罗格斯大学纽布伦swick分校的研究人员与国际合作者一起，引入了一种新方法，用于识别人类肠道中常见且对健康至关重要的关键微生物集合。该研究发表在《细胞》杂志上，研究人员表示，这一发现为针对肠道微生物组失衡相关慢性疾病的精准营养和个性化治疗提供了创新机会，包括糖尿病、炎症性肠病和癌症。
核心微生物组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重要功能方面发挥着关键作用。当核心微生物组减少或丧失时，会导致一种称为菌群失调的情况，即有益菌和有害菌之间的平衡被打破。菌群失调已与多种慢性疾病相关联，包括炎症性肠病、代谢紊乱、神经性疾病、慢性肾病和某些癌症。
许多研究表明，从健康结肠向患病结肠转移有益的粪便微生物可以缓解这些状况，这强烈表明核心微生物组对于维持我们的健康至关重要。核心微生物组的基本结构由两个不同的细菌群组成，称为基础菌群和致病菌群，它们之间进行动态而稳定的相互作用，对支持人类健康至关重要。利用人工智能模型，“两个竞争菌群”方法可以在不同人群中分类病例和对照组，不受种族、地理或疾病类型的影响，并预测四种不同疾病对免疫疗法的个性化反应。
目前，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达成共识。传统的微生物组分析方法通常使用在人类群体中共享的分类单元（如物种或属）来定义核心微生物组，但这些分类单元可能分辨率有限。例如，在一个物种内可能存在既有益又有害的菌株。众所周知的肠道细菌大肠杆菌（E. coli）主要包含无害菌株，但O157型大肠杆菌可引起严重的食源性疾病。
这项新研究通过直接从宏基因组测序数据集中组装高质量基因组克服了这些限制。每个基因组都标有通用唯一标识符，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，还包括了不受不完整数据库限制的新颖、无法分类的细菌基因组。
“我们的研究确定了那些无论身体面临何种挑战，如饮食变化或疾病，都能保持连接的肠道细菌，”罗格斯大学环境与生物科学学院生物化学与微生物学系教授、应用微生物学Eveleigh-Fenton主席Liping Zhao说。“通过关注这些具有弹性和互联性的细菌，我们开发了一种新方法，用于识别对维持我们健康至关重要的微生物。”
这种方法导致了两种截然不同且对立的核心肠道细菌群的识别：有益的基础菌群和必要但可能有害的致病菌群。基础菌群对于构建和稳定整个肠道微生物组至关重要。这些细菌分解膳食纤维并产生短链脂肪酸（SCFAs），如丁酸盐，这些物质对肠道健康至关重要，通过支持肠道屏障、减少炎症和作为结肠细胞的能量来源。SCFAs还对抑制有害细菌至关重要。相比之下，虽然少量的致病菌群对于免疫训练和警惕性是必要的，但当它在生态上占据主导地位时，可能会推动疾病进展。
这两种菌群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，当平衡偏向致病菌群时，就会发生菌群失调，可能导致炎症，从而加剧各种慢性疾病。“我们的模型不仅帮助我们识别这些核心细菌群，还展示了如何培养它们以维持其主导地位，”Zhao说。“这为个性化营养和靶向治疗打开了新的可能性，可以恢复肠道微生物组的平衡。”
通过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主导地位。两个竞争菌群模型不仅提供了一种新方法，还为识别核心微生物组成员设定了新标准。根据Zhao的说法，该模型要求核心微生物组成员不仅在人群中普遍共享，而且在环境发生剧烈变化时仍能稳定连接，从而为微生物组研究设定了新基准。
Zhao和他的团队计划进行一系列试验，进一步完善旨在恢复和维持严重菌群失调患者基础菌群生态主导地位的个性化治疗。通过在临床环境中应用两个竞争菌群模型，他们希望将研究转化为实际治疗方法，显著改善以前被认为不可逆的疾病患者的预后。
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