如果你曾经刷牙或漱口水，沐鸣登录它们就在你眼前:数千亿的微生物——大部分是细菌——生活在人类的口腔中。构成人类口腔微生物群落的数以百计的物种悬挂在硬腭上，在舌的角落和缝隙中挖洞，并缠绕在牙齿上的牙菌斑上。
对大多数人来说，口腔里的细菌似乎是一种不太方便的东西——所有的微生物都混在一起，形成一种有臭味的粘稠物，必须用牙线、刷子或漂洗干净，才能保持口气清新，让牙龈健康呈粉红色。但对马萨诸塞州伍兹霍尔海洋生物实验室的杰西卡·马克·韦尔奇、马萨诸塞州剑桥福赛斯研究所的加里·波伊斯和弗洛伊德·德沃斯特来说，口腔微生物群落是个奇迹。这不是一堆杂乱的细胞，而是一个多样的、有序的生态系统，它可以揭示微生物相互作用的方式以及它们的相互作用如何影响它们所居住的环境的更大的真相。
科学家们表示，绘制口腔微生物排列方式的图表，可以帮助我们了解生物群落在各种生态系统中的自我组织方式:从厨房海绵的孔隙到海藻林的表面。更多地了解微生物的作用规则可以帮助利用微生物群落来改善健康，或者更广泛地帮助解决技术挑战，比如从柳枝稷中制造生物燃料。
当然，研究口腔微生物群落可以帮助我们更好地理解口腔内的一些细菌是如何维持我们的健康的——它们是正常代谢的关键因素——而另一些细菌则可能与牙龈疾病、心脏病和癌症等疾病有关。
马克•韦尔奇Borisy Dewhirst,最近回顾已知的物种的地理分布存在于口腔微生物的年度回顾,使用遗传分析和荧光成像映射链接链球菌的细菌从物种茁壮成长在舌头的杆状棒状杆菌在牙菌斑的所有其他细菌生活在他们中间。
他们的研究表明，细菌生活在比以前认为的更有结构的群落中。马克•韦尔奇说:“我认为我们期待着更多的大群细菌。”“真正令人惊讶的是，他们竟然如此有条理。它告诉我们很多他们是如何合作的。”
这篇采访经过了篇幅和清晰度的编辑。
杰西卡，你是个遗传学家。加里，你是细胞生物学家。你是如何研究口腔细菌的?
GB:我们想研究微生物群落——细菌的群落——它们自我组织的方式，以及为什么这很重要。
嘴不是我们开始的第一个地方。我们从观察自然环境开始，沐鸣平台注册登录观察池塘和沼泽里的微生物。我们还对人造环境进行了采样:美元钞票，以及马桶周围的污垢。
还有你在厨房水槽里的海绵上发现了什么!微生物群落无处不在，在生态系统中起着重要的作用。
但是我们很早就意识到有一个大问题。当我们收集样本时，我们可以看到许多单独的生物体，但我们并不确定我们看到的是什么。大多数环境的基因组数据库是稀疏的。没有人对我们所看到的微生物进行过系统的排序，所以当我们对它们进行采样时，很难识别它们，更不用说了解它们是如何共同构建生态系统的了。
研究嘴巴解决了这个问题?
GB:是的。进入口腔的一个原因是我们的合著者Floyd Dewhirst和他在Forsyth的同事开发了一个超级数据库——人类口腔微生物组数据库，它记录了在口腔中发现的数百种细菌的基因组。如果我们开始从口腔中收集细菌进行研究，我们会看到很多微生物已经被识别和培养，基因组信息也正在整理中——所有这些都为我们想要做的成像工作提供了基础。
而且，从一个懦弱的角度来看，如果我们做一些与人类有关的事情，似乎更容易获得资金来支持这项工作。
另一件使口腔成为一个极好的研究环境的事情是，不同的微生物群落——生长在口腔不同表面的细菌——彼此之间是如此不同。
然而他们都在同一个嘴巴里，经历着同样的唾液，同样的免疫系统，同样的日常饮食和睡眠安排。你控制了许多可能影响社区的因素。你可以比较它们生活的表面的影响，以及它们在口中的位置。
那么嘴部的地貌是怎样的呢?谁住在哪里?
