研讨人员承认包封是否答应肺炎克雷伯菌反抗上呼吸道内的直接微生物竞赛，或经过免疫体系直接影响微生物群。为了处理这一问题，他们将微生物群搬运回经地塞米松或载体操控医治的微生物群衰竭的动物，然后再经鼻腔给药肺炎克雷伯菌。
微生物群搬运削减未包封肺炎克雷伯菌在载体对照中的上呼吸道定植，但地塞米松医治的动物却没有，这支撑了微生物群经过免疫信号增强上呼吸道防护的观念。与此相符的是，在微生物群落衰竭的动物中，肺炎克雷伯氏菌在上呼吸道定植期间诱导的先天细胞因子发生（肿瘤坏死因子-α）削减，并经过免疫信号经过微生物群搬运而康复。
图 微生物群发动上呼吸道免疫，但封装使肺炎克雷伯菌战胜这些防护
研讨人员承认，微生物群搬运后上呼吸道共生细菌的水平在媒介物和地塞米松医治的小鼠之间是相同的，且微生物群的搬运没有导致共生接种到肺中。
与肠道类似，上呼吸道的微生物防护发动是成年动物所特有的，因为封装和未封装的肺炎克雷伯菌都将重生的上呼吸道久居到类似的水平，并在缺少微生物群和对照的动物中引起了平等的先天细胞因子反响。
从重生到成年的改变伴随着依赖于微生物群的上呼吸道多种细胞因子稳态表达的添加，因而，研讨人员撤销了这些细胞因子的信号传导，以了解成年微生物群是否需求它们才干在上呼吸道发挥其免疫调理效果。
IL-17A的损坏，而不是IFN-γ或IL-36R信号的损坏，按捺了微生物群介导的未包囊但未包囊的肺炎克雷伯菌从上呼吸道的铲除（图5c–f）。
此外，用重组IL-17A处理足以促进未包封的肺炎克雷伯菌的铲除（图5g，h）。小鼠上呼吸道菌群包含的菌来自放线菌门，拟杆菌，厚壁菌门和变形菌。
在这些共生体中，发现变形菌经过IL-17A信号（图5i-l）特异性地增强了抗生素医治和无菌小鼠上呼吸道对未包被肺炎克雷伯菌的铲除。变形菌还康复了上呼吸道的稳态IL-17A生成和肺炎克雷伯菌定植诱导的细胞因子生成。
研讨人员证明，给代表性共生体打针的小鼠上呼吸道微生物群首要由该共生体操控，并且每个共生体的定殖状况类似。
这些数据支撑一种模型，经过该模型，变形菌可以在成年上呼吸道引发IL-17A依赖性免疫防护程序。可是，包囊可以使肺炎克雷伯菌饱尝住这些防护，然后成功地树立定植。
然后答复第三个问题：在不同的粘膜贮库中，微生物群和肺炎克雷伯菌之间的竞赛怎么影响这种感染性病原体在宿主之间的传达？
为了了解避免肺炎克雷伯菌在肠道定植的成人微生物群的发育怎么影响传达，研讨人员采纳以下办法：
首要，将已树立肠道肺炎克雷伯菌定殖的成年小鼠与抗生素医治或非抗生素医治的小鼠触摸，一起养殖。抗生素医治的成年触摸小鼠都获得了肺炎克雷伯菌，但对未经抗生素医治的成年触摸小鼠的传达有限。
研讨人员再次承认从成年触摸小鼠别离出的肺炎克雷伯菌的抗生素耐药谱与接种到索引小鼠中的肺炎克雷伯菌的抗生素耐药谱相匹配，承认从触摸小鼠别离出的肺炎克雷伯菌来自索引动物。
图 触摸小鼠肺炎克雷伯菌的耐药谱与对照小鼠肺炎克雷伯菌的耐药谱一起
其次，在共旅居之前，将维护性拟杆菌属共接种到肺炎克雷伯菌定殖的重生指数小鼠和天真的重生触摸小鼠中。这足以阻挠宿主之间的肺炎克雷伯菌传达。为了查看传达是否需求与动物直触摸摸，将成年触摸者关在从前装有肠道定殖的索引小鼠的笼子中。虽然在养殖前已从笼子中取出一切的索引小鼠和粪便资料，但一切触摸的小鼠都被肺炎克雷伯菌定殖，这标明传达不需求动物之间或同食性的直触摸摸。
