弄清楚你的肠道需要哪些细菌或其他营养物质，有一天或许只需运行详细的计算机模拟就能实现。从药片到酸奶再到苏打水，益生菌正被重新包装并越来越多地推销给我们，承诺能改善我们的“肠道健康”。然而，虽然市售益生菌对某些人有效，但这种一刀切的方法并未能可靠地惠及消费者。相反，新的模拟可以预测某种特定细菌菌株是否能在某人的肠道中成功定植，研究人员于2月19日在《PLOS生物学》上报告。
这些被称为微生物群落尺度代谢模型的模拟，基于科学家已知的关于肠道细菌如何摄取和利用食物的知识。它们使研究人员能够模拟如果将某种细菌菌株植入个体肠道会发生什么，“并观察它是否能生长，以及如果生长了会做什么，”西雅图系统生物学研究所的微生物组研究员Sean Gibbons说。“我们认为这种类型的建模平台可能使我们能够识别个性化反应，甚至可能设计个性化的干预措施。”
Gibbons和他的同事利用两项干预研究的现有数据来测试一种新的微生物群落尺度代谢模型。第一项研究测试了一种合生元——一种由活肠道细菌（益生菌）和触发细菌生长的益生元纤维组成的混合物——对2型糖尿病患者的益处。第二项模型测试了一种药用级活体生物治疗剂用于治疗复发性艰难梭菌感染的患者。在这两个数据集中，添加的细菌菌株对某些个体显示出有希望的健康结果，而对其他个体则不然，因此Gibbons和他的团队想看看是否可以利用模型来理解原因。
该团队利用患者在干预前的基线肠道微生物组图谱，以75%到80%的准确率预测了哪些细菌会定植或“移植”。该模型还准确预测了许多被认为支持肠道健康的短链脂肪酸产量的提升。
“实际上，我惊讶于在这种复杂背景下，定植能被如此准确地预测，”德国基尔大学的系统生物学家Christoph Kaleta说，他没有参与这项研究。然而，Kaleta指出，这项研究只观察了短期变化。“虽然益生菌通常显示所提供物种的短期存在，但长期定植很少被观察到……理想情况下，你希望这些益生菌物种能更长时间地维持其有益效果。”
Gibbons和他的团队还研究了特定细菌生长的健康结果。他们发现，阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila）的较高生长率与餐后更好的血糖控制有关。
为了在一组健康人群中验证他们的模型，该团队还使用了转向高纤维饮食的人的数据。即使在这些个体中，该模型也准确预测了他们的肠道对新饮食的反应。这项研究为未来你的医生可能在你服用任何一颗药片之前，先在数字模型中“试用”一种益生菌提供了概念验证。
Gibbons说：“如果我们能在几分钟或几小时内获得一个人的模型并模拟数千次干预，那么突然间你就拥有了某种‘数字孪生’，可以开始近似人们个性化的反应。”在此之前，他和他的团队计划进行一项前瞻性临床试验，以查看个性化的干预是否比通用方案更有效。
该研究强调，什么是“好”细菌取决于个体和环境。“很多细菌只在特定背景下才是有益的，”同样在系统生物学研究所的微生物组研究员Nick Quinn-Bohmann说。“为每个人提供一套一刀切的益生菌是没有意义的。”Quinn-Bohmann表示，类似的模型最终可以帮助设计定制的微生物组疗法，而不仅仅是现成的药片。
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