人類或動物的微生物組——生活在宿主生物體上或體內的通常有益的微生物的集合，包括細菌和真菌——可以在宿主的整體免疫反應中發揮重要作用，但目前尚不清楚針對有害病原體的疫苗如何影響微生物組。賓夕法尼亞州立大學的研究人員領導的一項新研究發現，一種針對青蛙致命壺菌的新疫苗可以改變微生物組的組成，使青蛙對未來接觸真菌的能力更強。

該研究於6 月12 日發表在皇家學會哲學會刊B 的特刊上，表明微生物組反應可能是疫苗功效中一個重要的、被忽視的部分。

“構成動物微生物組的微生物通常可以幫助抵禦病原體，例如通過產生有益物質或通過與病原體競爭空間或營養物質，”賓夕法尼亞州立大學生物學副教授兼研究負責人Gui Becker 說。“但是當你接種疫苗時，你的微生物組會發生什麼變化，比如COVID 疫苗、流感疫苗或黃熱病疫苗等減毒活疫苗？ 在這項研究中，我們以青蛙作為模型系統開始探索這個問題。”

青蛙和其他兩棲動物受到壺菌的威脅，這導致幾大洲的一些物種滅絕，數百種其他物種的種群數量嚴重下降。在易感物種中，這種真菌會導致有時致命的皮膚病。

“壺菌是近代歷史上野生動物保護最嚴重的病原體之一，如果不是最嚴重的話，迫切需要開發控制其傳播的工具，”貝克爾說，他也是One Health 微生物組中心和賓夕法尼亞州立大學傳染病動力學中心的成員。“我們發現，在某些情況下，疫苗可以誘導微生物組發生保護性轉變，這表明仔細操縱微生物組可以作為更廣泛戰略的一部分，幫助兩棲動物，或許還有其他脊椎動物，應對新出現的病原體。”

研究人員應用了一種疫苗，在這種情況下，一種由壺菌產生的代謝產物的非致死劑量用於蝌蚪。五週後，他們觀察了微生物組的組成是如何變化的，確定了單個細菌種類及其相對比例。研究人員還在實驗室中培養了每種細菌，並測試了特定於細菌的產品是否促進、抑製或對壺菌生長沒有影響，將結果添加到該信息的大型數據庫中並與之進行比較。

“增加接觸壺菌產品的濃度和持續時間會顯著改變微生物組的組成，從而產生更高比例的細菌產生抗壺菌物質，”大學貝克爾實驗室的碩士生Samantha Siomko 說。阿拉巴馬州的研究人員和論文的第一作者。“這種保護性轉變表明，如果一隻動物再次接觸到相同的真菌，它的微生物組將能夠更好地對抗病原體。”

以前在微生物組中誘導保護性變化的嘗試依賴於添加一種或多種已知可產生有效抗真菌代謝物（即益生菌）的細菌。然而，根據研究人員的說法，細菌必須與微生物組中的其他物種競爭，並且並不總是能夠成功地將自己確立為微生物組的永久成員。

貝克爾說：“這些青蛙的皮膚上有數百種細菌，它們是從環境中吸收的，而且成分會定期變化，包括隨季節變化。試圖操縱微生物社區，例如通過添加細菌益生菌，是具有挑戰性的，因為社區的動態是如此復雜和不可預測。 我們的結果很有希望，因為我們基本上已經朝著更有效地對抗真菌病原體的方向操縱了整個細菌群落，而無需添加需要競爭資源才能生存的生物。”

值得注意的是，微生物組內的物種總數多樣性沒有受到影響，只有物種的組成和相對比例受到影響。研究人員認為這是積極的，因為青蛙微生物組多樣性的下降通常會導致疾病或死亡，而且人們普遍認為，維持多樣化的微生物組可以讓細菌和微生物物種群落更動態地應對威脅更高的功能冗餘。

研究人員表示，微生物組組成的這種適應性轉變，他們稱之為“微生物組記憶”，可能在疫苗功效中發揮重要作用。除了了解這種轉變背後的機制外，研究小組還希望在未來研究成年青蛙和其他脊椎動物的微生物組記憶概念。

“我們的合作團隊實施了一種預防技術，該技術依賴於來自壺菌的代謝產物，”貝克爾說。“基於mRNA 或活細胞的疫苗——就像那些通常用於預防細菌或病毒感染的疫苗——可能會對微生物組產生不同的影響，我們很高興探索這種可能性。”