人类微生物组是一个迷人的领域，充满了各种微生物群落。科学家通常依靠粪便样本来研究微生物组，因为这些样本容易获取和收集。然而，粪便可能无法提供最可靠的微生物组快照(1)。
在最近发表在《自然》杂志上的一项研究中，斯坦福大学、Envivo Bio和加州大学戴维斯分校的科学家开发了一系列药丸，这些药丸在通过胃肠道(GI)时可以在各个点采集微生物组样本(2)。当他们使用多种多组学技术对样本进行测序时，发现即使在一个人体内，微生物组也存在巨大差异，即使是饮食或抗生素使用的小变化也能改变微生物组。科学家希望这些发现将有助于确定人类微生物组在健康和疾病过程中的变化。
根据Envivo Bio首席执行官Dari Shalon的说法，GI道的不同部分是"非常不同的生态系统，就像沙漠和雨林一样"。为了探索这些不同的区域，"真的需要一种像《神奇校车》那样的设备，你吞下它，它就能穿过胃肠道收集[样本]"，他补充道。
Shalon和Envivo Bio团队开发了他们自己的"神奇校车"：一种药丸形状的胶囊，具有pH敏感的外层，可以在GI道的特定点溶解。当外层溶解时，一个单向阀将液体吸入一个小的可充气气囊中，气囊充满后会密封关闭。由于GI道的不同点，如小肠和胃，具有不同的pH值，因此生成对不同pH值有反应的各种药丸，使科学家能够从GI道的特定点采集微生物组样本。
Envivo Bio开发了一种名为CapScan的肠道采样设备，可在GI道的各个点采样肠道微生物组。（图片来源：Envivo Bio公司）
为测试这些药丸，研究团队招募了15名健康参与者，每人吞服四颗药丸（每颗药丸对不同的pH值有反应），每天两次或连续两天服用。当他们对这些样本进行RNA测序时，发现微生物组在GI道的不同点存在显著差异，而粪便采样无法捕捉到这种变异性。
"当你沿着肠道下行时，环境如何变化，这具有巨大的潜力，"斯坦福大学微生物学家、该研究的合著者Kerwyn Casey Huang说。识别像饮食或疾病这样的因素如何影响个体微生物组的变异，"甚至可能提供发现这些重要健康关联的潜力，"他补充道。
科学家还仅从测序结果中检测出哪些参与者之前服用过抗生素（分别大约在研究前1个月和5个月）。"我们只是因为他们的数据与其他人不一致才了解到他们正在服用抗生素，"斯坦福大学临床微生物学家、该研究的合著者Jessica Grembi说。除了看到微生物组的明显差异外，他们还发现了胆汁酸成分的差异，这对消化和吸收至关重要。Grembi补充说，这些结果表明微生物组对包括胆汁酸产生在内的许多过程至关重要，而抗生素使用甚至可能在数月后影响这些过程。
"这种[药丸]是一种独特的技术，它为我们提供了我们长期以来想要的信息，"约翰霍普金斯大学微生物学家Cynthia Sears说，她与该研究无关。她对这种药丸如何在结肠癌等胃肠道疾病期间捕捉微生物组差异很感兴趣。Grembi也分享了这一兴趣，她希望使用这种药丸来研究营养不良。由于药丸中捕获的细菌在采样过程中保持存活，科学家们希望了解这些微生物在体外培养时如何工作。
尽管还需要进行更多的人体测试，但该团队对吞下一颗小药丸就能深入观察人类肠道感到兴奋。Huang说，这项技术"使人们自然而然地想到从一个人身上从多个地方和多次采样，而且这既简单又经济实惠。"
参考文献
- Tang, Q. et al. 肠道微生物群的当前采样方法：需要更精确设备的呼吁. 《细胞和感染微生物学前沿》 10, (2020)。
- Shalon, D. et al. 生理条件下人类肠道环境的分析. 《自然》 617, 581–591 (2023)。
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