FD:人体微生物组计划定义了口腔中的9个部位——舌头、上颚、扁桃体、牙菌斑、角化牙龈、颊粘膜、咽喉和唾液。
令人惊讶的是，即使你的舌头碰到了你的上颚，如果你在任何一个地方摩擦棉签，我可以百分之百确定地告诉你你刚刚取样的表面。生活在你舌头上的生物和你上颚上的生物是一个非常不同的群落。
为什么他们如此不同?
从细菌的角度来看，你生活在什么样的表面是很重要的。牙齿是坚固的，它们总是在那里。如果你能找到它们，你就不会被赶走，除非有人用牙刷或其他东西把你推开。棒状杆菌等细菌能从唾液中沉淀钙。人们认为它们会变成你的牙医刮掉你牙齿上的牙石。它们长得很慢，但它们通过把自己粘在表面而茁壮成长。
但如果你的脸颊细胞脱落得非常频繁，你就必须迅速结合并迅速生长。限制在口腔表面停留时间的基本限制可能是构成细菌群落结构的因素之一。链球菌在脸颊上表现良好。他们是第一个出现的，他们迅速成长，然后他们继续前进。
FD:我们不知道一个人的平均口腔里有多少细菌。但是每克细菌中大约有1011个(1000亿个)微生物——所以我们看到的是一个很大的数字。
人们通常谈论的是有多少物种。人类口腔微生物群落项目发现了700多种不同的细菌。(还有真菌和病毒。)
在700种细菌中，大约有400种比其他细菌更常见。如果你用棉签在脸颊上按顺序，按顺序，按顺序，直到你看到你能看到的一切，可能会有200到300个生物。它们几乎以对数的比例分布，最常见的微生物占人口的10%，第二种微生物占5%，第三种仅占2%很快，当你到达第50种微生物时，你只占人口的0。1%有一条长尾巴。
因为我们吃喝，我们吸收了地球上所有的微生物。溅一点海水，菠菜上沾点灰尘。最终，沭鸣平台登陆如果你采样足够多的人，足够多的时间，地球上的每一个微生物都可能出现在某人的嘴里。
你可以说这个口几乎就像一个开放的下水道，但那可能太过分了。只有一些生物会在那里定居并定期生活。
JMW:牙菌斑和舌头表面是地球上密度最大的微生物栖息地。细菌就像一堵墙对着一堵墙。
我以为细菌就是斑块。里面还有别的东西吗?
细菌会分泌东西。
GB:它被称为“细胞外基质”或“聚合外物质”……
JMW:或黏液!菌斑是一种生物膜——附着在表面的细菌，嵌入它们自己制造的基质中。生物膜很酷。细菌在生物膜中表现不同。它们新陈代谢的某些部分只在生物膜中被激活，而且它们往往对抗生素和环境变化更有抵抗力。牙菌斑生物膜中的很多物质是DNA，这很有趣。细菌会死亡并将它们的DNA散布到各处吗?
是什么让你开始制作由细菌形成的菌落的荧光图像?
GB:我们在对微生物组组织的理解上存在差距。DNA测序给了我们一个细菌基因组目录，但它有一个很大的限制:你必须磨碎你的样本才能得到DNA，在这个过程中你失去了所有的空间信息——谁在谁旁边。
这是理解微生物群系拼图中缺失的一块。我们意识到我们可以开发成像工具来观察成员，在他们的栖息地，尽可能接近他们的正常安排。
为什么这一点如此重要?
约翰·韦伯:如果你能看到细菌旁边是谁，那么你就更有可能了解它们在和谁互动。这是很重要的，因为如果我们想要认识到什么是不健康的微生物群落，也许还想弄清楚如何将它转变成一种更健康的状态，我们需要了解细菌是如何协同工作的。如果你想除掉某个特定的微生物，你需要知道它旁边还有什么，帮助它生长或准备取代它。
GB:考虑一下手表(在它们数字化之前)。你有这么多弹簧;你有这么多轮子;你有一个玻璃表面;背面是金属;你有几件珠宝。但是手表是怎么工作的呢?拥有部件列表是不够的。你必须知道这些部分是如何组合在一起的，以及它们是如何相互影响的。通过DNA测序，我们得到了部件列表，但我们不知道它们是如何协同工作的。如果你想理解这个函数你必须知道它的结构。
你的照片显示了什么?
