农药暴露后肠道细菌的变化

How Gut Bacteria Change After Exposure To Pesticides

尽管越来越多的证据表明，农药可能对消化系统中的微生物群有毒性作用，但一项新研究首次绘制了基于实验室和动物模型中观察到的人类微生物与杀虫化学物质相互作用后的特定肠道细菌变化图谱。

分析显示，十几种农药会影响人类肠道细菌的生长模式、改变肠道微生物处理营养物质的方式，并在某些细菌内部驻留。研究人员表示，他们制作的“分子机制图谱”已公开，可作为针对相关疾病和潜在治疗策略研究的重要资源。

小鼠实验表明，一种肠道细菌能够在一定程度上保护机体免受农药毒性影响，这暗示了通过益生菌方法预防农药对健康的某些损害（如炎症）的可能性。

俄亥俄州立大学人类科学副教授、资深作者朱江江（Jiangjiang Zhu）表示：“我们进一步了解了农药或环境污染物如何通过调节一组重要的微生物来影响人类健康。”

“我们还识别出一些能够降解、去除或清除生物系统中某些农药的微生物，这些微生物可能在未来成为帮助人们清除因食物和水摄入而进入肠道毒性的潜在疗法，从而为人类健康提供更好的解决方案。”

该研究最近发表在《自然通讯》（Nature Communications）上。

这些发现基于对18种广泛用于全球农业的农药化合物与来自人类肠道四大主要细菌域的17种细菌物种之间相互作用的研究。这些细菌与健康维持或疾病状态相关。研究中涉及的农药包括DDT（在美国被禁用，但在某些国家仍用于室内控制传播疟疾的蚊子）、阿特拉津、氯菊酯和毒死蜱。朱教授指出，即使对这些传统农药的使用有所限制，其残留物仍然会在土壤和水中循环。

该研究的第一作者、朱教授实验室的高级研究员陈丽（Li Chen）表示：“我们在培养皿中培养细菌，并将它们暴露于相关浓度的农药中，以观察微生物如何响应这些农药暴露。”陈丽负责管理了研究中分析的超过10,000个样本。

基于研究结果，研究团队构建了一个细菌-农药相互作用网络，详细描述了哪些农药促进或抑制细菌生长，以及哪些细菌吸收了农药化学物质——这是农药暴露在体内延长的一种方式。

陈丽表示：“大多数以前的环境健康研究仅报告了农药污染如何影响肠道细菌的整体组成。我们则证明了这些农药确实会影响特定的肠道细菌，并详细说明了这些变化如何影响整体组成。”

分析确定了306对农药-肠道微生物对中的特定代谢变化，进而研究了这些改变的生长模式和化学物质积累如何影响代谢物——即分解营养物质以产生能量并执行其他基本功能的生化反应的分子产物。代谢物具有多种作用，从改变代谢过程本身到发送与多种细胞功能和免疫系统激活相关的信号。

此外，研究团队还进行了另一项单独分析，聚焦于肠道微生物可能产生的另一类重要分子——脂质。这些脂肪、油性和蜡状化合物对人体的许多功能至关重要。

研究人员还研究了健康小鼠在接触农药前先服用抗生素清除其消化系统中的微生物后的效果。研究团队向一组小鼠引入了常见的肠道细菌——卵形拟杆菌（Bacteroides ovatus），并在四周的农药暴露后将其与对照组进行比较。

结果验证了实验室中的发现，表明农药在小鼠多个器官中引发了炎症，而这些引入的细菌在化学暴露后引发了代谢活动和脂质生成的一系列变化。具体来说，某些类别的脂质增加抑制了与氧化应激相关的蛋白信号通路。

朱江江教授表示：“我们识别出一些微生物可以通过某种方式缓冲炎症过程，从而调节农药对宿主的毒性作用。”他同时也是俄亥俄州立大学综合癌症中心分子致癌与化学预防研究项目的研究员。

“我们知道炎症通常对身体有害。如果某种毒性物质会引发炎症，而存在其他分子可以对抗这种作用，那么我们就可能找到干预或防止更大规模损害的解决方案。”

在下一阶段的工作中，朱教授的实验室计划进一步解释农药暴露后肠道微生物代谢变化如何与各种健康和疾病状况相关联。他预计其他科学家也会采取类似的研究方向。

“我们正在绘制农药与肠道微生物之间的核心相互作用图谱。其他实验室可以利用我们的发现，例如，在农药暴露后，肠道微生物反应可能导致下游后果，有助于疾病研究，并最终帮助预测目标或确定干预策略。”他说。

这项研究得到了美国国立普通医学科学研究所（National Institute of General Medical Sciences）的支持。朱教授还获得了俄亥俄州立大学教务长颁发的Scarlet and Gray副教授项目资助。

其他共同作者包括郭超（Chao Guo）、张欢（Huan Zhang）、张世琪（Shiqi Zhang）、安德鲁·戈尔德（Andrew Gold）、胡明（Ming Hu）和吴大勇（Dayong Wu），均来自俄亥俄州立大学；颜红（Hong Yan）和卡罗琳·约翰逊（Caroline Johnson），来自耶鲁大学（Yale University）；狄珊珊（Shanshan Di）和王新权（Xinquan Wang），来自中国杭州的浙江科学院；以及约翰霍普金斯大学（Johns Hopkins University）的王宇（Yu Wang）。

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