我們都知道，腸道細(xì)菌以我們吃入的食物為生。反過(guò)來(lái)，它們也會(huì)為我們提供維持健康所必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，能夠?qū)共≡w，甚至引導(dǎo)我們的免疫反應(yīng)。
有些細(xì)菌能夠成功地在我們的大腸中定居下來(lái)，而其他的細(xì)菌則很快消失，理解這些細(xì)菌為什么具備這種能力，可以幫助科學(xué)家們弄清楚如何通過(guò)控制腸道中的微生物組來(lái)增強(qiáng)人類(lèi)健康并預(yù)防疾病。但是腸道生態(tài)環(huán)境的極度復(fù)雜性使得這一任務(wù)非常艱巨。
近日，美國(guó)斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家對(duì)實(shí)驗(yàn)室小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，控制小鼠飲食的方法可以實(shí)現(xiàn)腸道細(xì)菌種類(lèi)的變更，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)小鼠飲食或飲水中一種特定碳水化合物的水平來(lái)控制一種腸道細(xì)菌的生長(zhǎng)。
微生物學(xué)和免疫學(xué)助理教授Justin Sonnenburg博士是該研究的通訊作者。他說(shuō)：“我們腸道中的微生物群落，在我們出生的前幾年中以一種非?；靵y的方式聚集著。盡管在我們生命的整個(gè)過(guò)程中會(huì)不斷獲得新的菌種，但這種過(guò)程是很難控制的。這項(xiàng)研究表明，我們其實(shí)能夠以一種精心設(shè)計(jì)的方式來(lái)重構(gòu)腸道微生物群落，以增強(qiáng)健康和應(yīng)對(duì)疾病?！边@項(xiàng)研究于5月9日發(fā)表在《Nature》上。Sonnenburg的研究生Elizabeth Shepherd博士是該研究的第一作者。
幫助細(xì)菌生長(zhǎng)
益生菌這一新興領(lǐng)域，是公眾對(duì)腸道細(xì)菌重要性認(rèn)識(shí)逐漸增強(qiáng)的一個(gè)窗口。益生菌是一類(lèi)對(duì)宿主有益的活性微生物，通常存在于食物中，比如酸奶，也存在于很多非處方口服補(bǔ)充劑中。即使你沒(méi)有服用益生菌或者喝酸奶，我們也都會(huì)在不知情的情況下攝入了少量調(diào)節(jié)腸道的微生物，但很多益生菌會(huì)快速地直接通過(guò)我們的消化道，不留下一絲足跡。
Sonnenburg和同事們猜測(cè)，飲食促進(jìn)的方式是否可以使特定的細(xì)菌種類(lèi)在腸道微生物菌落中增加。為了一探究竟，他們來(lái)到了圣何塞廢水處理廠尋找擬桿菌。擬桿菌是人類(lèi)腸道微生物中最普遍的菌屬。他們專(zhuān)門(mén)尋找一種能夠消化美式飲食中相對(duì)罕見(jiàn)成分的菌株，即海藻。海藻類(lèi)食物，如紫菜常用于壽司卷或其他日本食物中。他們篩選了主要污水中收集的細(xì)菌，以便能夠使用紫菜中發(fā)現(xiàn)的稱(chēng)為卟啉（porphyran）的碳水化合物。
Sonnenburg說(shuō)：“那些允許細(xì)菌能夠消化卟啉的基因在不經(jīng)常吃紫菜的人體內(nèi)非常罕見(jiàn)。這恰恰可以測(cè)試我們是否能回避復(fù)雜的腸道生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)則，來(lái)創(chuàng)造出一種特別的生態(tài)位，實(shí)現(xiàn)單一微生物在沒(méi)有腸道中其他30萬(wàn)億微生物競(jìng)爭(zhēng)的情況下得以生存?！?/span>
一旦他們發(fā)現(xiàn)能夠消化紫菜的擬桿菌，研究人員就會(huì)將其植入到三組實(shí)驗(yàn)室小鼠的體內(nèi)，其中兩組小鼠自己的腸道細(xì)菌被移除，分別替換為來(lái)自兩位健康人類(lèi)捐獻(xiàn)者的腸道細(xì)菌。第三組小鼠則擁有正常小鼠所特有的腸道菌群。
直接影響
研究人員發(fā)現(xiàn)，對(duì)小鼠喂食典型的小鼠食物時(shí)，在兩組小鼠中消化卟啉的細(xì)菌能以不同但有限的程度的存活。其中一組被植入人類(lèi)腸道細(xì)菌的小鼠則完全拒絕了新菌株。然而，當(dāng)對(duì)小鼠喂食富含卟啉的飲食時(shí)，結(jié)果就明顯不同了：這種細(xì)菌在所有小鼠體內(nèi)都以相似的程度穩(wěn)定存活下來(lái)。此外，Shepherd發(fā)現(xiàn)，她可以夠通過(guò)增加或減少食物中的海藻量來(lái)精確地調(diào)整小鼠腸道中移植細(xì)菌的種群大小。
Sonnenburg說(shuō)：“這項(xiàng)稀釋實(shí)驗(yàn)的結(jié)果給我們留下深刻印象。飲食對(duì)腸道菌群的直接影響非常明顯?！?/span>
除了證明他們能夠促進(jìn)這種消化海藻的細(xì)菌的存活和生長(zhǎng)，研究人員們還進(jìn)一步表明，對(duì)于消化卟啉菌必要的基因可以作為一個(gè)整體通過(guò)基因工程的方法植入到其他擬桿菌中，使這些擬桿菌也具備了相同的生存優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)在，他們正在努力尋找其他賦予相似飲食能力的基因。
Sonnenburg說(shuō)：“我們可以利用這些基因模型開(kāi)發(fā)出一種大型工具包，使微生物療法成為現(xiàn)實(shí)。消化卟啉的基因和富含海藻的飲食是第一對(duì)組合，但是可能存在成百上千這樣的組合。我們想要將這種簡(jiǎn)單的范式擴(kuò)展到大量的飲食成分和微生物上?！?/span>
研究人員還設(shè)想開(kāi)發(fā)出擁有死亡開(kāi)關(guān)或邏輯門(mén)的細(xì)菌，這樣醫(yī)生們就可以隨意地在發(fā)生特定事件的時(shí)候控制細(xì)菌的活動(dòng)了。
Sonnenburg說(shuō)：“過(guò)去10年來(lái)，腸道微生物不僅與我們的生物學(xué)的許多方面相關(guān)，而且它們也非常具有可塑性，這在過(guò)去10年變得非常明顯。我們控制微生物的能力也在日益增強(qiáng)，這將改變精準(zhǔn)醫(yī)療的實(shí)施方式。比如，如果癌癥患者要開(kāi)始接受免疫治療，那么醫(yī)生就可以選擇能夠激活免疫系統(tǒng)的細(xì)菌種類(lèi)。相反，如果某位患者患有自體免疫疾病，那么我們就可以利用另外一些抑制免疫反應(yīng)的細(xì)菌對(duì)他進(jìn)行治療。細(xì)菌正是調(diào)節(jié)我們健康和疾病的非常有力的杠桿。”
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