我们的身体不仅仅由人类细胞组成——它也是数万亿微生物的家园，这些微生物存在于我们体内或体表。实际上，我们肠道中的微生物数量超过了银河系中的恒星数量。这些微生物对人体健康至关重要，但科学家们仍在研究它们的具体功能及其如何帮助我们。
在一项发表于《自然·微生物学》的新研究中，我和同事们探讨了某些肠道细菌如何保护我们免受有害细菌侵害——特别是肠杆菌科细菌（Enterobacteriaceae）。这类细菌包括大肠杆菌（Escherichia coli），少量存在时通常是无害的，但如果大量繁殖，则可能引发感染和其他健康问题。
我们发现，我们的肠道环境——受到饮食等因素的影响——在控制潜在有害细菌方面起着重要作用。
为了得出这一结论，我们分析了来自45个国家的超过12,000份粪便样本。利用DNA测序技术，我们能够识别并量化每个样本中检测到的微生物。我们发现，携带肠杆菌科细菌的人群的肠道微生物组构成与未携带者有根本性的差异。
通过分析这些微生物及其基因，我们可以准确预测（约80%的时间）某人是否在其肠道中有肠杆菌科细菌。这表明我们肠道中的细菌种类与有害物种是否会占据主导地位密切相关。
进一步研究中，我们发现了两类细菌：一类是在肠杆菌科细菌存在时繁荣生长的“共存菌”，另一类则是很少与之共存的“排他菌”。
其中一种排他菌，称为Faecalibacterium，尤其重要。它通过分解我们饮食中的各种纤维产生短链脂肪酸。这反过来可以阻止有害细菌如肠杆菌科细菌的生长。
这些脂肪酸是我们观察到的排他菌与共存菌之间最强的信号之一。它们还被认为具有广泛的健康益处，例如减少炎症和改善肠道功能。
另一个有趣的观察结果是，共存菌（与肠杆菌科细菌共生的细菌）更加适应性强。它们具有分解不同营养物质的能力，并能在适合肠杆菌科细菌生存的环境中存活。
这尤其令人惊讶，因为之前在小鼠的研究中认为，食用相同类型食物和营养物质的细菌很难在肠道中共存。这再次表明，肠道环境条件（如营养、pH值、氧气水平）是决定一个人是否会被肠杆菌科细菌定植的主要因素。
比益生菌更有效
我们的研究结果可能带来新的预防和治疗感染的方法，而无需使用抗生素。例如，与其直接杀死有害细菌（这也会伤害有益细菌），我们可以增强排他菌或制定支持其生长的饮食方案。
这种策略可能比直接服用益生菌更有效，因为之前的研究表明，添加到肠道中的新细菌只能在肠道中存活有限的时间。我们还可以针对有害细菌用于生存的特定途径，使其威胁减小。
尽管我们的研究提供了新的重要见解，但仍有许多未知之处。许多地区，包括南美洲和非洲的部分地区，在微生物组研究中代表性不足。这限制了我们对不同人群中肠道细菌变异的理解。
此外，虽然我们的研究突出了重要的模式和相互作用，但我们尚未完全理解这些关系背后的原因和机制。
未来的研究将结合代谢组学（研究微生物产生的化学物质）和转录组学（研究基因的激活方式）等额外工具，以更清晰地描绘肠道生态系统如何为我们的健康服务。
下一步应集中设计研究，测试特定类型的饮食（例如高纤维与低纤维饮食）是否会影响潜在有害细菌和其他疾病的长期发病率。通过更好地了解肠道中微生物的互动和交流，我们可以开发更精确的非抗生素疗法来对抗未来的感染。
Alexandre Almeida，剑桥大学首席研究员
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