科学家发现，有益的肠道细菌能够检测到广泛范围的营养物质和化学信号，帮助它们向有价值的食物来源移动。图片来源：Shutterstock 你的肠道细菌不断感知、移动和分享营养物质以维持微生物组的繁荣。
肠道微生物组，也称为肠道菌群，对人类健康至关重要。这个庞大且不断变化的微生物群落依赖于化学交换网络。微生物不仅彼此交流，还与宿主人体进行交流。为了正常运作，肠道细菌必须检测周围环境中的营养物质和信号分子。然而，科学家们仍未完全理解细菌受体能够识别的化学信号的广泛范围。
一个关键问题仍然存在：哪些信号对有益的肠道细菌最为重要？
超越病原体的细菌研究
大多数关于细菌感知的研究集中在模式生物上，尤其是致病微生物。相比之下，对共生菌的关注要少得多，共生菌是非致病性且通常有益的细菌，自然存在于人体内。这留下了一个重要缺口，即我们对这些有益微生物在肠道中实际检测到的化学信号种类了解不足。
由维克多·索里克（Victor Sourjik）领导的一个国际团队试图回答这个问题。研究人员来自马克斯·普朗克陆地微生物研究所、俄亥俄大学和马尔堡菲利普斯大学，他们研究了梭菌（Clostridia）。这些运动性细菌在肠道菌群中非常丰富，并在维持肠道健康方面发挥重要作用。
肠道细菌识别多种营养物质
研究团队发现，人类肠道微生物组中细菌的受体对一系列令人惊讶广泛的代谢化合物产生反应。这些包括碳水化合物、脂肪、蛋白质、DNA和胺的分解产物。通过系统筛选，科学家观察到不同类型的细菌传感器对特定类别的化学物质表现出明显的偏好。
这表明肠道细菌是选择性地适应某些代谢信号，而不是对环境中的一切随机反应。
乳酸和甲酸成为关键信号
通过结合实验室实验和生物信息学分析，研究人员确定了多种与控制细菌运动的感官受体结合的化学配体。这些受体使运动性细菌能够检测有价值的营养物质。研究结果表明，这些微生物的运动主要由寻找食物驱动。
在所有测试的物质中，乳酸（lactic acid）和甲酸（formic acid）最常作为刺激物出现。这表明它们可能是特别重要的营养物质，支持肠道中的细菌生长。
交叉喂养强化肠道生态系统
有趣的是，一些肠道细菌能够自行产生乳酸和甲酸。这支持了“交叉喂养”的概念，即一种细菌物种释放的代谢物可作为其他物种的营养源。这种相互作用有助于维持平衡和合作的微生物群落。
“这些结构域似乎对肠道中细菌之间的相互作用很重要，并可能在健康的人类微生物组中发挥关键作用，”维克多·索里克研究小组的博士后研究员、该研究的第一作者徐文浩（Wenhao Xu）解释道。
新感官结构域的发现
通过系统分析多种传感器类型，研究人员确定了几个先前未知的感官结构域组。这些新描述的传感器专门针对乳酸、二羧酸、尿嘧啶（RNA构建块）和短链脂肪酸（SCFAs）。
研究团队还确定了一种新发现的双重传感器的晶体结构，该传感器同时结合尿嘧啶和乙酸。这种结构见解使他们能够理解这些分子如何附着到受体上。该传感器属于一个具有多样特异性的大型感官结构域家族。
进一步的进化分析表明，该家族内的配体特异性可以相对容易地随时间变化。这种灵活性突显了细菌感官受体如何适应周围环境的变化。
“我们的研究项目显著扩展了对有益肠道细菌感知能力的理解，”维克多·索里克说。“据我们所知，这是对定植于特定生态位的非模式细菌的感知偏好的首次系统分析。展望未来，我们的方法可以类似地应用于系统研究其他微生物生态系统中的感知偏好。”
参考文献：“人类肠道微生物群中趋化受体的特异性” by 徐文浩 (Wenhao Xu)、Ekaterina Jalomo-Khayrova、Vadim M. Gumerov、Patricia A. Ross、Tania S. Köbel、Daniel Schindler、Gert Bange、Igor B. Zhulin 和 维克多·索里克 (Victor Sourjik)，2025年8月26日，《美国国家科学院院刊》。
DOI: 10.1073/pnas.2508950122
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