《科学》：菌多力量大！科学家找到高多样性菌群抵抗病原体入侵机制，靠多种优势菌和病原菌抢营养

肠道微生物可算是我们人体内第一“万事通”，不管什么生理病理问题，它好像都能掺一脚。不过可别因为这些旁门左道忽略了菌菌们的本职工作，比如抵抗外敌入侵。

肠菌带来的一个主要健康益处就是防止病原体定植和随后发生的感染，这种作用被称作定植抵抗。定植抵抗的能力在菌之间也不同，有研究证据发现，肠菌中还存在抗敌能力胜他菌一筹的英雄单位。

这些抗敌英雄的超能力大多有这么几个方向，在营养和生存空间上和病原体竞争，直接拮抗毒素或其他有害化合物，以及促进宿主对病原体的免疫。

今日，牛津大学科学团队在《科学》杂志上发文，研究者们发现，在抵御外敌这件事上，“菌多力量大”也是很重要的一点！

原来，定植抗性其实是一种复杂的生态特性。实验结果显示，单个菌种对病原体防御力是很有限的，但当菌群多样性上升到50种菌之后，病原体的生长就会受到大幅限制。当然，“英雄菌种”还是存在的，但它们要在高多样性的群体中才能发挥作用。

英雄菌种也很好预判，研究者发现，与病原体代谢重叠越高的菌种，越有可能成为定植抵抗的核心，我们甚至可以利用这一点来推断出能够保护人体免遭耐药菌侵袭的菌群组成！

论文题图

为了测试肠菌的对敌能力，研究者筛选出了100种不同的人类肠道共生菌，假想敌设定为肺炎克雷伯菌和伤寒沙门氏菌。

由于肠菌和病原体的竞争具有两种模式，一是在病原体刚进入肠道的生态入侵模式，一是在同等条件下共同生长的竞争模式，所以研究者也设计了相应的两个实验，综合评分选出了10个“抗敌先锋”。

这十位选手再次进行更严格的定制抵抗测试，一次性参与两个竞争模式，并在24小时后检测病原体丰度。

实验流程

尽管十位选手已经是优选中的优选了，但是测试结果还是不太行……每个菌种单打独斗都很弱，大多数根本没有表现出定植抗性。

表现相对好一点的是大肠杆菌，它是已知的伤寒沙门氏菌竞争菌，但能够提供的保护效果也非常有效，病原体丰度最终分别达到了108和109细胞/ml。

但是如果10位选手一起出击，结果就大不相同了，两种菌的丰度被压下了2-3个数量级！

十个就是比一个能打啊。

研究者又继续增加菌种数量，从图中可以看到，菌种越多、菌群多样性越高，对病原体的定植抵抗越强。

同时，大肠杆菌的存在也是很有必要的，有大肠杆菌才有定植抵抗能力，但反过来说，大肠杆菌的定植抵抗也只有在高多样性的群体中才能发挥。

除了大肠杆菌，研究者也发现了一些其他的定植抵抗关键菌，例如短双歧杆菌、Phocaeicola vulgatus和Lacrimispora saccharolyticum。

英雄单位+人民群众=高战斗力

这样一说，其实定植抗性是一个复杂的生态问题，但有趣的是，复杂问题可以用简单的原理来解决。

研究者分别分析了这些菌种中，表达蛋白和对碳源的利用与病原体重叠的程度，发现重叠程度越高的菌种定植抗性越强。

利用这个规律，研究者还尝试寻找了能够对抗抗菌剂耐药（AMR）大肠杆菌的菌群组成。AMR大肠杆菌是近年耐药菌研究的主要对象，它已经是造成抗生素耐药相关死亡的头号杀手了。

预测针对特定病原体的专属防卫菌

研究人员表示，这些发现可以推动新的治疗方法，比如通过优化肠菌组成来对抗有害的肠道病原体。这还可以解释为什么有些个体会在抗生素治疗后更容易感染肺炎克雷伯菌等病原体，因为抗生素降低了肠菌的多样性。