这个口腔生态系统不同部分的结构和组成有很大的不同。例如，如果你看牙菌斑和舌头上的微生物群落的图像，它们是完全不同的。
斑块的特征是一种细菌群落的形状，我们称之为刺猬，围绕着棒状杆菌组织(在图像中，这些是从中心辐射出来的紫色纤维)。我们认为棒状杆菌是群落的基础，就像珊瑚礁里的珊瑚或森林里的橡树一样，创造了其他生物栖息在特定位置的栖息地。我们用绿色圈起来的细菌是链球菌，它们停留在需氧区，暴露在氧气中。它们似乎在内部创造了一个低氧区，被不同的细菌占据。
但是如果你观察一个从舌头表面刮下来的微生物群落，你会看到一个灰色的核心——死亡的人类上皮细胞——和其他细菌一起形成了这些非常密集的群落，它们向外生长并一起扩张。
FD:菌斑里有细菌，就好像你用手指把它们缠绕在一起——几乎每一个相邻的细胞都是不同的物种。但在舌头上，你有这些大块的蓝色或红色或其他颜色，细胞倾向于接近同一物种的细胞。
这个拱形的结构大概在嘴巴里有作用吧?
JMW:没错。观察口腔内细菌的空间结构，可以知道哪些细菌直接附着在宿主上，哪些细菌最有机会与宿主及其代谢作用。
我们知道，口腔中的一些细菌参与了我们的硝酸盐代谢——我们如何从食物中摄取营养，这实际上可以调节血压。如果你的饮食富含硝酸盐，绿叶蔬菜，它会降低你的血压一点，但如果你使用消毒漱口水就不会。在我看来，这可能是一个原因，这可能是一个限制，为什么我们，作为宿主，允许细菌生长到这样的密度。我们有理由让他们这么做。
研究人员正试图了解更多与牙周炎(牙龈疾病)和龋齿(龋齿)有关的微生物。一种常见的口腔细菌，称为核梭杆菌，似乎与结肠癌有关。它在口腔微生物学领域很有名，因为它可以附着在任何东西上。如果它附着在无害的链球菌上，它可以逃避免疫系统，通过颊部细胞进入人体，它很可能通过吞咽进入结肠。
GB:有些细菌为宿主提供服务，但有些细菌却与我们作对。如果我们喝很多含糖饮料，细菌就会大量繁殖，产生酸性物质，造成蛀牙。如果这些物质进入我们的血液，就会导致严重的疾病，比如心脏瓣膜感染。它就像一个花园。当植物不在它们应该生长的地方生长时，我们称它们为杂草，即使在其他地方它们也可以。
JMW:当我们要求志愿者给我们他们的牙菌斑时，我们要求他们在我们取样本之前的24或48小时内不要刷牙，我们必须问他们是否有瓣膜心脏病。对于患有心脏瓣膜疾病的人来说，让这些细菌在他们的口腔中积聚是非常危险的。
是的。这些细菌能给我们带来好处，但它们也会伤害我们，如果我们想要对抗这些病原体，我们必须了解它们的结构。微生物的行为取决于它在哪里。很多时候，研究都是在单个细菌上进行的。但是如果这个细菌在另一个细菌旁边，它的反应就不同了。如果我们真的想了解它们在野外的活动，我们需要同时研究它们。如果我们弄清楚在嘴的不同位置哪些是相邻的，我们就知道应该把哪些放在皮氏培养皿中。
科学家认为，一段时间以来，口腔的不同部位有着不同的细菌群落。但是人们仍然喜欢采集唾液样本来测量牙菌斑中的细菌。很容易。但是唾液是来自口腔不同部位的细菌的混合物，结果发现它们大多是舌头上的细菌，而不是菌斑。我们还没有深入了解特定位置结构的概念，这也是我们想要撰写这篇文章的原因之一。
科学家们还能从哪里更好地了解人体中的微生物群落呢?
大多数人已经开始关注肠道了。但可能身体的每个部位都有独特的微生物群——耳朵、鼻子、肚脐、阴道——和有趣的结构。
我一直试图从另一个角度来看待这个问题，看看世界上除了人类身体之外的其他地方——你可以发现像人类嘴巴里的那些有趣的空间结构。
我又回到了海洋生物。在某种程度上，海带和其他大型藻类与口腔相似。有一个固定的表面，营养丰富，浸泡在流动的水中，这促进了社区的结构。
Kelp是一位生态系统工程师。它对于鱼类和其他生物的栖息地以及调节氮和碳的转移都很重要。我们感兴趣的是细菌需要的程度。海藻自身的作用有多大?需要多少微生物才能发挥作用?分析人类口中的情况可能会让我们更接近答案。