人类肠道中的微生物群落与多种疾病和健康状况有关联，但要明确确定特定微生物与它们引发的疾病之间的因果关系一直很困难。同样，找到有效改变特定细菌丰度的方法也很困难——抗生素通常会大面积消灭多种细菌，而无法精确针对特定菌株。但现在，科学家们开发出了一种可能克服这些挑战的新工具。这种名为微生物相互作用与生态位决定（Microbial Interaction and Niche Determination，简称MIND）的新型技术，可以揭示复杂微生物组中的竞争关系及其营养偏好。MIND使科学家能够理解和修改微生物组。这项研究成果已发表在《细胞》（Cell）杂志上。
"微生物组研究总体上一直非常描述性，我们无法操控微生物组，因为我们不了解它们是如何组装的、如何维持的以及其中的动态变化，"高级研究作者、加利福尼亚大学圣地亚哥医学院儿科教授卡尔斯滕·曾格勒（Karsten Zengler）博士说道。
MIND不局限于描述微生物组中可以找到的物种（这可以通过基因组工具完成），而是通过找出微生物组成员的需求以及它们如何为资源相互竞争来控制它们。这是通过评估资源如何用于制造蛋白质（来自信使RNA）来实现的，这个过程比细胞中的其他过程消耗更多能量。科学家可以通过一种称为核糖体分析的过程来识别核糖体这一细胞机器正在制造哪些蛋白质，这显示了营养需求以及细菌核糖体如何分配能量。当两种微生物需要相同的营养物质时，MIND会标记出竞争关系。
这种方法可用于剖析数千种微生物；识别竞争性互动；并预测当物种被添加或移除时群落的反应。
这些预测也通过使用糖类或氨基酸等分子来增强某些微生物，使它们能够超越其他微生物从而重塑微生物群落的方式进行了测试。
MIND的预测在一个包含十六个成员的合成微生物群落中得到了验证。MIND能够识别出在土壤微生物组中促进有益细菌的营养物质，从而减少了不希望的微生物生长。
在人类微生物组中，MIND预测了健康婴儿肠道微生物会偏好的营养物质，以促进某些细菌并减少其他细菌。在小鼠模型中，MIND准确预测了当提供乳糖时，一种良好的肠道微生物鼠源粪杆菌（Faecalibaculum rodentium）会生长更多。在给予乳糖的小鼠中，这种微生物得到了特异性富集。
"证明我们不仅可以在烧瓶中做到这一点，还可以在活体生物中实现，这令人惊叹，"曾格勒说。这项工作可能为利用微生物组治疗疾病铺平道路，通过针对特定微生物的精确干预。
"目前，我们正在进行小规模临床安全试验，人们服用我们确定为益生元的特定营养物质，以预防由致病菌引起的菌群失调，"曾格勒说。"这真的为微生物组研究开辟了许多可能性。我们不仅可以描述微生物组的重要性，还可以积极调整微生物组组成以获得更好的效果。"
来源：加利福尼亚大学-圣地亚哥分校、《细胞》
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