人类日常饮食、肠道菌群和微生物代谢产物之间的关联是由核心基因组决定

据Park SY 2022年2月3日[Cell，2022，185（3）：513-529.e21]报道，美国波士顿儿童医院等机构的研究人员通过研究深入揭示了饮食、肠道菌群及其代谢产物之间的关联；同时研究人员理解了这些复杂的部分是如何结合在一起的。研究人员重点对人类肠道中最主要的革兰氏阴性菌拟杆菌属（Bacteroides）进行了相关研究。

生活在机体肠道中的微生物（微生物组）会以多种方式来影响机体的健康，竞争性微生物群落之间的平衡被认为在人类炎性肠病、免疫功能紊乱、神经变性疾病、癌症等多种疾病发生过程中扮演着重要角色。人们所摄入的饮食中的糖分会反过来影响微生物群落的平衡，即哪些微生物会不断生长，而哪些则不会生长；此外，微生物所分泌的成千上万种不同的代谢产物也会影响其彼此的生存，乃至宿主机体的健康。

研究人员首先分析肠道微生物组中的每个物种，尤其是拟杆菌属细菌是如何在机体肠道中存活的。肠道菌群能够竞争使用饮食中未消化的糖类来作为其能量来源，其中一些细菌有一半的基因组是专门用来更好地利用这些糖类的。研究人员系统性地检测了肠道中的代谢产物如何影响拟杆菌属细菌生长的，其中一种代谢产物会明显抑制某些拟杆菌，即一种名为丁酸盐的短链脂肪酸，其在宿主机体中扮演着至关重要的角色，包括免疫系统的发育等。当研究人员在人类饮食的不同糖类中培养拟杆菌时发现，丁酸盐的抗微生物效应取决于每种细菌使用了什么样的糖类。如将任何两种菌株放到糖类X中生长（在丁酸盐存在的情况下），A菌株就会被杀灭，而B菌株的生长状况完全不受影响。而在糖类Y中，研究人员恰恰观察到了相反的情况，即B菌株能被丁酸盐杀灭，而A菌株则不受任何影响。为何丁酸盐会杀灭某些拟杆菌而不是其他细菌呢？研究分析发现，存在遗传因素，影响辅酶A代谢的基因的轻微变异会导致不同拟杆菌属细菌对丁酸盐敏感性的差异。最初研究人员认为，这些基因在所有细菌中似乎都非常相似，因为其能执行基本的细胞功能，但拟杆菌属或许会改变它们，这或许是为了帮助应对其在肠道中的特殊环境。此外，他们还想探索微生物代谢产物和饮食中特定糖类的组合如何帮助塑造人们所认为的非常重要的微生物组，即在诸如炎性肠病、过敏症和癌症发生过程中发挥重要作用的微生物。

研究结果表明，拟杆菌属中的每一个菌株似乎都存在于一个特定的适应性环境，而这是基于由核心基因组中灵活性所介导的每个部分单独影响而无法预测的化学组分的相互作用。