研究人员发现，许多肠道细菌使用一种灵活的生存策略来应对抗生素和饮食变化等干扰。
该研究发表在5月19日在线出版的《Cell Host & Microbe》杂志上（DOI: 10.1016/j.chom.2026.04.019），研究表明微生物可以在不同功能状态之间切换，而不是仅仅依赖随时间积累的基因突变来尝试在变化的条件下生存。这一发现揭示了微生物组生物学中一个先前未被发现的层面，可能有助于解释为什么益生菌和粪便微生物移植(FMT)在不同个体间产生不一致的效果。
研究人员表示，人类肠道微生物组经常受到药物、疾病和饮食变化的干扰，但它通常能够恢复。到目前为止，科学家们主要将这种恢复力归因于随时间积累的基因突变。
"我们的研究表明还有另一种机制在起作用。即使在一组基因完全相同的细菌中，也存在一小部分细胞处于不同的表观遗传状态——DNA上的化学标记会改变基因的开关状态，而不改变遗传密码本身，"西奈山伊坎医学院遗传学与基因组科学教授、基因组AI与微生物组医学中心主任、本研究的资深通讯作者方刚(Gang Fang)博士说。"这意味着一些细胞本质上被预先编程为对压力做出不同的反应，当条件突然变化时，这为整个种群提供了内置的生存优势。"
当引入抗生素等压力源时，这个小亚群可以迅速成为主导，因为它已经准备好生存。当条件再次变化时，种群可以转换回来。这种被称为"风险分散"的可逆策略使微生物群落能够快速适应不确定性。
虽然"风险分散"现象已在致病细菌中被观察到，但这是首次研究表明它在构成健康人类肠道的有益微生物中广泛存在。
这一发现对人类健康有几项重要影响：
- 益生菌：益生菌胶囊中的细菌可能与其在肠道中成功定植的细菌处于不同的功能状态——这可能解释了效果不一致的原因。
- FMT治疗：供体和受体之间这些表观遗传状态的差异可能影响微生物移植的效果。
- 抗生素恢复：一些肠道细菌可能在抗生素治疗后存活下来，并非因为它们具有基因抗性，而是因为一部分细胞已经处于保护性的表观遗传状态，允许在治疗结束后快速恢复。
研究人员表示，从长远来看，理解和可能控制这些可逆开关可以带来更有效的基于微生物组的疗法。
该研究结合了先进的DNA测序、大规模数据分析和实验室实验。科学家使用长读长测序技术分析了婴儿在抗生素治疗前后以及FMT供体-受体对的粪便样本。这种方法使他们能够同时检测遗传结构和表观遗传修饰。
然后，他们分析了来自先前已发表研究的2300多个微生物组样本，以确定这种现象在个体和细菌种类中的普遍程度。
为了详细了解这一机制，研究团队分离了一种有益的肠道细菌——阿克曼氏菌(Akkermansia muciniphila)，并追踪其表观遗传状态如何对不同抗生素做出反应——识别出参与该过程的一个特定基因。
"我们的工作首次系统地证明了人类肠道微生物组中存在表观遗传风险分散现象。它还识别出控制有益细菌中这种开关的特定基因，并表明该过程是可逆的——根据抗生素暴露的类型向不同方向转变，"方博士说。"我们惊讶于小亚群能够如此迅速地占据主导地位。在某些情况下，代表不到种群1%的细菌在条件变化下成为了主导。"
研究团队还发现，在被认为属于单一细菌菌株的群体中存在显著的多样性。即使密切相关的细胞也可能表现不同，具有不同的基因活性和应激反应——这突显了我们对微生物组在更深层次上的理解还有多少不足。
这些发现有助于解释为什么微生物组具有恢复力但难以预测，以及为什么基于微生物组的治疗可能产生不同的结果。
"同时，我们的研究并不建议人们在医学上必要时避免使用抗生素，也不推荐或反对任何特定的益生菌。我们的研究旨在理解基本生物学，而不是改变当前的医疗护理，"方博士说。
研究团队计划随着时间的推移研究更大规模的患者群体，特别是在抗生素治疗和FMT期间及之后。他们还旨在探索其他肠道细菌是否存在类似机制，并研究如何利用这些表观遗传开关。
"最终，我们的目标是设计能够更好地在肠道中定植的益生菌，并开发支持有益微生物同时限制有害微生物的疗法，"方博士说。
该论文题为"肠道微生物组中的表观遗传相变增强细菌适应能力"。
研究作者按期刊列出的顺序为：倪宓(Mi Ni)、Katerina Junker、刘雨洁(Yujie Liu)、范宇(Yu Fan)、李阳梅(Yangmei Li)、乔万金(Wanjin Qiao)、张学松(Xue-Song Zhang)、Magdalena Ksiezarek、Edward A. Mead、Alan Tourancheau、姜文燕(Wenyan Jiang)、Martin J. Blaser、Raphael H. Valdivia、Lauren E. Davey和方刚(Gang Fang)。
该工作得到了美国国立卫生研究院(NIH)资助号R35 GM139655的支持。
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