尽管越来越多的证据表明，农药可能对消化系统中的微生物群有毒性作用，但一项新的研究首次绘制了基于实验室和动物模型观察到的人类微生物与杀虫化学物质相互作用后特定肠道细菌变化的图谱。
分析显示，十多种农药会影响人类肠道细菌的生长模式、微生物处理营养的方式，并在某些细菌中滞留。研究人员表示，由此生成的“分子机制图谱”已公开发布，可作为针对相关疾病及潜在治疗策略的靶向研究资源。
小鼠实验表明，一种肠道细菌物种能够提供一定程度的保护，防止农药毒性，这提示了利用益生菌方法预防农药对健康的损害（例如炎症）的可能性。
朱江江教授（Jiangjiang Zhu），该研究的资深作者、俄亥俄州立大学人类科学副教授，表示：“我们进一步揭示了农药或环境污染物如何通过调节一组重要微生物来影响人类健康。”
他还补充道：“我们还发现了某些能够降解、去除或清除生物系统中农药的微生物，这些微生物未来可能成为帮助人们清除因食物和水摄入而进入肠道的毒性的潜在疗法，从而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》（Nature Communications）上。
研究结果基于实验室中对18种广泛用于全球农业的农药化合物与来自人类肠道四大主要细菌域的17种细菌之间的相互作用的研究。这些细菌与健康维持或疾病状态相关。所涉及的农药包括滴滴涕（DDT，虽在美国被禁用，但在一些国家仍用于室内控制携带疟疾的蚊子）、莠去津（atrazine）、氯菊酯（permethrin）和毒死蜱（chlorpyrifos）。朱江江指出，尽管部分传统农药的使用受到限制，但它们的残留物仍然存在于土壤和水中。
第一作者陈力（Li Chen），朱教授实验室的高级研究员，管理了研究中分析的超过10,000个样本，他解释道：“我们在培养基中培养了细菌，并将它们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。”
基于研究结果，团队开发了一个细菌-农药相互作用网络，详细说明哪些农药促进或抑制了细菌生长，以及哪些细菌吸收了农药化学物质——这表明了一种农药在体内长期暴露的方式。
陈力说：“以往大多数环境健康研究仅报告了农药污染如何影响肠道细菌的整体组成，而我们展示了这些农药确实可以影响特定肠道细菌，并详细描述了这些变化如何影响整体组成。”
分析识别了306对农药-肠道微生物组合中的特定代谢变化，进而探讨了这些改变的生长模式和化学物质积累如何影响代谢产物（即生化反应分解营养物质产生能量并执行其他基本功能时产生的分子产物）。代谢产物具有多种作用，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，重点关注由肠道微生物产生的另一类重要分子——脂质（脂肪、油性和蜡状化合物），这些物质对人体功能至关重要。
研究人员还研究了健康小鼠在接触农药前先服用抗生素清除其消化系统中的微生物后的效果。研究团队向一组小鼠引入了常见的人类肠道细菌Bacteroides ovatus（卵形拟杆菌），并在四周的农药暴露后将其与对照组进行比较。
结果显示与实验室中的观察一致：农药引发了小鼠多个器官的炎症，而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。具体而言，某些类别的脂质增加抑制了一种与氧化应激相关的蛋白质的信号通路。
朱江江教授（同时也是俄亥俄州立大学综合癌症中心分子致癌与化学预防研究项目的研究员）表示：“我们发现了可能通过某种方式缓冲炎症过程，从而调节农药对宿主毒性作用的微生物。”
他补充道：“我们知道炎症通常对身体有害。如果某种毒性物质会诱发炎症，而存在其他分子可以抵消这种作用，那么你可能会找到一种干预或预防更大规模损害的方法。”
在下一步工作中，朱教授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开展类似研究。
朱教授说：“我们正在绘制农药与肠道微生物之间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，在接触农药后，肠道微生物的反应可能导致下游后果，从而有助于疾病研究，并最终帮助预测靶点或确定干预策略。”
这项研究得到了美国国家普通医学科学研究所的支持。朱江江教授还获得了俄亥俄州立大学教务长“红灰副教授计划”的支持。
其他共同作者包括郭超（Chao Guo）、张欢（Huan Zhang）、张世琪（Shiqi Zhang）、安德鲁·戈尔德（Andrew Gold）、胡明（Ming Hu）和吴大勇（Dayong Wu），均来自俄亥俄州立大学；耶鲁大学的严宏（Hong Yan）和卡罗琳·约翰逊（Caroline Johnson）；中国杭州浙江科学院的狄珊珊（Shanshan Di）和王新全（Xinquan Wang）；以及约翰斯·霍普金斯大学的王宇（Yu Wang）。
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