《Journal of Eukaryotic Microbiology》：The Microbiome Within a Microbe: Rethinking Blastocystis Biology
编辑推荐：
这篇综述重新审视了芽囊菌（Blastocystis spp.）细胞内存在细菌和病毒样内共生体的历史观察，提出应将其视为一个完整的全息生物体（holobiont）。文章探讨了这种共生关系对其生物学、生态位及其在肠道健康与疾病中作用的潜在影响，并提出了利用荧光原位杂交（FISH）、类器官芯片（OoC）和单细胞多组学等现代技术验证该假说的实验策略。
摘要
芽囊菌（Blastocystisspp.）是人类肠道中最普遍的真核微生物之一，但其在健康与疾病中的作用长期存在争议。数十年前的显微镜研究曾报道在芽囊菌细胞内存在细菌样和病毒样颗粒，但这些发现大多被忽视。本研究重新审视这些被忽略的观察结果，将其置于全息生物体概念框架下，提出该原生生物可能拥有其自身的微生物群落。文章还提出了潜在的机制、生态学意义以及从器官芯片到单细胞多组学等现代实验策略，以严谨验证这一假说。将芽囊菌视为一个潜在的“微生物中的微生物组”，可能彻底改变我们对其生物学及其在肠道微生物生态学中地位的理解。
1 引言
芽囊菌是一种具有争议性致病性的原生生物，估计全球有十亿人的肠道微生物群中存在该菌。尽管其普遍存在，芽囊菌仍是肠道微生物组中一个神秘的成员，其生物学的许多方面仍不清楚。实验室培养的芽囊菌大多已适应体外环境，而体内研究有限且多使用非天然定植于啮齿类动物的亚型。培养芽囊菌可采用共生（xenic）或无菌（axenic）条件，但后者难度极大，通常归因于其对氧气的敏感性，但另一种可能性是芽囊菌依赖于与其他肠道微生物的相互作用才能实现最佳生长和存活。本文回顾历史观察，并借鉴其他原生生物的类似情况，探讨芽囊菌与肠道微生物组成员存在内共生关系的假说，提出证据并讨论可能对其生物学至关重要的相互作用，以及验证此观点的实验方法。
2 方法
通过文献综述，识别出此前通过电子显微镜（EM）观察芽囊菌和/或具有内共生体证据的文章共40篇。其中7篇提出了芽囊菌内的共生现象，3篇显示了原核生物共生体的证据，2篇提示存在细菌样共生体的吞噬，2篇显示了所谓的病毒共生体。成像样本来源多样，从新鲜粪便样本到体外培养物（包括共生和无菌培养）均有涉及。
3 结果与讨论
尽管很少被讨论，但若干历史报告表明原核微生物可以存在于芽囊菌的空泡内。最早的观察可追溯到1974年，Zierdt和Williams使用光学显微镜报告了空泡内存在杆状和球状细菌。随后在1976年，Zierdt和Tan利用透射电子显微镜（TEM）和冷冻蚀刻电子显微镜进一步详细观察了芽囊菌内的球状和杆状结构。尝试使用抗生素去除这些内共生体大多不成功，表明它们可能以低丰度持续存在。不仅细菌样微生物，病毒样颗粒（VLPs）也在芽囊菌中被观察到两次，提示其可能宿主多种内共生体。这些内共生体在各种来源的样本中均有发现，且未在长期培养中丢失，表明它们并非实验室驯化的假象。
细菌和古菌内共生体存在于许多原生生物中。一个有用的类比是阴道毛滴虫（Trichomonas vaginalis），其携带支原体（Mycoplasma）内共生体会改变基因表达并增强体外致病性。病毒也发挥作用，例如阴道毛滴虫病毒（Trichomonasvirus）会影响寄生虫毒力。其他原生生物如纤毛虫也提供了内共生关系的更多背景。
要证实和表征这些相互作用，TEM仍是可视化细胞内结构的有力工具，但验证内共生需要证明被吞噬的微生物是存活且具有代谢活性的。荧光原位杂交（FISH）等技术，使用针对16S rRNA的探针，有助于区分芽囊菌内存活的细菌或古菌共生体。为了维持和研究这些关联，先进的培养系统如器官芯片（OoC）提供了独特的机会。OoC模型可以重建肠道的微生理条件，并允许通过活细胞或延时显微镜动态监测共生关系。
互补的成像技术，包括TEM和扫描电子显微镜（SEM），对于高分辨率可视化共生体的定位和形态仍然至关重要。这些研究表明，内共生体主要存在于芽囊菌的空泡内，这个细胞器在其空泡形态中占据高达90%的细胞体积。虽然空泡被认为具有脂质储存和自噬功能，但它在培养物和粪便样本中的普遍存在表明它也是共生伙伴的生态位。
由此产生了几个未解决的问题：哪些类型的细菌占据空泡？芽囊菌是否可以通过在抗生素治疗期间隔离细菌来缓冲菌群失调，或者相反，在接触甲硝唑等抗寄生虫药物时释放致病菌？严格的厌氧菌能否在这个高度缺氧的区室中找到避难所？
4 展望
关于芽囊菌内存在细菌样和病毒样内共生体的被忽视的报告，挑战了长期以来将该原生生物视为孤立肠道居民的观点。如果芽囊菌作为一个全息生物体发挥作用，宿主其自身的微生物伙伴，可能会深刻改变我们对其生物学、持久性以及在健康与疾病中作用的诸多方面的理解。当前的关键优先事项是：利用FISH、单细胞多组学和活体成像等现代方法严格确认细胞内微生物的存在和活力；通过器官芯片模型和整合宿主-微生物系统探索这种关联的生态和代谢后果；评估这些共生体是否会调节致病性、免疫相互作用或对抗微生物治疗的反应。
