新的研究表明，一些疫苗可以诱导与宿主生物一起生活的微生物发生保护性转变。
人类或动物的微生物群——通常是生活在宿主生物体上或体内的有益微生物的集合，包括细菌和真菌——可以在宿主的整体免疫反应中发挥重要作用，但目前尚不清楚针对有害病原体的疫苗如何影响微生物群。由宾夕法尼亚州立大学的研究人员领导的一项新研究发现，一种针对青蛙致命的壶菌的新疫苗可以改变微生物组的组成，使青蛙在未来接触真菌时更有弹性。这项研究发表在6月12日的《英国
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皇家学会哲学汇刊B》特刊上，表明微生物组反应可能是疫苗功效中一个重要的、被忽视的部分。宾夕法尼亚州立大学生物学副教授、该研究小组负责人Gui Becker说:“构成动物微生物组的微生物通常可以帮助抵御病原体，例如通过产生有益物质或与病原体争夺空间或营养物质。”“但是，当你接种疫苗时，比如COVID疫苗、流感疫苗或黄热病疫苗等减毒活疫苗，你的微生物群会发生什么变化?”在这项研究中，我们使用青蛙作为模型系统来开始探索这个问题。”
青蛙和其他两栖动物受到壶菌的威胁，壶菌已经导致一些物种灭绝，在几个大洲的数百种其他物种中，数量严重下降。在易感物种中，这种真菌会导致一种有时是致命的皮肤病。
贝克尔说:“壶菌是近代史上野生动物保护中最严重的病原体之一，如果不是最严重的，现在迫切需要开发工具来控制它的传播。”贝克尔也是宾夕法尼亚州立大学一个健康微生物组中心和传染病动力学中心的成员。“我们发现，在某些情况下，疫苗可以诱导微生物组的保护性转变，这表明，仔细操纵微生物组可以作为更广泛策略的一部分，帮助两栖动物，也许还有其他脊椎动物，应对新出现的病原体。”
研究人员给蝌蚪注射了一种疫苗，在这种情况下，一种由壶菌产生的代谢产物的非致死剂量。五周后，他们观察了微生物组的组成是如何变化的，确定了单个细菌种类及其相对比例。研究人员还在实验室中培养了每一种细菌，并测试了细菌特异性产品是否促进、抑制或对壶菌生长没有影响，并将结果与该信息的大型数据库进行了添加和比较。
“增加接触壶菌产品的浓度和持续时间 ，预防措施显著改变了微生物组的组成，从而产生抗壶菌物质的细菌比例更高，”萨曼莎·西奥姆科(Samantha Siomko)说，她当时是阿拉巴马大学贝克尔实验室的硕士生，也是该论文的第一作者。“这种保护性转变表明，如果动物再次暴露于相同的真菌中，其微生物组将能够更好地对抗病原体。”
以前试图在微生物组中诱导保护性变化的尝试依赖于添加一种或多种已知的细菌，这些细菌可以产生有效的抗真菌代谢物，即益生菌。然而，根据研究人员的说法，细菌必须与微生物组中的其他物种竞争，并且并不总是成功地将自己建立为微生物组的永久成员。
贝克尔说:“这些青蛙的皮肤上有数百种细菌，这些细菌是从环境中吸收的，它们的成分会随着季节的变化而定期变化。”“试图操纵菌群，例如通过添加细菌益生菌，是具有挑战性的，因为菌群中的动态是如此复杂和不可预测。我们的结果是有希望的，因为我们基本上已经控制了整个细菌群落，使其朝着更有效地对抗真菌病原体的方向发展，而不需要添加需要竞争资源才能生存的生物。”
值得注意的是，微生物组内的物种总数-多样性-没有受到影响，只有物种的组成和相对比例受到影响。研究人员认为这是积极的，因为青蛙微生物群落多样性的下降往往会导致疾病或死亡，而且人们普遍认为，保持微生物群落的多样性可以使细菌和微生物物种更动态地应对威胁，并具有更高的功能冗余。
研究人员认为，微生物组组成的这种适应性转变，他们称之为“微生物组记忆”，可能在疫苗功效中发挥重要作用。除了了解这种转变背后的机制外，研究小组还希望在未来研究成年青蛙以及其他脊椎动物物种的微生物组记忆。
贝克尔说:“我们的合作团队实施了一项预防技术，该技术依赖于从壶菌中提取的代谢产物。”“基于mRNA或活细胞的疫苗——就像那些经常用于防止细菌或病毒感染的疫苗——可能会对微生物群产生不同的影响，我们很高兴探索这种可能性。”
除了贝克尔和西奥姆科，研究小组还包括康涅狄格大学的蒂根·麦克马洪(他开发了预防方法);阿拉巴马大学的萨沙·格林斯潘、韦斯利·尼利和斯坦尼斯拉瓦·查塔巴诺娃;马萨诸塞大学的道格拉斯·伍德汉姆斯;以及埃默里大学的K. M. Barnett。这项工作得到了美国国家科学基金会、美国国立卫生研究院、阿拉巴马大学和坦帕大学的支持。
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