过去十年中，研究人员开始解开生活在我们肠道内的数十亿细菌、真菌和微生物网络的秘密。这项艰巨的任务不仅需要新的思维方式，还需要专门的设备。在芝加哥大学的实验室里，助理教授Sam Light和他的团队通过去除维持生命的氧气来研究这些微生物。在一个特制的无氧环境中，他们测试了生活在我们大肠中的微生物。
Sam Light是Neubauer家族微生物学助理教授，他的工作不仅有助于理解生物学，还可能用于治疗疾病和增强健康——从炎症性肠病到2型糖尿病再到肝病。为了了解更多，我们采访了Light和他的博士生Joyce Ghali。
首先，什么是人类肠道微生物组？
Light解释说：“人类肠道微生物组由数百种不同的微生物组成，主要是细菌，它们定植于我们的胃肠道。这些微生物与我们共同进化，以执行重要的消化功能。我们的消化系统无法独自消化所有食物成分，因此进化提出了一个聪明的策略，即将这一任务外包给微生物。”
我们会在小肠中消化简单的糖类、脂肪和蛋白质，而剩余的膳食纤维则进入大肠。大肠为微生物提供了理想的环境，可以分解食物的不同成分。不同种类的微生物具有独特的分解能力，可以从饮食中提取并传递额外5%到10%的能量。
为什么了解肠道微生物组的工作原理很重要？
Light指出：“通过消化过程，这些微生物会产生类似于药物的小分子，称为代谢物。这些代谢物会进入我们的血液，并对人体健康产生各种影响。由于有如此多的微生物与我们密切互动，每一种微生物都会产生多种代谢物，因此微生物组可以以多种方式影响健康并不令人惊讶。”
Ghali补充道：“在过去几十年中，微生物组与许多不同疾病有关联。如果我们了解微生物组的功能及其组成，这将有助于指导治疗。”
目前关于微生物组与健康关系的研究进展如何？
Light表示：“在我看来，该领域仍处于早期阶段，尚未完全理解这些不同微生物的作用及其与我们的互动。如果有一个健康组和一个疾病组，我们可以对微生物组的DNA进行测序，发现两者的微生物存在差异，但我们尚不清楚这意味着什么。”
“我们正在努力解决的问题是，试图理解微生物的作用，以及它们如何通过代谢物影响人类健康。它们是如何产生这些不同的代谢物并以不同方式影响我们的健康？我们能否找出导致某些疾病状态下微生物组失调的原则？我们能否找到干预的方法来纠正这一点？”
哪些疾病可能受到微生物组的影响？
Light指出：“微生物组与许多不同疾病有关联，包括预防传染病。一些人认为微生物组至关重要，因为微生物的主要功能之一是通过各种机制提供定植抗性，使病原体更难引发疾病。”
Ghali表示：“实验室的一些项目专注于研究肠道微生物组与2型糖尿病和肝病之间的关系。我们已经知道微生物组与疾病之间存在相关性，但确定特定细菌如何导致特定疾病的因果关系是我们实验室的目标。”
你们的实验室研究哪些具体问题？
Light介绍道：“我们有一些基于特定疾病的项目。一项研究表明，在一部分2型糖尿病患者中存在特定的微生物组失调。这种失调已被证实会加重患者的病情，但具体是哪些微生物负责，以及原因是什么，尚未明确。我们正尝试识别这些微生物并剖析其过程及其与饮食的关系。”
“此外，我们还发现有些微生物会修饰某些激素，包括性激素如睾酮和应激激素如皮质醇。微生物使这些激素失活，我们认为这对炎症性肠病具有重要意义。这些微生物在炎症性肠病患者的肠道中更为常见，我们认为它们在制造促炎环境方面发挥了积极作用。”
Ghali说：“我的项目专注于理解微生物组的生态因素。我对资源竞争感兴趣——不同细菌如何相互作用并争夺资源。肠道是一个激烈的环境，我想了解细菌如何在肠道中定植并稳定共存。我的最终目标是利用资源竞争来操纵微生物组的组成。”
你们的实验室如何研究微生物组的工作原理？
Light解释说：“大肠是一个无氧环境，这意味着那里没有氧气。因此，当我们在实验室中培养这些厌氧微生物时，我们需要创造一个无氧环境。我们使用大型腔室，抽空所有空气并用氮气替代；腔室内有催化剂，可以与残留的氧气反应并将其去除。虽然这种方法有点笨拙，但这正是我们培养和测试这些微生物所需的方法。在其他研究中，我们将不同的微生物引入小鼠体内，研究其对健康的影响。”
“我们还可以从粪便样本中提取所有DNA并进行测序，以确定存在的微生物。我们还有质谱仪可以确定样本中的代谢物，并测量其浓度。”
这项工作最终将如何影响患者？
Light表示：“医生使用抗生素治疗疾病，但副作用是它会破坏肠道微生物。目前，抗生素治疗结束后我们并没有采取任何措施来修复这种情况。”
“我所在的实验室隶属于Duchossois家庭研究所，专门研究微生物组。研究所主任Eric Pamer监督建设了一个设施，可以在那里准备肠道微生物。他们即将开始一项临床试验，向那些因抗生素治疗而失去微生物组的人群提供肠道微生物。现在我们正参与其中，试图找出最佳方法——应该给患者提供哪些最佳微生物。”
Ghali表示：“我的研究项目旨在开发工具，以改善微生物组疗法，例如给患者提供被称为益生元的食物，可以有选择地改变肠道微生物组的组成，或提供下一代益生菌（有益细菌），使其更好地定植肠道并发挥预期功能。我们的目标是增加已知能产生有益化合物并缓解疾病症状的特定细菌的数量。”
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