哺乳动物肠道中充满微生物，它们通过动态相互作用维持宿主健康。肠道微生物群落失衡（即菌群失调）与从代谢紊乱到癌症等多种疾病相关。然而，目前多数菌群失调研究仅关注健康与疾病状态下差异菌种的识别，而非微生物间的互动关系。
研究人员通过分析群落整体动态发现，健康与疾病的肠道微生物组表现为截然不同的生态状态。基于此，他们开发出生态网络平衡指数（ENBI），用于测量微生物群落中正向或负向相互作用的主导程度。发表于《科学》期刊的这项成果提供了一种无创工具，可区分健康与疾病状态并追踪疾病进展。
罗格斯大学细菌生态学家、研究合著者胡安·博纳切拉在声明中表示："我们不再追问存在哪些细菌，而是探究它们如何相互关联。"为此，博纳切拉团队构建了模拟肠道细菌动态的理论模型，纳入营养物质流动、新迁入菌种及代谢转换等要素。该模型成功复现了真实微生物组中已知的复杂互动特征。
格拉纳达大学微生物组研究员、合著者罗伯托·科拉尔·洛佩斯指出："起初我们仅测试模型能否复现微生物组基础特征，但很快观察到它自然产生了两种不同模式。"模拟显示群落动态呈现两种状态：一种是多样微生物为生存竞争的状态；另一种则是少数谱系主导的状态。后者酶和代谢物较少，表明微生物仅通过少量通路代谢资源，形成更紧密的群落结构。
研究团队将模型与健康志愿者及肠病患者的肠道微生物DNA数据进行比对，发现实际样本完美匹配模拟结果：健康微生物组呈现多样谱系，而疾病样本则符合模型预测的第二种状态。"这让我们意识到，我们捕捉到了微生物群落在疾病中重组的根本规律。"洛佩斯表示。
研究团队通过计算健康与失调状态下细菌净相互作用的差异生成ENBI，并对模型及炎症性肠病、结直肠癌等肠病患者的宏基因组数据进行测量。结果显示，菌群失调 consistently 表现出向更紧密群落转变的ENBI值。
博纳切拉认为，通过粪便样本研究群落整体动态可帮助医生无创识别问题。洛佩斯补充道，该成果有望提升粪便微生物移植或益生菌等微生物组疗法的疗效："我们的工作使我们能够基于微生物相互作用网络的匹配度，而非仅凭存在菌种来设计治疗方案，这有助于为每位患者量身定制精准疗法，摆脱试错依赖。"
参考文献
- Cho I, Blaser MJ. 人类微生物组：健康与疾病的交汇点. Nat Rev Genet. 2012;13(4):260-270.
- Corral López R, et al. 肠道微生物相互作用失衡作为健康与疾病的标志. Science. 2026.
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