斯坦福大学科学家构建了首个合成人类微生物组模型

数以万亿计的微生物生活在我们的肠道内。也许近几十年来医学科学最重要的发现之一就是这些微生物对我们的总体健康有多么深刻的影响。从影响我们服用的药物的效果到调节我们的免疫系统，肠道微生物组在我们健康的各个方面都发挥着巨大的作用。

同时，它的复杂程度也相当令人费解。没有两个人拥有完全相同的肠道微生物组组成。虽然研究人员经常研究特定细菌影响代谢机制的方式，但他们一直很难将这些发现转化为人类的实际临床疗法。

这项新研究的论文通讯作者Michael Fischbach表示，这项研究的基础是认识到科学需要某种客观的肠道微生物组模型以便研究能更好了解哪些特定的干预措施能够带来有益的健康结果。Fischbach称，有两个具体的动机因素支撑着这项已经跨越五年的研究。

“首先，我们对那些将（完整的、未定义的）粪便样本移植到人类->小鼠身上的实验产生了好奇并顺便研究了一种表型（如对抗PD1的反应）。虽然令人着迷，但很难弄清楚哪些菌株/基因参与其中。第二，我们对微生物组的化学产生了兴趣并着重机制。让我们变得不满意的是，我们用确定但不完整的群落（以测试一个分子的机制）对小鼠进行定植实验；它们往往不能再现正常的生理学，”Fischbach在Twitter上发文解说道。

因此，他们的第一步是翻阅大量先前的人类微生物组研究，进而得出一份在大多数人身上发现的最普遍的细菌短名单。研究小组锁定了104个细菌物种并将这第一个微生物组迭代称为hCom1。

在单独培养每个细菌物种然后将它们全部混合在一起之后，研究人员将hCom1引入无菌小鼠，即没有天然微生物组的动物。而令人难以置信的是，当移植到小鼠体内时，hCom1是一个稳定的微生物生态系统。虽然一些细菌物种变得比其他物种更普遍，但100多个物种找到了一个相对稳定的平衡，并且发现这些动物的代谢正常。

下一步则是填补原始微生物组成可能缺乏的细菌空白。为了做到这一点，研究人员用人类的粪便样本来挑战hCom1小鼠。基于一种被称为“殖民化抵抗”的理论，研究人员假设hCom1中任何未被填补的细菌位将被这些新的入侵者填补。

但Fischbach指出，并非所有人都认为这部分实验会成功。一些人认为人类粪便样本将完全取代研究人员收集的这个人工细菌社区。

“hCom1中的细菌物种只在一起生活了几周。我们在这里，引入了一个已经共存了十年的社区。有些人认为他们会消灭我们的菌落，”Fischbach说道。

这项挑战是成功的。在大多数情况下，研究人员组建的细菌群落经受住了跟人类微生物群的斗争。

约20个新的细菌物种被发现成功地定植于hCom1，而一小部分以前被选中的细菌死亡。最终，研究人员对119个细菌菌株进行了编目，并将这第二代微生物组称为hCom2。研究发现，这种hCom2微生物群落的功能跟小鼠体内的任何一般微生物组成一样有效。

Fischbach说道：“被hCom2定植的小鼠在免疫学上看起来很正常，有类似的微生物群衍生的代谢物并对大肠杆菌发挥定植抵抗力。虽然还有待改进，但我们认为hCom2（以其目前的形式）是一个良好的微生物组模型系统。”

Fischbach和他的团队相信这项工作的真正影响将来自于其他科学家的研究，其第一次允许一个一致的微生物组模型用于研究的基础。接下来，研究人员设想了一个病人接受工程化细菌群落移植的未来。为了实现这一目标，Fischbach将改进他们的微生物组模型。