肠道细菌是化学侦探——它们能嗅出营养物质并通过相互喂养维持微生物组的繁荣。
你的肠道内栖息着数万亿细菌，它们持续"感知"周围环境以生存和繁衍。新研究显示，有益肠道微生物（特别是常见的梭菌细菌）能检测消化过程中产生的出人意料广泛的化学信号，包括脂肪、蛋白质、糖类甚至DNA的副产物。这些微生物利用特化传感器向有价值的营养物质移动，其中乳酸和甲酸尤为重要的燃料来源。
研究人员发现，有益肠道细菌能感知多种营养物质和化学信号，引导它们寻找最佳食物来源。
肠道微生物组（也称为肠道菌群）在人类健康中发挥关键作用。这个庞大且不断变化的微生物群落，通过微生物间及微生物与人体之间的无数化学交换形成。要实现这些相互作用，肠道细菌必须能够检测周围的营养物质和化学信号。尽管这些信号至关重要，科学家对细菌受体能识别的完整信号范围仍知之甚少。
一个关键问题依然存在：哪些化学信号对有益肠道细菌最为重要？
微生物学研究超越病原体
迄今为止，科学家对细菌感知的理解大多来自对模式生物（尤其是致病细菌）的研究。相比之下，对共生菌（即天然存在于人体内无害或有益的微生物）的关注少得多。这一研究空白使研究人员难以确定这些有益细菌在环境中实际检测到的化学信息类型。
由维克多·索里克（Victor Sourjik）领导的国际研究团队着手解决这个问题。该团队包括马克斯·普朗克陆地微生物研究所、俄亥俄大学和马尔堡菲利普斯大学的科学家。他们的工作聚焦于梭菌——一种在人类肠道中大量存在且已知支持肠道健康的运动性细菌。
肠道细菌检测多种营养物质
研究人员发现，人类肠道微生物组的受体能识别出人意料广泛的代谢化合物。这些物质包括碳水化合物、脂肪、蛋白质、DNA和胺类的分解产物。通过系统筛选，团队还识别出明确规律：不同类型的细菌传感器对特定化学物质类别表现出明显偏好。
这一发现揭示肠道细菌并非随机响应环境，而是选择性地针对特定代谢信号进行调谐。
乳酸和甲酸作为关键信号突出显现
通过结合实验室实验与生物信息学分析，研究人员确定了多种与控制细菌运动的感官受体结合的化学配体。这些受体帮助运动性细菌检测对生长特别有价值的营养物质。结果表明，这些细菌的运动主要由觅食驱动。
在所有测试化学物质中，乳酸（lactic acid）和甲酸（formic acid）作为刺激物出现频率最高。这表明这些化合物可能作为肠道细菌特别重要的营养来源。
交叉喂养支持健康微生物组
某些肠道细菌能自行产生乳酸和甲酸，这凸显了"交叉喂养"的重要性。在此过程中，一种细菌释放的代谢物被其他细菌用作食物。这种合作有助于稳定肠道生态系统。
"这些结构域对肠道内细菌间的相互作用至关重要，可能在健康人类微生物组中发挥关键作用，"维克多·索里克研究组的博士后研究员、该研究第一作者徐文浩（Wenhao Xu）解释道。
新型感官受体的发现
通过对多种传感器的系统分析，团队鉴定出几个先前未知的感官结构域群组。这些新表征的传感器特异性识别乳酸、二羧酸、尿嘧啶（RNA构建模块）和短链脂肪酸（SCFAs）。
研究人员还确定了一种新发现的双传感器晶体结构，该传感器能同时响应尿嘧啶和乙酸盐。这使他们得以在分子层面理解这些分子如何与传感器结合。该传感器属于具有多种功能的大型感官结构域家族。
进化展现显著灵活性
通过分析尿嘧啶传感器与相关感官结构域的进化关系，团队发现配体特异性可随时间相对容易地改变。这种灵活性有助于解释细菌如何在环境变化时调整其感知能力。
"我们的研究项目显著拓展了对有益肠道细菌感知能力的理解，"维克多·索里克表示。"据我们所知，这是首次对定植于特定生态位的非模式细菌的感官偏好进行系统性分析。展望未来，我们的方法可类似地应用于系统研究其他微生物生态系统中的感官偏好。"
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