科学家发现了一种通过测量肠道细菌相互作用来区分健康与疾病状态并追踪疾病进展的新方法。
根据发表在《科学》杂志上的研究，罗格斯大学、西班牙格拉纳达大学和普林斯顿大学的科研团队发现，健康与患病的肠道微生物组表现为两种截然不同的生态状态，其驱动因素并非个别微生物，而是整个细菌群落的竞争与合作关系。
"我们不再追问存在哪些细菌，而是探究它们与其他细菌的关联方式，"罗格斯大学环境与生物科学学院生态学、进化与自然资源系副教授、该研究资深作者胡安·博纳切拉表示，"这种视角转变使我们认识到肠道微生物组的健康与疾病本质是两种根本不同的状态。"
为测量细菌群落在健康与疾病间的转变，研究团队开发了名为生态网络平衡指数（ENBI）的新指标，该指标能捕捉微生物群落是以竞争为主导还是以合作为主导。应用于现有数据时，ENBI始终能将健康个体与多种疾病患者明确区分。在结直肠癌病例中，该指数随疾病进展而升高。
"我们的新指标可通过粪便样本等实现监测，有效区分健康人与患者，"环境与生物科学学院生物化学与微生物学系微生物组与健康亨利·罗格斯讲席教授、研究作者玛丽亚·格洛丽亚·多明格斯-贝洛指出。她强调，研究揭示了疾病源于微生物群落的自我重组："肠道健康不仅关乎存在哪些细菌，更在于它们如何相互作用。在炎症性肠病、艰难梭菌感染、肠易激综合征和结直肠癌等疾病中，细菌会形成更紧密合作的群体，从而主导并破坏正常功能。"
研究作者、罗格斯健康高级生物技术与医学中心主任马丁·布莱泽表示，该发现有助于解释为何众多肠道相关疾病难以预测和治疗。"这为我们理解微生物组功能障碍提供了新思路，"布莱泽解释道，"疾病并非源于个别微生物异常，而是整个系统发生偏移，这为早期检测和精准干预打开了大门。"
团队最初通过计算机模型模拟肠道细菌的营养竞争和代谢副产物交换展开研究。"起初我们仅验证模型能否复现真实微生物组的基本特征，"研究第一作者、曾在罗格斯大学担任富布赖特博士访问学者、后在西班牙格拉纳达大学完成研究的罗伯托·科尔拉尔·洛佩兹表示，"但很快发现模型自然生成了两种不同模式。"研究人员随即用患者DNA数据验证模拟结果。"核对数据时我们观察到相同规律，"现为西班牙卡洛斯一世理论与计算物理研究所博士后的洛佩兹补充，"这让我们意识到捕捉到了疾病中微生物群落重组的根本规律。"
肠道微生物组始终呈现两种配置：一种是与健康相关的多样化竞争状态，另一种则是由小型紧密合作细菌群体主导的疾病相关状态。博纳切拉指出，该洞见与工具最终将帮助医生及早发现问题。"理论上仅需粪便样本即可测量，这是监测肠道健康的非侵入性方式，"他表示。
研究同时解释了益生菌和粪便微生物群移植等肠道疗法疗效波动的原因。"治疗通常基于'需要特定细菌存在'的假设，"博纳切拉分析道，"但如果问题在于关键关系缺失，仅添加细菌无效，必须重建这些关系。"他解释粪便移植的益处可能源于恢复整个微生物群落而非引入单一菌种："粪便移植的精妙之处不在于引入特定菌种，而在于移植完整群落，从而维持维持健康所需的互动关系。某些细菌不仅需要存在，更需要与正确的伙伴共存。"
洛佩兹认为，该成果最终将使基于微生物组的疗法更具可预测性。"当前供体筛选主要基于可用性和基础健康筛查，"他指粪便移植前流程时指出，"我们的研究开启了根据互动网络匹配微生物群落的可能性，而非仅关注存在哪些菌种，这将助力设计针对患者微生物组的定制化治疗方案，取代试错模式。"博纳切拉强调了研究的实践价值："我们致力于理解这些系统的工作机制，以真正改善人们的生活。"
罗格斯大学罗伯特·伍德·约翰逊医学院生物化学与分子生物学系的迈克尔·曼哈特、普林斯顿大学的西蒙·莱文及西班牙格拉纳达大学的米格尔·A·穆尼奥斯共同参与了此项研究。
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