研究人员发现了人类免疫模式识别不可见的深海微生物

在世界上最大、最深的海洋保护区，一组海洋专家在海平面以下3000多米的地方寻找人们以前从未见过的新型微生物。这些微生物——细菌的类型——现在可以打开一扇门，让我们了解免疫系统如何对完全外来的入侵者做出反应。

波士顿大学的Rotjan海洋生态实验室、哈佛医学院的卡根实验室、波士顿儿童医院、基里巴斯政府和其他机构的一项合作研究发现，有一些细菌对人类来说太陌生了免疫细胞无法意识到它们的存在，推翻了长期以来普遍免疫的信念，也无法意识到我们的细胞可以识别与它们相互作用的任何细菌。相反，研究发现，一些细菌完全由它们的当地栖息地或环境来定义。他们的研究结果发表在3月12日星期五科学免疫学。

Randi Rotjan说:“我们的团队发现并培养了对人类免疫系统完全免疫沉默的新型微生物。”这意味着细菌不会引发我们先天的反应或反应免疫系统。波士顿大学艺术与科学学院生物学研究助理教授、这篇论文的共同主要作者Rotjan说，这一发现完全出乎意料。

这项研究是历时五年的研究成果，跨越了太平洋中部2000海里水域，对数千个基因进行了测序，海上的大部分工作是在一个浮动实验室完成的。

Rotjan的研究重点是活珊瑚礁，他说他们团队的跨学科性质也是一个主要优势——联合主要作者Anna Gauthier是波士顿大学Rotjan实验室的访问学生，他的研究重点是海洋生物的免疫系统，Jonathan Kagan研究细胞相互作用的方式以及细胞与微生物的相互作用。除了是波士顿大学生物系的教员外，Rotjan还是菲尼克斯群岛保护区的联合首席科学家。菲尼克斯群岛保护区是基里巴提的一片海洋和陆地栖息地，也是联合国教科文组织最大、最深的世界遗产。The Brink采访了Rotjan，这个问答也反映了Gauthier和Kagan的发现和研究，经过了浓缩和编辑。

The Brink:这项研究是如何开始的?

人们通常认为(我们的先天免疫系统)可以检测到我们遇到的任何微生物或细菌，包括来自我们从未接触过的环境，比如深海。但我们的团队说得越多，就越清楚地发现我们的知识存在重大缺口。从来没有人真正检验过豁免规则的普遍性。我们所有人都坐在同一个房间里，有着不同的观点和专业知识，我们意识到这是一个进一步探索这个问题的独特机会。

这项研究如何改变我们对免疫的理解?

对于深海细菌来说，人类是火星人，反之亦然。我们从深海中收集和测试的新细菌永远不会有与人类互动的自然机会，因为它们生活在海面以下数千米的地方。所以，我们提出了这样的问题，当来自不同生态系统的生物相互作用时会发生什么?快进到五年，成千上万的盘子被倾倒，无数的对话，我们有证据表明哺乳动物的免疫系统有能力检测出我们自己栖息地的微生物细菌，而不是像深海这样的外国栖息地。免疫受体无法检测来自不同生态系统的大多数细菌，这表明模式识别策略可能是局部的，而不是全局的。

这些发现意味着什么?

所有的细菌细胞都有一层外层。脂多糖(LPS)是细菌膜的最外层。这层最外层能让其他生物识别它。人类细胞、小鼠和马蹄蟹的LPS受体无法检测到80%的深海细菌。既然我们知道了这一点，就迫切需要更多地了解每个生态系统中宿主-微生物的相互作用，因为每个栖息地都可能有新的发现。这为新的生物工具和疗法开辟了潜力。例如，利用沉默的细菌来运送药物或免疫疗法。对我们自身免疫系统的机制了解，加上对深海生物的深入了解，开辟了新的科学途径，在帮助人类健康的同时，也为加强海洋保护提供了重要的理由。跨学科合作真的打开了新世界。

在这个漂浮的实验室里工作是什么感觉?

这是一种完全沉浸式的体验，在世界上一个非常偏远的地方——除了我们的团队和岛上的人，离你最近的人是在国际空间站上。从夏威夷乘船大约需要7天的时间。我们在施密特海洋研究所的研究船上工作，R/V Falkor号，每天的操作费用超过75,000美元，在控制室配备了38个屏幕——这完全是疯了。船上大约有40人，他们的工作目标都是观察珊瑚和收集样本。这些细菌是通过一个名为SuBastian的越野车大小的机器人从深海中收集的，机器人在海面上进行控制。机器人收集珊瑚，吸沉积物，并吸收水，然后在我们位于马萨诸塞州的实验室进行分析。我们出去(在海上)培养细菌，但没人预料到免疫沉默。

在太平洋中央进行研究是什么感觉?

基里巴斯，我们团队2017年的总部所在地，被联合国列为最不发达国家，他们做出了令人难以置信的巨大海洋保护承诺。这项研究的一个重要方面是，它是与基里巴斯政府的合作努力，展示了国际伙伴关系的重要性和美丽。菲尼克斯群岛保护区的深海直到现在还没有被研究过。这些新的微生物可能是也可能不是菲尼克斯群岛保护区所独有的——未来的研究需要进行——但这一保护区的存在和突出地位推动了对这片特殊海洋的前沿研究。这样的研究有助于证明海洋保护区和保护的价值。尽管大部分深海是未知的，也看不见的，但很明显，它对海洋和我们自己都有变革的潜力。

这个发现最让你兴奋的是什么?

微生物生命的多样性和它们在深海中表达的化学结构完全没有得到充分的探索。本文提供了第一个详细的示例，并奠定了基础，但还有很多工作要做。现在我们有了这种理解LPS与人类细胞相互作用的新方法，我们可以利用它来更多地了解哺乳动物免疫系统:例如探测免疫反应的起源，确定微生物识别信号通路的细微差别，并增加免疫治疗的潜力。

你下次探险要探索什么?

我们将于2021年6月与施密特海洋研究所一起返回大海，在我们发现这些微生物的最后一次探险的基础上。我们的下一次旅行将回到R/V Falkor，这次在基里巴斯和美国水域工作，因为他们在太平洋中部有邻近的岛屿。我们将继续这一初步研究，但也将把这个问题转到研究海洋中海绵和珊瑚的免疫系统深海了解这些微生物的起源，以及这些微生物是如何在它们的家庭环境中发挥作用的。大自然是如此复杂，提供了如此多不同的反应机制。还有很多地方有待探索。