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Nature:利用食用海藻操纵肠道细菌!

来源:本站原创 2018-05-13 23:25

2018年5月13日/生物谷BIOON/---肠道细菌依赖于我们吃的食物茁壮成长。反过来,它们提供必要的营养物让我们保持健康、击退病原体,甚至有助于指导我们的免疫反应。

了解我们摄入的某些细菌菌株如何和为何能够成功地在大肠中站稳脚跟而其他的细菌菌株被快速地驱逐,可能有助于科学家们了解如何以增强我们的健康或协助抵抗疾病的方式操纵在那里存在的上千种细菌种类的组成。但肠道微生态的极度复杂性阻碍了这一任务。

作为一个新兴领域,益生菌---活的大概是健康的细菌培养物,它们本身就存在于诸如酸奶之类的食物中,或者包含在非处方口服补充剂中---是公众对肠道细菌重要性的认识日益增加的一个例子。然而,即使不服用益生菌或喝酸奶,我们每个人都会不知不觉地在我们的一生当中摄入低水平的肠道适应性细菌。但是,不管来源如何,人们并不知道是什么导致一种菌株胜过另一种菌株。许多细菌很快通过我们的消化道而不会在我们的肠道中立足。
图片来自CC0 Public Domain。

在一项新的研究中,美国斯坦福大学医学院微生物学与免疫学副教授Justin Sonnenburg博士和他的同事们想要知道饮食是否会助肠道微生物组中的特定细菌菌株一臂之力。为了开展研究,他们前往圣何塞废水处理设施(San Jose Wastewater Treatment Facility)来寻找拟杆菌(Bacteroides)成员---拟杆菌是人肠道菌群中最为突出的细菌属---特别是寻找能够消化美国饮食中相对罕见的成分,即寿司卷和其他的日本食物中使用的海藻(nori)。他们筛选了在初级处理的污水中收集的细菌,筛选的指标是它们能否消化在海藻中发现的一种称为紫菜多糖(porphyran)的碳水化合物。

Sonnenburg说:“允许细菌消化紫菜多糖的基因在没有将海藻作为常见饮食的一部分的人体中是非常罕见的。这允许我们测试我们是否能够通过创造一种支持单个细菌在没有来自肠道中的30万亿个其他细菌的竞争的情形下生长的特定微环境(privileged niche)来绕开复杂的生态系统规则。

当这些研究人员发现拟杆菌中的一种消化紫菜多糖的菌株时,他们就试图将它引入到三组实验小鼠的每一组中。两组小鼠自己的肠道细菌被清除,并且被来自两个健康人供者的天然存在的肠道细菌所取代:一名健康人供者专门地给一组小鼠提供肠道细菌,另一名健康人供者专门地给另一组小鼠提供肠道细菌。第三组小鼠含有常见的小鼠特异性的肠道菌群。

直接影响

这些研究人员发现当给这些小鼠喂食典型的小鼠食物时,这种消化紫菜多糖的菌株能够在两组小鼠中发生不同程度地和有限地定植;在两组携带着人肠道细菌的小鼠中,有一组小鼠完全排斥这种新引入的菌株。然而,当给这些小鼠喂食富含紫菜多糖的食物时,结果变得显著不同:这种细菌菌株在相类似的水平上强健地定植到所有小鼠中。此外,Shepherd发现她能够通过增加这些小鼠摄入的海藻数量来精确地调整这种定植的细菌群体大小。

Sonnenburg说,“这些结果让我们感到吃惊。饮食对这种细菌群体的直接影响是非常明显的。”

除了证实它们能够有利于这种消化紫菜多糖的细菌菌株的定植和生长之外,这些研究人员还进一步展示了成簇存在的能够消化紫菜多糖所必需的基因,这就使得人们能够将这些基因导入到其他的拟杆菌菌株中而让它们同样具有相同的定植优势。如今,他们正在努力鉴定赋予类似的饮食消化能力的其他基因。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Elizabeth Stanley Shepherd, William C. DeLoache, Kali M. Pruss et al. An exclusive metabolic niche enables strain engraftment in the gut microbiota. Nature, Published online: 09 May 2018, doi:10.1038/s41586-018-0092-4

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