研究人员绘制了农药如何影响特定肠道微生物的图谱，揭示了具有潜在保护作用的细菌，并为新的健康干预措施打开了大门。
尽管先前的研究已经将农药暴露与肠道微生物的有害影响联系起来，但这项新研究首次详细描述了人类消化系统中特定细菌如何与杀虫剂相互作用，无论是在实验室环境中还是在动物模型中。
研究人员发现，十多种常用的农药改变了人类肠道细菌的生长，干扰了这些微生物处理营养物质的方式，并在某些情况下在细菌细胞内积累。研究团队创建了一个公开可用的“图谱”，详细记录了这些分子相互作用，这可能支持未来对疾病机制和潜在治疗方法的研究。
小鼠实验显示，一种特定的肠道细菌有助于减少农药的毒性作用，特别是通过限制炎症。这一发现指向了益生菌疗法的潜力，旨在抵消农药暴露带来的一些健康风险。
“我们进一步了解了农药或环境污染物如何通过调节重要的微生物群落来影响人类健康，”俄亥俄州立大学人类科学系副教授Jiangjiang Zhu说。
“我们还识别出某些可以降解、去除或清除这些农药的微生物，这可能成为未来帮助人们清除因食物和水摄入而引入的肠道毒性的潜在治疗方法，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》杂志上。
实验室研究测试了18种农药和17种肠道菌种
研究人员进行了实验室实验，研究了18种广泛使用的农业农药与17种不同肠道细菌菌种之间的相互作用。这些细菌菌种代表了在人类消化系统中常见的四大类群，已知它们在维持健康或导致疾病方面发挥作用。
测试的农药包括一些知名化学品，如DDT（在美国已被禁用，但在某些地区仍用于室内控制携带疟疾的蚊子）、阿特拉津、氯氰菊酯和毒死蜱。Zhu指出，尽管其中一些化合物已被限制或禁止使用，但来自旧农药的残留物仍在土壤和水中被发现。
“我们在培养基中培养细菌，并使其暴露于相关浓度的农药中，以观察微生物对这些农药暴露的反应，”Zhu实验室的高级研究助理、负责分析超过10,000个样本的Li Chen说。
根据他们的研究结果，研究人员创建了一个详细的相互作用图谱，展示了特定农药如何影响肠道细菌。该网络确定了哪些农药刺激或抑制细菌生长，以及哪些细菌种类吸收了农药化合物。这种吸收可能有助于解释农药暴露如何在体内长期存在。
“大多数以前的环境健康研究都报告说，农药污染会影响肠道细菌的整体组成，”Chen说。“我们展示了这些农药确实会影响特定的肠道细菌，并详细说明了这些变化将如何影响总体组成。”
农药暴露改变代谢和脂质
分析确定了306对农药-肠道微生物对特定代谢变化的影响，从而进一步研究这些改变的生长模式和化学物质积累如何影响代谢产物——即分解营养物产生能量并执行其他重要功能的生化反应的分子产物。代谢产物有许多作用，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，专注于肠道微生物可以产生的另一类重要分子——脂质，即对许多身体功能至关重要的脂肪、油性和蜡性化合物。
研究人员还研究了在给予抗生素以清除其消化系统微生物的健康小鼠中农药暴露的影响。研究团队向一组小鼠引入了Bacteroides ovatus（一种常见的人类肠道细菌），并在四周的农药暴露后与对照组进行了比较。
结果验证了在实验室中看到的情况，显示农药在小鼠的多个器官中引发了炎症，并且在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变化。具体来说，某些脂质类别的增加抑制了与氧化应激相关的蛋白质信号通路。
“我们识别出了一些微生物，它们可能通过某种方式缓冲炎症过程，从而调节农药对宿主的毒性作用，”俄亥俄州立大学综合癌症中心分子癌发生和化学预防研究项目的调查员Zhu说。
“我们知道炎症通常对身体有害。如果有毒物质会诱导炎症，而有其他分子可以对抗这种物质，那么你可能就有干预或预防更大规模损害的解决方案。”
在这一工作的下一阶段，Zhu的实验室计划进一步解释农药暴露后肠道微生物的代谢变化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。
“我们正在绘制农药和肠道微生物之间这种核心相互作用的图谱。然后其他实验室可以利用我们的发现——例如，在暴露于农药后，肠道微生物的反应可能会导致下游后果，从而有助于疾病研究，并最终帮助预测目标或识别干预策略，”他说。
参考文献：“Mapping pesticide-induced metabolic alterations in human gut bacteria” by Li Chen, Hong Yan, Shanshan Di, Chao Guo, Huan Zhang, Shiqi Zhang, Andrew Gold, Yu Wang, Ming Hu, Dayong Wu, Caroline H. Johnson, Xinquan Wang 和 Jiangjiang Zhu, 2025年5月10日，《自然通讯》。DOI: 10.1038/s41467-025-59747-6。
这项研究得到了国家普通医学科学研究所的支持。Zhu还得到了俄亥俄州立大学校长Scarlet and Gray副教授计划的支持。
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