科学家已经确定了一种新方法，通过测量肠道细菌之间的相互作用来区分健康肠道和患病肠道，并跟踪某些疾病的进展。根据发表在《科学》杂志上的一项研究，罗格斯大学、西班牙格拉纳达大学和普林斯顿大学的科学家合作发现，健康和患病的肠道微生物组表现得像两种不同的生态状态，这不仅由个别微生物驱动，还由整个细菌群落的竞争和合作方式决定。
"我们不再问有哪些细菌存在，而是开始问它们与其他细菌的关系如何，"罗格斯环境与生物科学学院生态、进化和自然资源系副教授、该研究的高级作者胡安·博纳切拉说。
"这种视角的转变使我们能够将健康和疾病视为肠道微生物组的两种根本不同的状态。"
一种新的肠道健康指标
为了测量细菌群落在健康和疾病之间的转变，研究团队开发了一种新指标，称为生态网络平衡指数（ENBI），该指标可以捕捉微生物群落是由竞争性相互作用还是合作性相互作用主导。
将ENBI应用于现有数据时，它始终能够将健康个体与多种疾病的患者区分开来。在结直肠癌中，随着疾病进展，该指数会上升。
"我们的新指标可以通过例如使用粪便样本，区分健康人和患病者，"罗格斯环境与生物科学学院生物化学和微生物学系微生物组与健康亨利·罗格斯教授、该研究的作者玛丽亚·格洛丽亚·多明格斯-贝洛说。
多明格斯-贝洛表示，研究结果表明，当微生物群落重组自身时，疾病是如何出现的。
微生物群落在疾病中的转变
"这项工作表明，肠道健康不仅关乎存在哪些细菌，还关乎它们如何相互作用，"她说。"在炎症性肠病、艰难梭菌感染、肠易激综合征和结直肠癌等疾病中，细菌形成更多合作性、紧密连接的群体，可以主导并破坏正常功能。"
该研究的作者、罗格斯健康高级生物技术和医学中心主任马丁·布莱泽表示，这些发现有助于解释为什么许多与肠道相关的疾病难以预测和治疗。
"这为我们思考微生物组中出了什么问题提供了一种新方式，"布莱泽说。"它表明，当整个系统发生转变时，疾病就会出现，而不是专注于个别微生物。这为早期检测和更有针对性的干预打开了大门。"
从计算机模型到真实数据
研究团队首先构建了计算机模型，模拟肠道细菌如何竞争营养物质和交换代谢副产物。
"起初我们只是测试该模型是否能重现真实微生物组的基本特征，"该研究的主要作者罗伯托·科尔拉尔·洛佩兹说，他在罗格斯大学作为富布赖特博士访问学生进行了这项研究，并在西班牙格拉纳达大学完成了研究。
"但很早我们就发现，它自然产生了两种不同的模式。"
这促使研究人员将他们的模拟结果与患者的DNA数据进行比较。
"当我们检查数据时，我们看到了相同的模式，"现在也是西班牙卡洛斯一世理论与计算物理研究所的博士后研究员的科尔拉尔·洛佩兹说。
"那时我们意识到，我们捕捉到了这些群落在疾病中重组的基本内容。"
两种对比的微生物组配置
肠道微生物组始终会稳定在两种配置之一：一种与健康相关的多样化、竞争性状态，以及一种与疾病相关的、由小而紧密连接的合作细菌群体主导的第二种状态。
博纳切拉表示，这些见解和工具最终可以帮助医生更早地发现问题。
"理论上，应该可以从粪便样本中测量它，这是一种非常非侵入性的方式来监测肠道健康，"他说。
对粪便移植和益生菌的影响
研究结果还可能有助于解释为什么益生菌和粪便微生物群移植等肠道疗法有时成功，有时失败。
"治疗通常基于你需要特定细菌存在的理念，"博纳切拉说。"但如果这不是问题所在，如果问题是关键关系缺失，那么仅仅添加细菌并不会产生影响；有必要重建这些关系。"
他说，在粪便移植中，益处可能不是来自引入个别物种，而是来自恢复整个微生物群落。
"粪便移植的有趣之处不在于你引入了物种，"博纳切拉说。"而在于你引入了整个群落，因此你保持了使该群落健康的相互作用。不是某些细菌需要存在。它们需要与正确的伙伴一起存在。"
迈向更个性化的微生物组疗法
科尔拉尔·洛佩兹表示，这项工作最终可能使基于微生物组的疗法更具可预测性。
"目前，供体选择主要基于可用性和基本健康筛查，"科尔拉尔·洛佩兹说，他指的是粪便移植前的过程。
"我们的工作为基于其相互作用网络如何组合来匹配微生物群落开辟了可能性，而不仅仅是基于存在哪些物种。这可以帮助我们设计针对每位患者微生物组量身定制的治疗，而不是依赖试错。"
博纳切拉呼应了对实际影响的关注。
"我们正在努力了解这些系统如何工作，以便我们能够真正改变人们的生活，"博纳切拉说。
罗格斯罗伯特·伍德·约翰逊医学院生物化学和分子生物学系的迈克尔·曼哈特，以及普林斯顿大学的西蒙·莱文和格拉纳达大学的米格尔·A·穆尼奥斯也对该研究做出了贡献。
【全文结束】