第三，在共旅居之前，将维护性的拟杆菌共生体口服到肺炎克雷伯菌定植的成年指数小鼠和未经抗生素处理的成年触摸小鼠体内。发现拟杆菌特异性足以阻断肺炎克雷伯菌在宿主间的传达。在IL-36信号的损坏或没有CCF的状况下，拟杆菌的按捺效果丧失了。
综上所述，这些数据标明拟杆菌对肺炎克雷伯菌定植的维护效果约束了其在人群中的传达。研讨人员质疑拟杆菌对肺炎克雷伯菌传达的按捺效果是否是因为拟杆菌削减了从指数动物身上掉落的肺炎克雷伯菌，或是在触摸动物身上树立了针对肺炎克雷伯菌的维护屏障。
为了答复这样的一个问题，拟杆菌只给肺炎克雷伯菌定植的索引小鼠或单纯触摸者。发现，这两种办法都削减了肺炎克雷伯菌的传达，但将拟杆菌引进触摸者比将拟杆菌引进索引小鼠的效果更为有用，证明拟杆菌操控传达的要害点是加强免疫屏障以避免肺炎克雷伯菌在新宿主中的树立。总归，多个方面数据显现，发生CCF的拟杆菌按捺了肺炎克雷伯菌在人群中的传达。
该文章终究说到，个体内的微生物群失调不只会促进肺炎克雷伯菌在宿主体内的定植，并且会促进其向其他宿主的传达。因而，拟杆菌群可以终究靠避免肺炎克雷伯菌在宿主之间的传达供给人群等级的维护，这是操控盛行症的终究手法。
在本文最初部分，咱们已看到从谷禾健康2019年样本中抽取样本的实践散布状况：
其间肺炎克雷伯氏菌丰度占比超越1%的人群有3765例，占比28.2%。
为了解感染带着肺炎克雷伯氏菌的人群和不带着人群的菌群构成，尤其是论文中拟杆菌关于肺炎克雷伯氏菌感染的防控效果在实在人类集体中的状况，咱们将依据肺炎克雷伯氏菌的占比丰度分为两类人群。
其间肺炎克雷伯氏菌占比丰度5~50%的人群作为肠道感染带着者（1629例），占比<1%的人群（9593例）作为对照。
提取拟杆菌门和厚壁菌门的份额进行比较，成果如下：
肺炎克雷伯氏菌肠道感染人群菌群构成
可以正常的看到两组人群的拟杆菌门的丰度水平的确存在差异，未感染人群的拟杆菌门份额相对更高，计算查验是极明显。
论文的研讨发现在人类集体中应该存在必定的效果，可是感染人群其拟杆菌并不是极低。
进一步运用MaAslin2进行查验肺炎克雷伯氏菌与其他菌属，成果如下：
发现和预期的不太相同，拟杆菌与肺炎克雷伯菌的丰度水平之间显现是正相关，唾液乳杆菌和栖粪杆菌与其是明显负相关，别的其他病原菌与其负相关。
总归，论文的研讨发现在人类集体中应该存在必定的效果，可是大样本人群肠道菌群检测成果剖析标明单纯的拟杆菌存在并不能彻底抵挡肺炎克雷伯氏菌的定植和传达。
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参 考 文 献
Sequeira, R.P., McDonald, J.A.K., Marchesi, J.R. et al. Commensal Bacteroidetes protect against Klebsiella pneumoniae colonization and transmission through IL-36 signalling. Nat Microbiol (2020)
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