由哈德逊医学研究所的科学家领导的一个国际研究小组找到了一种方法来确定哪些肠道微生物群对某些疾病很重要，以及它们如何与其他微生物相互作用以创造健康的微生物组。

该团队开发了一种计算代谢物交换评分系统，以识别微生物交叉喂养关系(一种微生物产生的代谢物作为另一种微生物的必需营养素的使用)以及这些代谢物在疾病中如何改变。研究人员表示，了解这种关系可能会为一系列疾病的治疗方法指明方向，包括炎症性肠病、感染、自身免疫性疾病和癌症。

研究负责人SamuelForster博士表示：“健康肠道内大约有1000种不同的细菌种类，这是一个微观的多元文化群落，拥有超过万亿个个体成员。”“我们的微生物组中的细菌作为群落存在，它们相互依赖来生产和共享它们之间的关键营养物质……我们开发了一种新的计算方法来理解这些依赖性及其在塑造我们的微生物组中的作用。这种新方法解锁了我们对肠道微生物组的理解，并为选择性重塑微生物群落的新治疗方案奠定了基础。”

福斯特的团队与系统生物学研究所、莫纳什大学和莫纳什健康中心的合作者合作，在《自然通讯》上发表了一篇题为“人类肠道中微生物交叉喂养相互作用的疾病特异性丧失”的论文，报告了他们的发现。该团队在论文中总结道：“我们提出，我们的概念框架将有助于优先考虑深入分析、实验和临床目标，并且以恢复微生物交叉喂养相互作用为目标，是重建健康肠道的一种有前途的基于机制的策略。生态系统……我们表明，我们的分析框架可以识别已知的和新型的微生物组与疾病之间的关联，提供一种具有成本效益且基于机械原理的策略来确定实验的优先顺序并指导临床试验。”

作者解释说，人类肠道含有数百种微生物，形成复杂且相互依赖的代谢网络。肠道微生物消耗的代谢物中有一半以上是微生物代谢的副产品，一种物种的废物可以作为另一种物种的营养物质。这意味着一种物种的消失可能会影响其他物种的生存或灭绝。研究小组继续说道：“如果失去了伙伴，物种之间的相互依赖可能会使微生物容易在局部灭绝，除非有替代物种来填补这一空白。”“许多对人类健康至关重要的肠道微生物依赖于彼此产生的营养物质来生存;然而，这些交叉喂养的相互作用仍然难以量化，而且特征仍然很差。”

福斯特和同事花了数年时间研究肠道微生物组，并找出哪些物种发挥哪些功能。为了帮助了解交叉喂养相互作用与疾病之间的联系，该团队开发了一种计算代谢物交换评分(MES)，可以量化微生物组相互作用。该系统旨在识别那些在疾病中受影响最大的微生物交叉喂养相互作用。作者指出：“MES是预测消耗的类群和预测产生给定代谢物的类群多样性的产物，并通过所涉及的类群总数进行标准化。”

在他们报告的研究中，为了获得交叉喂养相互作用与不同疾病之间关联的概述，该团队将MES技术应用于现有数据集。“为了全面了解交叉喂养相互作用与不同疾病之间的关联，我们对1661个高质量且深度测序的肠道宏基因组样本进行了大规模分析，其中包括来自15个国家/地区33项已发表研究的871名健康个体和790名患病个体和11种疾病表型，”他们写道。使用MES平台，该团队能够识别11种疾病中的10种中的10种代谢相互作用，并对其进行排序，这些相互作用因失去交叉喂养伙伴而受到显着影响。

例如，硫化氢被认为是克罗恩病(CD)的关键因素。研究人员发现，这种关联可能与使用硫化氢(H2S)的细菌的减少有关，而不是像之前认为的那样，与产生硫化氢的细菌的增加有关。“我们的结果表明，CD患者缺乏微生物群落成员来支持健康的H2S平衡，”他们写道。该研究还确定了微生物组相互作用与疾病之间的其他关联，包括一些以前未知的关联。

“我们的框架确定了已知和新的微生物组与疾病之间的关联，包括结直肠癌与微生物乙醇代谢之间的联系、类风湿性关节炎与微生物衍生的核糖基烟酰胺之间的联系，以及克罗恩病与代谢硫化氢的特定细菌之间的联系。”，调查人员进一步指出。“……我们发现H2S(一种先前与CD和IBD症状有关的气体)是受交叉喂养微生物伙伴丧失影响最大的代谢物……”

第一作者VanessaMarcelino博士表示，研究微生物群落的新计算方法是建立这种关系的关键。“这是开发复杂微生物疗法的重要一步。这种方法使我们能够识别细菌之间的关键相互作用并对其进行排序，并利用这些知识来预测改变群落的有针对性的方法。”

福斯特和团队与位于阿德莱德的生物技术公司BiomeBank有着长期的合作关系，该公司正在研究通过恢复肠道微生物生态来治疗和预防疾病的新方法。他评论道：“通过哈德逊医学研究所和BiomeBank之间的合作，这些对群落结构的见解将为通过合理选择的微生物组合进行有针对性的干预提供机会，”福斯特说。研究小组在论文中得出结论：“我们预计，基于宏基因组的代谢模型，加上对微生物交叉喂养相互作用的评估，将有助于缓解微生物组疗法开发的主要障碍之一——优先考虑针对哪些物种或代谢物。通过专注于恢复肠道生态的关键方面，我们也许能够对人类肠道微生物组进行更有效和持久的改变。”

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