腸道微生物組堪稱一個充滿奧秘的新興前沿領(lǐng)域。從應(yīng)用層面回溯，我國古代智慧結(jié)晶“黃龍湯”，便是基于腸道微生物治病的早期實踐。如今，腸道微生物組的研究熱度持續(xù)攀升，在Pubmed以“gut microb*”作為近似搜索關(guān)鍵詞，能檢索到近10萬篇相關(guān)文獻(xiàn)。像“整合人類微生物組計劃（iHMP或HMP2）”，自2014年啟動后，聚焦妊娠與早產(chǎn)、炎癥性腸病和前驅(qū)糖尿病這三類疾病，借助多組學(xué)手段與縱向取樣，深入解析微生物組動態(tài)及與宿主的互動。還有人類腸道宏基因組計劃（MetaHIT），眾多國家科研力量聯(lián)合，旨在洞悉腸道微生物組多樣性與功能，尤其是和肥胖、炎癥性腸病的關(guān)聯(lián)。一系列研究表明，在炎癥性腸病、結(jié)直腸癌、肝病、肥胖、心血管疾病等腸道及腸外疾病中，都存在腸道微生物組的改變，也就是菌群失調(diào)，這也讓微生物組成為疾病標(biāo)志物與潛在治療靶點。
在這樣的大背景下，益生元和腸道微生物群的關(guān)系備受關(guān)注。今天要探討的，便是一篇發(fā)表于Nature Communications的研究——“Identification of inulin-responsive bacteria in the gut microbiota via multi-modal activity-based sorting”，其著眼于益生元菊粉，探尋腸道微生物群中對菊粉有響應(yīng)的細(xì)菌，為我們理解益生元作用機制、調(diào)控腸道菌群提供新視角。
研究如何開展？菊粉與研究初衷菊粉，作為食品和補充劑行業(yè)備受青睞的益生元，是植物產(chǎn)生的一種非結(jié)構(gòu)性多糖，大量研究證實，菊粉對人體健康功效顯著，可降低胰島素抵抗、具備抗炎活性與抗癌特性等。
不過，雖然菊粉作為益生元聲名遠(yuǎn)揚，但對其促進(jìn)有益腸道微生物生長能力的評估，在很多情況下缺乏系統(tǒng)性。此篇論文的研究團(tuán)隊，便致力于開發(fā)一種方法，用以確定對菊粉有響應(yīng)的細(xì)菌，期望借此完善我們對菊粉作用機制的認(rèn)知。研究流程研究團(tuán)隊首先利用功能化菊粉的介孔二氧化硅納米顆粒，來識別具備結(jié)合菊粉能力的微生物。介孔二氧化硅納米顆粒擁有大比表面積、孔徑可精確調(diào)控、良好生物相容性與穩(wěn)定性等特性，是理想的載體。將菊粉修飾到其表面后，如同給微生物設(shè)置了一個“誘餌”，能吸引可結(jié)合菊粉的微生物“上鉤”。對分選后的細(xì)胞進(jìn)行16S rRNA基因擴增子測序，結(jié)果顯示，微生物群中具有結(jié)合菊粉能力的現(xiàn)象十分普遍。
緊接著，研究團(tuán)隊進(jìn)一步評估哪些類群在代謝上會被菊粉刺激。他們讓微生物在含菊粉環(huán)境中培養(yǎng)，觀察生長與代謝變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，厚壁菌門和放線菌門中的多種類群會對菊粉有響應(yīng)，且這些類群中的一些分離株能夠降解菊粉。同時，研究人員還用另一種益生元低聚木糖（XOS）進(jìn)行對照培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)低聚木糖展現(xiàn)出更強的促進(jìn)雙歧桿菌生長的效果，即更顯著的“雙歧桿菌生成效應(yīng)”。研究成果通過精準(zhǔn)的實驗與分析，研究確定了多個對菊粉有響應(yīng)的細(xì)菌類群。厚壁菌門和放線菌門中，不少成員都能在菊粉作用下被激活代謝。例如，一些此前鮮有關(guān)注的菌株，在有菊粉時生長速率提升、代謝產(chǎn)物變化，表明它們能利用菊粉獲取能量、進(jìn)行物質(zhì)合成。
更為有趣的是，研究還發(fā)現(xiàn)了間接被菊粉降解過程刺激的細(xì)菌，如柯林斯氏菌綱中的遲緩埃格特菌（Eggerthella lenta）和產(chǎn)尿石素戈登氏菌（Gordonibacter urolithinfaciens）。這意味著菊粉進(jìn)入腸道后，除了直接被某些細(xì)菌利用，其降解過程產(chǎn)生的中間產(chǎn)物或改變的微環(huán)境，還能間接影響其他細(xì)菌的生長與代謝，極大拓展了我們對菊粉響應(yīng)細(xì)菌的認(rèn)知邊界。討論過往我們雖知曉菊粉等益生元對腸道健康有益，可對具體哪些細(xì)菌響應(yīng)菊粉、如何響應(yīng)知之甚少。該研究首次系統(tǒng)地通過多模式活性分選，精準(zhǔn)鎖定對菊粉有響應(yīng)的細(xì)菌類群，填補了這一理論空白。詳細(xì)解析了菊粉在腸道微生物群中的“旅程”，從被哪些細(xì)菌結(jié)合、哪些細(xì)菌能降解利用，到降解過程如何間接影響其他細(xì)菌，完善了我們對益生元作用機制的理解，為后續(xù)腸道微生物群與宿主健康關(guān)系的研究，提供了扎實理論基礎(chǔ)。
腸道微生物群與益生元的研究方興未艾，這篇論文為我們照亮了菊粉與腸道微生物群相互作用的部分“黑暗角落”。未來，隨著研究深入，有望解鎖更多腸道健康密碼，為人類健康事業(yè)添磚加瓦。
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