研究显示，农药可能对消化系统中的微生物群产生毒性作用，而一项新研究首次绘制了基于实验室和动物模型观察到的人类微生物与杀虫剂相互作用后特定肠道细菌的变化图谱。
该分析表明，十几种农药会影响人类肠道细菌的生长模式，改变肠道微生物处理营养物质的方式，并在某些细菌内部驻留。研究人员表示，他们制作的“分子机制图谱”已公开，可作为未来相关疾病及治疗策略研究的重要资源。
小鼠实验显示，一种肠道细菌能够提供一定程度的保护以对抗农药毒性，暗示益生菌方法可能有助于预防农药带来的部分有害健康影响——例如炎症。
“我们的研究进一步阐明了农药或环境污染物如何通过调节一组重要的微生物群来影响人类健康，”俄亥俄州立大学（Ohio State University）人类科学副教授、论文资深作者朱江江（Jiangjiang Zhu）表示。
“我们还鉴定出一些能够降解、去除或清除生物系统中农药的微生物，这些微生物可能成为未来的治疗方法，帮助人们清除因食物和水摄入而引入肠道的毒性，从而为人类健康提供更好的解决方案。”
这项研究最近发表在《自然通讯》（Nature Communications）上。
研究结果基于对18种广泛用于全球农业的农药化合物与人类肠道中四个主要细菌域相关的17种菌种之间的相互作用进行的实验室调查。这些农药包括滴滴涕（DDT，虽在美国被禁用，但在某些国家仍用于室内控制携带疟疾的蚊子）、阿特拉津（atrazine）、氯氰菊酯（permethrin）和毒死蜱（chlorpyrifos）。朱教授指出，尽管使用受到限制，但一些传统农药的残留物仍在土壤和水中循环。
“我们在培养基中培育细菌并将其暴露于相关浓度的农药下，以观察微生物对这些农药暴露的反应，”朱教授实验室高级研究员、第一作者陈丽（Li Chen）表示。她负责管理了本研究中分析的超过1万份样本。
基于研究结果，团队构建了一个细菌-农药相互作用网络，详细描述了哪些农药促进或抑制细菌生长以及吸收农药化学物质的细菌种类——这表明农药暴露在体内可能会延长其影响。
“大多数先前的环境健康研究都报告称，农药污染会影响肠道细菌的整体组成，”陈丽表示。“我们证明这些农药确实会影响特定肠道细菌，并详细说明了这些变化将如何影响总体组成。”
分析确定了306对农药-肠道微生物对中的特定代谢变化，进而研究了这些改变的生长模式和化学物质积累如何影响代谢产物——即分解营养物质以产生能量和其他基本功能的生化反应的分子产物。代谢产物具有多种作用，从改变代谢过程本身到发送与多种细胞功能和免疫系统激活相关的信号。
此外，研究团队还进行了另一项分析，重点关注由肠道微生物产生的另一类重要分子——脂质（脂肪、油性和蜡状化合物），它们对许多身体功能至关重要。
研究人员还研究了在健康小鼠身上暴露于农药后的效果。这些小鼠首先被给予抗生素以清除消化系统中的微生物。随后，研究团队向一组小鼠引入了一种常见的人类肠道细菌——卵形拟杆菌（Bacteroides ovatus），并在四周农药暴露后与对照组进行了比较。
结果验证了实验室观察到的现象，表明农药在小鼠多个器官中引发了炎症，而化学暴露后引入的细菌引发了一系列代谢活动和脂质生产的改变。具体而言，某些类别的脂质增加抑制了与氧化应激相关的蛋白质信号通路。
“我们发现了可能通过某种方式缓冲炎症过程来调节农药对宿主毒性作用的微生物，”朱教授说道。他也是俄亥俄州立大学综合癌症中心分子致癌与化学预防研究计划的成员。
“我们知道炎症对身体通常是不利的。如果某些有毒物质会诱发炎症，而其他分子可以抵消这种作用，你可能会找到干预或预防更大范围损害的方法。”
在接下来的研究阶段，朱教授的实验室计划进一步解释肠道微生物代谢变化在农药暴露后如何适应各种健康和疾病状况。他预计其他科学家也会这样做。
“我们正在绘制农药与肠道微生物之间核心相互作用的地图。然后其他实验室可以利用我们的发现，例如，在接触农药后，肠道微生物的反应可能导致下游后果，这些后果有助于疾病研究，最终有助于预测目标或识别干预策略，”他说。
这项研究得到了美国国家普通医学科学研究所（National Institute of General Medical Sciences）的支持。朱教授还得到了俄亥俄州立大学教务长红与灰副教授计划（Provost’s Scarlet and Gray Associate Professor Program）的支持。
其他合著者包括俄亥俄州立大学的郭超（Chao Guo）、张欢（Huan Zhang）、张世琪（Shiqi Zhang）、安德鲁·戈德（Andrew Gold）、胡明（Ming Hu）和吴大勇（Dayong Wu）；耶鲁大学（Yale University）的颜宏（Hong Yan）和卡罗琳·约翰逊（Caroline Johnson）；中国杭州浙江农科院（Zhejiang Academy in Hangzhou, China）的狄珊珊（Shanshan Di）和王欣泉（Xinquan Wang）；以及约翰霍普金斯大学（Johns Hopkins University）的王宇（Yu Wang）。
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