普林斯顿大学的研究人员报告说,在受到威胁的加利福尼亚狐狸体内,微生物与癌症有关

葡萄球菌微生物会导致癌症吗?

众所周知,微生物会影响消化、情绪和整体健康。现在,普林斯顿大学的研究人员发现,微生物组的变化与癌症有关——至少在加利福尼亚海岸外的一个岛屿上发现的濒危狐狸亚种是这样。

他们的研究提出了几个步骤:首先,和猫一般大小的圣塔卡特琳娜狐狸会感染耳螨,耳螨会改变狐狸的微生物群,让葡萄球菌感染占据它们的身体。随着假中间体葡萄球菌的肆虐,耐药感染导致了狐狸耳朵的慢性炎症。在这种组织发炎的环境中,肿瘤会大量生长。研究人员在《分子生态学》杂志上详细介绍了他们的发现。

亚历山德拉·迪坎迪亚(Alexandra DeCandia)是这篇论文的第一作者,也是生态学和进化生物学副教授布里奇特·冯霍尔特(Bridgett vonHoldt)实验室的一名研究生。“我们发现的一切——物种多样性减少、群落组成变化、潜在致病性物种过剩——都符合我们的预期。”

Graduate students and professor standing in snow

vonHoldt实验室研究了很多环境中的犬科动物,包括加利福尼亚的圣卡塔琳娜和黄石国家公园。Bridgett vonHoldt教授(中间)的两侧是她的研究生。从左至右:Dhriti Tandon, Elizabeth Heppenheimer, Alexandra DeCandia和Christopher Lawrence。

该项目始于圣卡塔琳娜岛的保护工作期间,当时研究人员注意到大约一半的成年狐狸耳朵里长有肿瘤。这是迄今为止在野生动物中观察到的最高的肿瘤发病率之一,促使了立即的后续研究。

早期的研究证实了耳螨感染和肿瘤生长之间的联系。大多数研究人员认为耳螨会导致慢性炎症,最终导致肿瘤的生长。DeCandia和vonHoldt的团队想知道微生物群是否也在这个系统中起作用。

美国自然历史博物馆(American Museum of Natural History)的保护基因组学主任乔治·阿马托(George Amato)说,他们对微生物群落多样性的关注,让他们的工作成为“该领域未来走向的一个绝佳范例”。他没有参与这项研究。他说:“我们直到最近才知道微生物群对一个人的健康有多么重要——无论是动物还是人。”此前,科学家们只研究了部分图像。他们当然没有研究微生物群落——他们甚至没有工具来研究。通过研究,我们了解到微生物群落多样性的缺乏,加上狐狸的基因,这不仅能帮助我们了解这种疾病的威胁,还能帮助我们了解其他疾病。这确实是一个了解濒危物种威胁的新范例。”

受到威胁的圣卡塔琳娜狐狸是海峡岛狐(Urocyon littoralis)的6个亚种之一,它们生活在南加州海岸外的8个海峡群岛中的6个。有几个亚种,包括圣塔卡塔琳娜亚种(学名为U. littoralis catalinae)的亚种,已经从灭绝的边缘反弹了回来,令人印象深刻——结果是它们在基因上惊人地相似,几乎是彼此的克隆。

DeCandia说,狐狸几乎完全缺乏遗传多样性,这使它们成为引人入胜的研究对象。

“我们通常认为基因多样性是一件好事,是必要的,”她说。“它使生物体保持健康——想想近亲繁殖对健康的负面影响——并帮助种群在环境的意外变化中生存下来。但是,尽管几乎没有遗传变异,这些狐狸表现出很少的健康状况不佳或近亲繁殖抑郁症的迹象。这使我们怀疑其他形式的多样性——例如它们的常驻生物——是否会成为健康和免疫的重要参与者。这就是为什么我们集中研究这些狐狸的微生物群和疾病。”

DeCandia说,微生物和癌症之间的联系是一个出乎意料的发现。“当我们第一次开始这项研究时,我们只是想在狐狸身上几个不同的身体部位上描绘微生物群落的特征。就像19世纪的博物学家对新的栖息地和物种进行分类一样,我们最初打算对微生物进行分类。然而,在更仔细地观察耳道后,我们发现有许多与螨虫感染状态相关的变化。然后我们将论文的重点放在与螨虫感染相关的耳道微生物上。”

他们与来自卡塔琳娜岛保护协会的合作者一起,抽取了几十只狐狸的样本来收集微生物,然后提取DNA来确定在他们所有的样本中存在哪些微生物,以及相对丰度是多少。

“既然微生物存在于一个群落中,相对比例就很重要,”DeCandia说。

Student holding a fox

迪坎迪亚拥有一只猫大小的圣卡塔琳娜狐狸,这只狐狸是卡塔琳娜岛保护协会人口监测工作的一部分。合著者Lara Brenner已经对这只狐狸的健康状况进行了评估,收集了微生物样本,并用伊维菌素对它的耳道进行了处理,以防止螨虫的侵扰。

他们发现,受感染的耳道与未受感染的耳道有明显不同的微生物群落。总体物种丰富度较低,相对丰富度偏向于一个细菌物种:S。伪中间体,在犬科动物(包括狗)身上很常见,当群落被破坏时,如螨虫入侵,它就会成为一种机会性病原体。

葡萄球菌会形成对抗生素有抗药性的生物膜,这对免疫系统来说是“难以置信的困难”,DeCandia说。因此,这种葡萄球菌与许多物种的慢性炎症有关。

研究人员仍在试图阐明因果关系——例如,螨是否带来葡萄球菌微生物或者他们在场但潜伏到螨虫引起足够的结构性破坏,让葡萄球菌有人口激增,但相关性的字符串是明确的:螨虫感染与美国pseudintermedius扩散,这是与慢性炎症与肿瘤发生有关。

一个主要的悬而未决的问题是,为什么在六种海峡岛狐亚种中,只有三种有螨虫,只有一种——卡塔琳娜岛狐——有明显的肿瘤生长。

这项新研究加强了之前的研究,冯霍尔特实验室的成员,包括2020届的肯尼迪·莱弗里特,研究了与疥螨相关的皮肤微生物群落的变化,这是由一种不同的螨虫引起的。他们观察了郊狼、红狐和灰狐,发现了非常一致的微生物分裂特征,这与岛狐的研究几乎完全一致:受感染的个体减少了微生物群落的多样性,并增加了S。pseudintermedius。

DeCandia说:“综合考虑,这两项研究表明,这种微生物是犬类微生物群落的重要成员,可能在许多疾病中起作用。”

亚历山德拉·迪坎迪亚(Alexandra L. DeCandia)、劳拉·j·布伦纳(Lara J. Brenner)、朱莉·l·金(Julie L. King)和Bridgett M. vonHoldt发表在2019年12月10日的《分子生态学》(DOI: 10.1111/mec.15325)杂志上的文章“耳螨感染与遗传发育不全的圣塔卡塔利纳岛狐狸(Urocyon littorina Island fox)的微生物群落改变有关”。这项研究得到了美国自然历史博物馆西奥多·罗斯福纪念基金和卡塔琳娜岛保护协会的支持。本材料是基于国家科学基金研究生奖学金资助的工作。DGE1656466。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://www.princeton.edu/news/2020/02/04/microbes-linked-cancer-threatened-california-foxes-report-princeton-researchers

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