人類日常飲食、腸道菌群和微生物代謝產(chǎn)物之間的關(guān)聯(lián)是由核心基因組決定

據(jù)Park SY 2022年2月3日[Cell，2022，185（3）：513-529.e21]報(bào)道，美國波士頓兒童醫(yī)院等機(jī)構(gòu)的研究人員通過研究深入揭示了飲食、腸道菌群及其代謝產(chǎn)物之間的關(guān)聯(lián)；同時(shí)研究人員理解了這些復(fù)雜的部分是如何結(jié)合在一起的。研究人員重點(diǎn)對人類腸道中最主要的革蘭氏陰性菌擬桿菌屬（Bacteroides）進(jìn)行了相關(guān)研究。

生活在機(jī)體腸道中的微生物（微生物組）會以多種方式來影響機(jī)體的健康，競爭性微生物群落之間的平衡被認(rèn)為在人類炎性腸病、免疫功能紊亂、神經(jīng)變性疾病、癌癥等多種疾病發(fā)生過程中扮演著重要角色。人們所攝入的飲食中的糖分會反過來影響微生物群落的平衡，即哪些微生物會不斷生長，而哪些則不會生長；此外，微生物所分泌的成千上萬種不同的代謝產(chǎn)物也會影響其彼此的生存，乃至宿主機(jī)體的健康。

研究人員首先分析腸道微生物組中的每個(gè)物種，尤其是擬桿菌屬細(xì)菌是如何在機(jī)體腸道中存活的。腸道菌群能夠競爭使用飲食中未消化的糖類來作為其能量來源，其中一些細(xì)菌有一半的基因組是專門用來更好地利用這些糖類的。研究人員系統(tǒng)性地檢測了腸道中的代謝產(chǎn)物如何影響擬桿菌屬細(xì)菌生長的，其中一種代謝產(chǎn)物會明顯抑制某些擬桿菌，即一種名為丁酸鹽的短鏈脂肪酸，其在宿主機(jī)體中扮演著至關(guān)重要的角色，包括免疫系統(tǒng)的發(fā)育等。當(dāng)研究人員在人類飲食的不同糖類中培養(yǎng)擬桿菌時(shí)發(fā)現(xiàn)，丁酸鹽的抗微生物效應(yīng)取決于每種細(xì)菌使用了什么樣的糖類。如將任何兩種菌株放到糖類X中生長（在丁酸鹽存在的情況下），A菌株就會被殺滅，而B菌株的生長狀況完全不受影響。而在糖類Y中，研究人員恰恰觀察到了相反的情況，即B菌株能被丁酸鹽殺滅，而A菌株則不受任何影響。為何丁酸鹽會殺滅某些擬桿菌而不是其他細(xì)菌呢？研究分析發(fā)現(xiàn)，存在遺傳因素，影響輔酶A代謝的基因的輕微變異會導(dǎo)致不同擬桿菌屬細(xì)菌對丁酸鹽敏感性的差異。最初研究人員認(rèn)為，這些基因在所有細(xì)菌中似乎都非常相似，因?yàn)槠淠軋?zhí)行基本的細(xì)胞功能，但擬桿菌屬或許會改變它們，這或許是為了幫助應(yīng)對其在腸道中的特殊環(huán)境。此外，他們還想探索微生物代謝產(chǎn)物和飲食中特定糖類的組合如何幫助塑造人們所認(rèn)為的非常重要的微生物組，即在諸如炎性腸病、過敏癥和癌癥發(fā)生過程中發(fā)揮重要作用的微生物。

研究結(jié)果表明，擬桿菌屬中的每一個(gè)菌株似乎都存在于一個(gè)特定的適應(yīng)性環(huán)境，而這是基于由核心基因組中靈活性所介導(dǎo)的每個(gè)部分單獨(dú)影響而無法預(yù)測的化學(xué)組分的相互作用。