《Cell》革命性的精确营养与肠道微生物组的见解

罗格斯大学新不伦瑞克分校的研究人员与国际合作者一起，引入了一种新方法，用于识别人类常见的、对健康至关重要的关键肠道微生物群。

研究人员的研究发表在《Cell》杂志上，他们说，这一发现为精确营养和个性化治疗提供了创新机会，旨在控制与肠道微生物群失衡相关的慢性疾病，包括糖尿病、炎症性肠病和癌症。

核心微生物群是指消化道中的一组微生物，它们在维持消化、免疫防御和心理健康等功能方面发挥着关键作用。当核心微生物群减少或丢失时，它会导致一种被称为生态失调的状况——肠道中有益和有害微生物之间的不平衡。生态失调与许多慢性疾病有关，包括炎症性肠病、代谢紊乱、神经系统疾病、慢性肾病和某些癌症。

许多研究表明，将有益的粪便微生物群从健康的结肠转移到患病的结肠可以缓解这些疾病，这强烈表明核心微生物群对维持我们的健康至关重要。

核心微生物群的基本结构——两组不同的细菌，被称为基础菌群和病原体菌群——参与动态和稳定的相互作用，这对支持人类健康至关重要。利用人工智能模型，两个竞争的菌群方法从不同人群的对照中对病例进行分类，不受种族、地理或疾病类型的影响，并预测对四种不同疾病的免疫治疗的个性化反应。

该领域尚未就核心微生物组的确切构成或如何准确识别这些关键微生物参与者达成共识。

传统的微生物组分析方法通常使用人类群体中共同共享的分类单位（如种或属）来定义核心微生物组。然而，这些分类群的分辨率有限。例如，在一个物种中，可能既有有益的菌株，也有有害的菌株。众所周知的肠道细菌大肠杆菌包括大多数良性菌株，但大肠杆菌O157可引起严重的食源性疾病。

这项新研究通过使用直接从宏基因组测序数据集组装的高质量基因组来克服这些限制。每个基因组都有一个通用的唯一标识符，用于跟踪其生态行为。这种基因组特异性方法不仅为分析提供了高分辨率，避免了信号与噪声的混合，而且包括了不受不完整数据库限制的新型、不可分类细菌的基因组。

罗格斯大学环境与生物科学学院生物化学与微生物系教授，应用微生物学教授Liping Zhao说：“我们的研究发现，无论身体面临什么样的挑战，比如饮食变化或疾病，肠道内的细菌都能保持联系。通过关注这些有弹性且相互联系的细菌，我们开发了一种新的方法来确定对维持我们的健康最重要的微生物。”

这种方法鉴定出了两组截然不同的核心肠道细菌：有益的基础菌群（Foundation Guild）和必要但潜在有害的病原体菌群（Pathobiont Guild）。

基础菌群对于构建和稳定整个肠道微生物群至关重要。这些细菌分解膳食纤维并产生短链脂肪酸（SCFAs），如丁酸盐，这对肠道健康至关重要，因为它支持肠道屏障，减少炎症，并作为结肠细胞的能量来源。SCFAs对抑制有害细菌也至关重要。

相比之下，虽然少量的病原体协会对免疫教育和警惕是必要的，但当它在生态上占主导地位时，可能会推动疾病的进展。

这两个行会之间的跷跷板式平衡至关重要。当基础菌群占主导地位时，肠道健康得以维持。然而，当平衡倾向于病原体协会时，就会发生生态失调，可能导致炎症，从而加重各种慢性疾病。

Zhao说：“我们的模型不仅帮助我们确定了这些核心细菌群体，还展示了如何培养它们以保持它们的主导地位。这为个性化营养和靶向治疗开辟了新的可能性，可以恢复肠道微生物群的平衡。”

针对基础菌群的纤维降解基因，可以提出个性化的饮食建议，以支持这些关键微生物的生态优势。

两个竞争行会模型为识别核心微生物组的成员提供了一种新方法和新标准。Zhao说，通过要求核心微生物组的成员不仅在一个群体中共同共享，而且在环境发生巨大变化的情况下保持稳定的联系，该模型为微生物组研究设定了新的基准。

Zhao和他的团队计划进行一系列试验，以进一步完善个性化疗法，旨在恢复和维持基础菌群在严重生态失调患者中的生态优势。通过在临床环境中应用两个竞争的行会模型，他们的目标是将他们的研究转化为实际的治疗方法，可以显着改善患者先前认为不可逆转的疾病的预后。