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食用海藻可用于控制小鼠肠道细菌

2019-07-08 26细菌益生菌的作用肠道微生物

肠道细菌以我们吃的食物为食。反过来,它们提供必要的营养,使我们保持健康,击退病原体,甚至帮助指导我们的免疫反应。

了解我们摄入的某些菌株是如何以及为什么能够成功地在大肠中定居下来,而另一些菌株则会很快被驱逐出去,这将有助于科学家了解如何操纵大肠中数千种细菌的构成,从而增进我们的健康或帮助抵御疾病。但是肠道生态的复杂性阻碍了这项任务。

食用海藻可用于控制小鼠肠道细菌

重塑微生物群对抗疾病

现在,斯坦福大学医学院的研究人员对实验鼠进行了研究,结果表明,通过控制老鼠的饮食,一种细菌的移植可能比另一种更受欢迎。研究人员还表明,通过调整每只老鼠的水或食物中特定碳水化合物的含量,可以控制细菌在肠道中的生长速度。

微生物学和免疫学副教授Justin Sonnenburg博士说:“我们的肠道里都被赋予了微生物群落,在我们生命的最初几年里,它们以一种混乱的方式聚集在一起,。”“尽管我们在一生中不断地获得新的压力,但这种获得是一个精心策划的、不为人知的过程。这项研究表明,有可能以一种有意为之的方式重塑我们的微生物群,以增强健康和对抗疾病。”

一篇描述这项研究的论文将于5月9日发表在《自然》杂志网络版上。

食用海藻可用于控制小鼠肠道细菌

紫菜与细菌

益生菌(益生菌是一种活的、据推测有益健康的细菌培养物,自然存在于酸奶等食品或非处方口服补充剂中)这一新兴领域,是公众日益意识到肠道细菌重要性的一个例子。然而,即使你不吃益生菌或酸奶,我们每个人在一生中都会不知不觉地摄入低水平的肠道适应微生物。但是,不管来源是什么,我们都不知道是什么导致一种菌株比另一种菌株更成功。许多细菌通过我们的消化道很快,却没有在我们丰富的肠道地毯上站稳脚跟。

Sonnenburg和他的同事想知道,饮食的增加是否会让特定的细菌菌株在肠道微生物群的野生菌群中占据优势。调查,他们长途跋涉到圣何塞污水处理设施找到拟杆菌属的成员——最突出的属——在人类肠道微生物群——特别是寻找能够消化美国饮食中相对罕见的一种成分的菌株:海寿司卷和其他日本食物中使用的紫菜。他们对主要废水中收集的细菌进行了筛选,看它们是否有能力使用紫菜中发现的一种名为卟啉的碳水化合物。

Sonnenburg说:“在没有海藻作为日常饮食的一部分的人类中,允许细菌消化卟啉的基因极其罕见。”“这让我们能够测试,我们是否可以绕过复杂生态系统的规则,创造一个有利的生态位,让单一微生物在没有肠道中30万亿其他微生物竞争的情况下生存,从而有利于单一微生物。”

一旦他们发现了一种吞噬紫菜的拟杆菌,研究人员试图将其引入三组实验小鼠的每一组。两组小鼠的肠道细菌被清除,取而代之的是来自两名健康人体捐赠者的天然肠道细菌,每名捐赠者都只向其中一组或另一组捐赠。第三组小鼠体内有一个传统的小鼠特有的肠道微生物群落。

食用海藻可用于控制小鼠肠道细菌

直接影响

研究人员发现,当小鼠被喂食典型的鼠粮时,消化卟啉的菌株能够在两组小鼠中不同程度和有限程度地移植;其中一组带有人类肠道细菌的老鼠完全拒绝了这种新菌株。然而,当给老鼠喂食富含卟啉的食物时,结果却截然不同:所有老鼠体内的细菌都以相似的水平牢固地植入。此外,Shepherd 发现,她可以通过增加或减少动物所摄入的紫菜数量,精确地校准植入细菌的种群大小。

“稀释实验的结果让我们大吃一惊,”Sonnenburg说。“饮食对细菌数量的直接影响非常明显。”

除了表明它们可以促进吞噬紫菜的菌株的移植和生长之外,研究人员更进一步证明了使卟啉消化所需的基因作为一个单元存在,可以被改造成其他类杆菌菌株,给他们同样的移植优势。现在他们正在研究其他具有类似饮食能力的基因。

Sonnenburg说:“我们可以利用这些基因模块开发一个巨大的工具箱,使微生物治疗成为现实。”能消化卟啉的基因和富含海藻的饮食是第一对,但可能还有数百对。我们想把这个简单的范例扩展到一系列的饮食成分和微生物。”

设想

研究人员还设想开发出一种细菌,这种细菌带有“杀死开关”和“逻辑门”,可以让临床医生随心所欲地开启或关闭细菌活动,或者当特定的环境发生时。

Sonnenburg说:“在过去的10年里,很明显,肠道微生物不仅与我们生物学的许多方面有关,而且它们具有很强的可塑性。”“我们控制它们的能力越来越强,这将改变精密健康的实践方式。例如,一位医生的病人即将开始对癌症进行免疫治疗,他可能会选择使用一种已知能够激活免疫系统的菌株。相反,患有自身免疫性疾病的患者可能会从另一组微生物群中受益,这些微生物群可以降低过度活跃的免疫反应。它们只是一个非常强大的杠杆,可以调节我们在健康和疾病方面的生物学。”

引用

Stanford Medicine. "Dietary seaweed used to manipulate gut bacteria in mice." ScienceDaily. ScienceDaily, 9 May 2018.
www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180509135412.htm.

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