营养竞争可预测药物干扰下的肠道微生物组重构
【研究亮点】
• 对707种药物的体外肠道群落筛选显示广泛破坏
• 药物诱导的变化受群落成员间的营养竞争影响
• 灭绝和罕见的菌株交换驱动恢复，且抗性选择较少
• 上位性动态可通过分离株敏感性和营养竞争预测
【摘要】
人类肠道细菌经常暴露于各种压力下，而群落水平的反应难以预测。为了探究这些影响，研究团队使用707种临床相关药物对粪便来源的体外群落进行了筛选。在约5,000种群落-药物条件下，组成和代谢组学反应受营养竞争影响，某些物种因竞争者的抑制而扩增。大多数组成变化源于菌株灭绝，并可通过重新引入灭绝物种来逆转，尽管某些药物在治疗后长期促进了替代状态。尽管存在强烈的选择压力，抗性出现却很少见。药物反应在群落间在定性上是保守的，而营养竞争在定量上调节物种丰度，这与消费者-资源模型的预测一致。总之，营养竞争提供了一个预测框架，可以预见并可能减轻药物对肠道微生物群的副作用。
【研究发现】
通过对肠道微生物体外群落进行大规模药物筛选，研究人员发现药物引起的微生物群落变化主要由营养资源竞争机制驱动。当某种药物抑制特定菌种生长时，原本受其压制的其他菌种会因营养竞争减弱而扩增。在约5,000种药物-群落组合实验中，绝大多数组成变化源于菌株灭绝现象，而这些变化可通过重新引入灭绝菌种得到逆转。
研究显示，尽管药物施加了强大的选择压力，但微生物抗药性的发展频率较低。不同肠道群落对同种药物的反应在定性上保持一致，而营养竞争则定量调节了各物种的丰度变化，这与消费者-资源模型的理论预测相符。此外，某些药物在治疗结束后仍能长期维持微生物群落的替代状态，表明药物影响可能具有持久效应。
该研究由斯坦福大学、陈·扎克伯格生物中心以及西湖大学、清华大学等机构的科学家合作完成，为理解药物如何影响肠道微生物组提供了新视角，并为预测和减轻药物副作用奠定了理论基础。研究结果发表在国际顶级期刊《细胞》上，对临床用药安全性和肠道健康维护具有重要指导意义。
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