所有多细胞生物体——从最简单的动物和植物生物体到人类——都与多种微生物密切相关，即所谓的微生物组，它们在其组织中定植并与宿主存在共生关系。

许多重要功能，例如营养吸收、免疫系统调节或神经过程，都是宿主生物体和微生物共生体之间相互作用的结果。宿主和微生物之间的功能合作(科学家将其称为元有机体)正在基尔大学合作研究中心(CRC)1182元有机体的起源和功能中进行详细研究。

科学家怀疑微生物组可以对整个生物体的环境适应和健康做出重大贡献。他们认为其中一个原因是微生物的快速适应能力，它们对环境条件变化的反应比通常进化较慢的宿主生物要快很多倍。

在宿主生物体的个体发育过程中如何建立微生物组的定植和组成是当前研究的主题。

基尔大学动物研究所HinrichSchulenburg教授领导的进化生态学和遗传学研究小组与来自不同院系的CRC1182和普伦马克斯·普朗克进化生物学研究所的其他研究小组一起，现已研究了微生物组定植的动态。

他们发现，线虫宿主生物体中的微生物组在其一生的很长一段时间内并不具有随机组成，这表明微生物群落是定向选择过程的结果。该研究发表在mBio上。

对蠕虫微生物组中微生物物种的基因组分析支持了这一假设。人们发现许多基因负责某些代谢功能，这些功能对于宿主生物体很重要，并且与其他生物体也相关。

通过这些结果，基尔研究人员再次表明，秀丽隐杆线虫特别适合作为研究肠道微生物组的信息模型生物。

线虫一生中微生物组组成的动态

为了研究秀丽隐杆线虫微生物组组成随时间的变化，进化生态学和遗传学小组的前研究员AgnesPiecyk博士(他计划并领导了这些实验)使用了43种不同细菌物种的特征群落，这些细菌物种分别是：通常存在于自然界的线虫中。

她将这种微生物群落引入到以前无菌的动物中，并将它们定殖在蠕虫附近的培养基上和单独的培养皿中，而不与动物有任何接触。研究人员随后分析了该实验微生物群落的组成在一周左右的六个单独时间点在各种条件下如何变化——这对应于线虫的平均寿命。

在实验过程中，很明显，时间只在与宿主相关的微生物群落(即生活在蠕虫体内的细菌)中发挥着重要作用。进化生态学和遗传学工作组的研究员约翰内斯·齐默尔曼博士分析了这些数据，他说：“它们的组成发生了变化，导致某些特定的细菌种类出现得更频繁。”

例如，苍白杆菌和肠杆菌在蠕虫的肠道中积累。“这些动态不能用随机过程(即原则上随机过程)令人信服地解释。因此，我们想找出蠕虫微生物组随时间的动态变化是否涉及定向过程，”Zimmermann解释道。

基因组分析表明某些有用的代谢功能的选择

下一步，研究小组分析了蠕虫微生物组中微生物的基因组，其中包含蠕虫一生中细菌群落的所有遗传信息。有趣的是，研究人员发现宿主相关微生物群落与人类微生物组研究中已知的基因之间存在一些惊人的相似之处。

“我们假设这不是偶然的，而是由宿主和微生物组之间的特定相互作用驱动的，这些相互作用会影响宿主生命周期中某些时刻的微生物组组成。

“因此，与对照组相比，蠕虫中某些细菌种类的积累的一个非常合理的解释可能是宿主专门选择了某些细菌及其相关功能，这反过来又对宿主生物体有利，”Zimmermann强调道。。

这一假设得到了以下事实的进一步支持：有利的微生物功能是普遍存在的，并且超出了秀丽隐杆线虫的范围，例如，生产短链脂肪酸、维生素B12或其他重要物质。

肠道微生物组研究的模型生物

总体而言，研究人员得出的结论是，由于蠕虫一生中微生物组组成的动态变化，相关的细菌物种进化出了某些竞争策略，特别是那些为宿主提供某些有用功能的物种受到青睐。总之，定殖微生物似乎对宿主生物体整体有益，从而帮助其适应环境。

“通过我们的新工作，我们提供了重要的概念基础，扩大了我们对微生物组的组成和功能以及宿主生物如何影响其组成的理解，”舒伦堡说。

“我们基于实验微生物群落的研究也再次表明，秀丽隐杆线虫为我们提供了一个有价值的模型系统，该系统也与了解人类肠道微生物组的基本过程及其对健康和疾病的影响有关，”舒伦伯格总结道。