科学家已确定一种新方法，可通过测量肠道细菌间的相互作用来区分健康肠道与病变肠道，并追踪部分疾病的进展。
罗格斯大学科学家创建的这一指数能够追踪微生物行为，并发出结直肠癌等疾病的信号。如图所示，不同颜色的杆状细菌和球状球菌代表共享肠道复杂生态系统的不同微生物。科学家发现，这些微生物竞争与合作方式的变化，标志着健康与疾病状态的根本差异。（图片说明：Xuesong Zhang/高级生物技术和医学中心）
根据发表在《科学》杂志上的研究，由罗格斯大学领衔的科学家团队发现，健康与病变的消化系统表现为两种截然不同的生态状态，其驱动力并非来自单一微生物，而是整个细菌群落的竞争与合作关系。
"我们不再追问存在哪些细菌，而是探究它们与其他细菌的关联方式，"罗格斯环境与生物科学学院生态学、进化与自然资源系助理教授、该研究资深作者胡安·博纳切拉表示，"这种视角转变使我们得以将健康与疾病视为肠道微生物组两种本质不同的状态。"
为测量细菌群落从健康到疾病的转变过程，团队开发了名为"生态网络平衡指数"（ENBI）的新指标，用于捕捉微生物群落是以竞争为主导还是以合作为主导的相互作用。
将ENBI应用于粪便样本时，该指数能持续区分健康个体与多种疾病患者。在结直肠癌病例中，指数值随疾病进展而升高。
"这项新指标通过粪便样本捕捉这种转变，能有效区分健康人与患者，"环境与生物科学学院生物化学与微生物学系微生物组与健康亨利·罗格斯教授、研究作者玛丽亚·格洛丽亚·多明格斯-贝洛表示。她指出，研究结果揭示了疾病如何在微生物群落自我重组时产生。
"这项工作表明，肠道健康不仅关乎存在哪些细菌，更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、紧密连接的群体，从而主导并破坏正常功能。"
研究作者、罗格斯健康高级生物技术和医学中心主任马丁·布莱泽指出，该发现有助于解释为何众多肠道相关疾病难以预测和治疗。
"这为我们思考微生物组功能障碍提供了新视角，"布莱泽表示，"它表明当整个系统发生转变时疾病才会显现，而非仅关注单一微生物。这为早期检测和更精准干预打开了大门。"
团队通过构建计算机模型启动研究，模拟肠道细菌如何竞争营养物质并交换代谢副产物。
"起初我们仅测试模型能否再现真实微生物组的基本特征，"该研究首席作者罗伯托·科拉尔·洛佩兹表示。他作为富布莱特博士学者在罗格斯大学开展研究，现任职于西班牙格拉纳达大学和卡洛斯一世理论与计算物理研究所，"但很快发现模型自然生成两种不同模式：一种类似健康状态，另一种类似疾病状态。"
这促使研究人员将模拟结果与患者粪便DNA数据进行比对。
"当核对数据时，我们观察到相同模式，"科拉尔·洛佩兹说，"这让我们意识到捕捉到了微生物群落在疾病中重组的根本规律。"
肠道微生物组持续稳定于两种构型之一：与健康相关的多样化竞争态，以及与疾病相关的、由小型紧密合作细菌群主导的第二态。
博纳切拉指出，这些见解和工具最终将帮助医生更早发现问题。
"理论上，仅通过粪便样本即可测量该指标，这是监测肠道健康的非侵入性方式，"他说。
研究结果还可能解释益生菌和粪菌移植等肠道疗法时而成功时而失败的原因。
"疗法通常基于'需要特定细菌存在'的理念，"博纳切拉解释，"但如果问题不在此——如果症结在于相互关系，那么单纯提供细菌将无济于事。"
关于粪菌移植，他说益处可能并非来自引入单一菌种，而是恢复整个微生物群落。
"关键不在于引入特定菌种，"博纳切拉强调，"而在于引入完整群落，从而维持使该群落保持健康所需的相互作用。细菌不仅需要存在，更需要与正确伙伴共存。"
科拉尔·洛佩兹认为，该工作最终将使基于微生物组的疗法更具可预测性。
"目前供体筛选主要基于可用性和基础健康筛查，"他指粪菌移植前的流程，"这项研究开辟了按相互作用网络匹配微生物群落的可能性，而不仅依据存在哪些菌种。这将帮助我们为每位患者的微生物组量身定制疗法，摆脱试错模式。"
博纳切拉表示，团队希望该成果最终推动早期检测和更个性化医疗的发展。
"我们致力于理解这些系统的工作原理，从而切实改善人们的生活，"他说。
罗格斯大学罗伯特·伍德·约翰逊医学院生物化学与分子生物学系的迈克尔·曼哈特、普林斯顿大学的西蒙·莱文以及格拉纳达大学的米格尔·穆尼奥斯共同参与了此项研究。
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