寄生虫学教研室

麻省理工学院等机构的研究人员发现，人类皮肤上生活着数百万种微生物，其中一种叫做金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）。这种菌可以成为机会性病原体，侵入受湿疹（也称为特应性皮炎）影响的皮肤区域。最新研究表明，在一个人的皮肤微生物群中，这种微生物可以迅速进化。研究发现，在患有湿疹的人中，金黄色葡萄球菌往往会演变成一种带有突变基因的变种，在皮肤上更快地生长。

这是科学家首次直接观察到与复杂皮肤疾病相关的微生物中发生这种快速进化。这一发现还有助于研究人员开发潜在的治疗方法，通过针对具有这种突变基因并且容易使湿疹症状加重的金黄色葡萄球菌变异体来缓解湿疹症状。

“这是首项表明金黄色葡萄球菌基因型在患有特应性皮炎的人身上发生变化的研究。”Tami Lieberman教授表示，“据我所知，这是皮肤微生物群中自适应进化最直接的证据。”

这项研究的资深作者包括麻省理工学院土木与环境工程助理教授Tami Lieberman和墨西哥国立儿科学院皮肤科助理教授Maria Teresa García-Romero。该论文的主要作者是前MIT博士后Felix Key，现为马普生物感染研究所的研究组组长。该研究成果发表在《Cell Host and Microbe》杂志上。

据估计，30%至60%的人鼻腔内携带金黄色葡萄球菌，通常是无害的。在约1000万儿童和1600万成年人患有的湿疹患者中，金黄色葡萄球菌经常传播到湿疹区域并感染皮肤。当皮肤破损时，金黄色葡萄球菌可以找到一个生长和复制的生存空间。在这项研究中，研究人员想要探索S. aureus是如何适应生长在湿疹患者的皮肤上的。

研究人员招募了年龄在5至15岁之间，正在接受中度到严重湿疹治疗的患者。他们在三个月内每月一次取样患者的皮肤，并在九个月后再次取样。样品取自膝盖后面和肘部内侧（湿疹最常见的部位）、前臂（通常不受影响）和鼻孔。

从每个样品位点中分别培养S. aureus细胞，每个样品最多培养10个菌落，当大菌落形成时，研究人员对菌落的基因组进行了测序。这产生了近1500个独特的菌落，使研究人员能够比以前更详细地观察细菌细胞的演变。

通过这种技术，研究人员发现大多数患者维持了一个S. aureus谱系，也就是说，很少有新的菌株从环境或其他人进入并取代现有的S. aureus菌株。然而，在每个谱系内，在研究的九个月期间，发生了大量的突变和演变。

“尽管在谱系水平上稳定，但我们看到了在整个基因组水平上的很多动态，其中新的突变不断产生，并在整个身体中传播，”Lieberman说。

这些突变中，许多发生在一个叫做capD的基因中，该基因编码一种酶，必需用于合成胶囊多糖——一种保护S. aureus不被免疫细胞识别的涂层。在深度取样的六位患者中，研究人员发现具有capD突变的细胞接管了整个S. aureus皮肤微生物群落种群。其他患者则被最初缺乏capD的菌株所定居，这样在研究结束时有22％的患者缺乏capD。在一个患者中，四个不同的capD突变独立地出现在不同的S. aureus样品中，然后其中一个变体在整个微生物群落中占主导地位并传播。

此项研究由美国麻省理工学院、墨西哥国家儿科研究所等机构的研究人员共同完成，研究成果于近日发表在《细胞寄主与微生物》杂志上。研究人员发现，在患有湿疹的人群中，葡萄球菌会进化出一种变异基因，从而使它更快地在皮肤上繁殖生长。这项研究是科学家们首次直接观察到这种与复杂皮肤疾病相关的微生物的快速进化现象。这一发现也可能有助于研究人员开发治疗湿疹症状的潜在药物，以针对带有这种类型变异基因的葡萄球菌变体，从而减轻湿疹症状。

据介绍，皮肤上的微生物共生体系是人体生态系统中的一部分。其中，金黄色葡萄球菌是一种机会性病原体，可侵入受湿疹（也称特应性皮炎）影响的皮肤区域。研究人员想要探究的是，葡萄球菌是如何适应在湿疹患者的皮肤上生存的。

研究人员在调查了一批5-15岁的患有中度至重度湿疹的患者后发现，大多数患者维持着单一的金黄色葡萄球菌谱系。然而，在每个谱系内，这种细菌的进化却在短短的9个月时间内发生了大量的变异。研究人员在一个名为capD的基因中发现了许多突变，它编码一种合成囊外多糖所必需的酶。这种多糖覆盖物可以保护葡萄球菌免受免疫细胞的识别，而capD的突变能够使葡萄球菌更快地生长。研究人员表示，这是人类皮肤微生物组中自适应进化最直接的证据。

研究人员同时分析了近300个公开可用的葡萄球菌基因组，并发现患有湿疹的人更有可能携带无法产生囊外多糖的葡萄球菌

除了研究结果对治疗湿疹的潜在启示外，该研究还有助于深入了解人类肌肤上的微生物群落及其如何适应和变化。

研究人员指出，这项研究为湿疹患者治疗提供了一些线索，但目前这些治疗方法还需要更多的测试和研究。未来的工作还包括在大规模人群中进行研究，以确定哪些基因型会对人类健康产生负面影响，以及基因型与其他因素如环境、生活方式和基因组等之间的关系。

总的来说，这项研究为湿疹治疗提供了新的思路，它是一项创新性的工作，其发现可能有助于为湿疹患者开发更有效的治疗方法，以减轻症状并提高生活质量。

（本文译自MIT News，原文链接：https://news.mit.edu/2022/staphylococcus-aureus-skin-microbiome-0428）