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观察及动物模型中人类微生物与杀虫化学物质相互作用的具体肠道细菌变化图谱。
分析显示，十几种农药会影响人体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，他们所绘制的“分子机制图谱”已公开，可作为相关疾病研究以及潜在治疗策略的重要资源。
小鼠实验表明，一种肠道细菌能够为农药毒性提供一定程度的保护，这暗示了益生菌干预的可能性——在这种情况下，可以预防其引发的炎症反应。
“我们进一步揭示了农药或环境污染物如何通过调节一组重要的微生物群来影响人类健康。”本文资深作者、俄亥俄州立大学人类科学副教授朱江江（Jiangjiang Zhu）表示。“我们还发现了一些能够降解、去除或清除这些农药的微生物，它们未来可能成为帮助人们清除因食物和水摄入而引入体内的毒性的潜在疗法，从而为人类健康提供更好的解决方案。”
这项研究最近发表在《自然通讯》（Nature Communications）上。
研究结果基于在实验室中调查18种广泛用于全球农业的农药化合物与人体肠道中四种主要细菌域的17个物种之间的相互作用。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（在美国已被禁止，但在一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，即使使用受到限制，一些传统农药残留物仍然存在于土壤和水中。
“我们在培养基中培养细菌，并将它们暴露于与实际浓度相当的农药中，以观察微生物如何应对这些农药暴露，”本文第一作者、朱教授实验室的高级研究员陈力（Li Chen）表示。他管理了本研究中分析的超过1万份样本。
根据研究结果，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——这是农药在体内长期暴露的一种途径。
“大多数以前的环境健康研究仅报告农药污染会影响肠道细菌的整体组成，”陈力说。“我们展示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。”
分析发现了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——即分解营养物质产生能量并执行其他重要功能的生化反应产物。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独立分析，聚焦于肠道微生物产生的另一类重要分子——脂肪、油性和蜡质化合物（脂质），这些化合物对许多身体功能至关重要。
研究人员还研究了农药暴露对健康小鼠的影响，这些小鼠事先接受了抗生素处理以清除其消化系统中的微生物。研究团队向一组小鼠引入了一种常见的人类肠道细菌——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。
结果显示，农药在小鼠的多个器官中引发了炎症，而引入的细菌在化学暴露后引发了一系列代谢活动和脂质生产的变化。具体而言，某些类别的脂质增加抑制了与氧化应激相关的蛋白质信号通路。
“我们发现了可能通过某种方式缓冲炎症过程来调节农药对宿主毒性作用的微生物，”朱江江表示，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抵消这种作用，那么您可能就有办法干预或防止更大范围的损害。”
在下一步工作中，朱教授的实验室计划进一步解释肠道微生物代谢变化在农药暴露后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这样做。
“我们正在绘制农药与肠道微生物之间这一核心相互作用的图谱。然后，其他实验室可以利用我们的发现——例如，在接触农药后，肠道微生物的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家普通医学科学研究所的支持。朱教授还获得了俄亥俄州立大学教务长Scarlet and Gray副教授计划的支持。
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