科学家们发现了一种新方法，通过测量肠道细菌之间的相互作用方式，来区分健康肠道和患病肠道，并追踪某些疾病的进展。
根据发表在《科学》杂志上的一项研究，由罗格斯大学领导的一个科学家团队发现，健康和患病的消化系统表现得像两种截然不同的生态状态，其驱动力并非单个微生物，而是整个细菌群落的竞争与合作方式。
“我们不再问‘有哪些细菌’，而是开始问‘它们与其他细菌的关系如何’，”该研究的资深作者、罗格斯大学环境与生物科学学院生态、进化与自然资源学系助理教授Juan Bonachela说。“这种视角的转变让我们得以将健康和疾病视为肠道微生物组的两种根本不同的状态。”
为了衡量细菌群落如何在健康和疾病之间转换，该团队开发了一种名为“生态网络平衡指数”（ENBI）的新指标，该指标可以捕捉微生物群落是由竞争关系还是合作关系主导。
ENBI应用于粪便样本后，能够一致地将健康个体与患有多种疾病的患者区分开。在结直肠癌中，该指数随着疾病的进展而升高。
“这项新指标利用粪便样本捕捉到了这种转变，并能区分健康人和病人，”该研究的作者、环境与生物科学学院生物化学与微生物学系亨利·罗格斯微生物组与健康教授Maria Gloria Dominguez-Bello说。
Dominguez-Bello表示，这些发现展示了疾病是如何在微生物群落进行自我重组时显现的。“这项工作表明，肠道健康不仅关乎存在哪些细菌，还关乎它们如何相互作用，”她说。“在炎症性肠病、艰难梭菌感染、肠易激综合征和结直肠癌等疾病中，细菌会形成更具合作性、联系更紧密的群体，这些群体可能占据主导地位并破坏正常功能。”
该研究的作者、罗格斯大学健康中心先进生物技术与医学中心主任Martin Blaser表示，这些发现有助于解释为什么许多与肠道相关的疾病一直难以预测和治疗。“这为我们思考微生物组出了什么问题提供了一种新方法，”Blaser说。“它表明，疾病是在整个系统发生转变时出现的，而不是聚焦于单个微生物。这为早期检测和更精准的干预打开了大门。”
研究团队首先建立了计算机模型，模拟肠道细菌如何竞争营养以及交换代谢副产物。
“起初，我们只是在测试模型能否再现真实微生物组的基本特征，”该研究的第一作者、曾是富布莱特博士学者并在罗格斯大学从事研究、目前在西班牙格拉纳达大学和卡洛斯一世理论物理与计算研究所担任博士后研究员的Roberto Corral Lopez说。“但很早我们就发现，它自然产生了两种不同的模式，一种看起来像健康状态，一种像疾病状态。”这促使研究人员将其模拟结果与患者的粪便DNA数据进行比较。
“当我们核对数据时，我们看到了相同的模式，”Corral Lopez说。“那时我们意识到，我们捕捉到了这些群落在疾病中重组的一些基本特征。”
肠道微生物组始终稳定在两种配置之一：一种与健康相关的多样化、竞争性状态，另一种由与疾病相关的小型、紧密连接的细菌合作群体主导的状态。
Bonachela表示，这些见解和工具最终可能帮助医生更早地发现问题。“理论上，仅通过粪便样本就应该能够测量到它，这是一种非常无创的监测肠道健康的方法，”他说。
这些发现也可能有助于解释为什么益生菌和粪菌移植等肠道疗法有时成功，有时失败。
“治疗通常基于这样的理念：你需要特定的细菌存在，”Bonachela说。“但如果问题不在于此，而在于关系，那么你提供细菌就没有意义。”
关于粪菌移植，他表示，其益处可能并非来自引入单个物种，而是来自恢复整个微生物群落。“有趣的一点不是你引入了物种，”Bonachela说。“而是你引入了一个完整的群落，因此你保持了使该群落保持健康的相互作用。细菌需要存在，但它们需要与合适的伙伴一起存在。”
Corral Lopez表示，这项工作最终可能使基于微生物组的疗法更具可预测性。“目前，供体选择主要基于可用性和基本的健康筛查，”Corral Lopez在谈到粪菌移植前的流程时说。“这开启了一种可能性，即根据微生物群落相互作用网络的契合度进行匹配，而不仅仅是根据存在的物种。这可能帮助我们设计针对每个患者微生物组的治疗方案，而不是依靠反复试验。”
Bonachela表示，该团队希望他们最终的工作能带来更早的检测和更个性化的护理。“我们正试图理解这些系统如何运作，以便能为人们的生活带来真正的改变，”他说。
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