腸道細菌依賴於我們吃的食物茁壯成長。反過來，它們提供必要的營養物讓我們保持健康、擊退病原體，甚至有助於指導我們的免疫反應。
瞭解我們攝入的某些細菌菌株如何和為何能夠成功地在大腸中站穩腳跟而其他的細菌菌株被快速地驅逐，可能有助於科學家們瞭解如何以增強我們的健康或協助抵抗疾病的方式操縱在那裡存在的上千種細菌種類的組成。但腸道微生態的極度複雜性阻礙了這一任務。
作為一個新興領域，益生菌---活的大概是健康的細菌培養物，它們本身就存在於諸如酸奶之類的食物中，或者包含在非處方口服補充劑中---是公眾對腸道細菌重要性的認識日益增加的一個例子。然而，即使不服用益生菌或喝酸奶，我們每個人都會不知不覺地在我們的一生當中攝入低水平的腸道適應性細菌。但是，不管來源如何，人們並不知道是什麼導致一種菌株勝過另一種菌株。許多細菌很快通過我們的消化道而不會在我們的腸道中立足。
圖片來自CC0 Public Domain。
在一項新的研究中，美國斯坦福大學醫學院微生物學與免疫學副教授Justin Sonnenburg博士和他的同事們想要知道飲食是否會助腸道微生物組中的特定細菌菌株一臂之力。為了開展研究，他們前往聖何塞廢水處理設施（San Jose Wastewater Treatment Facility）來尋找擬桿菌（Bacteroides）成員---擬桿菌是人腸道菌群中最為突出的細菌屬---特別是尋找能夠消化美國飲食中相對罕見的成分，即壽司卷和其他的日本食物中使用的海藻（nori）。他們篩選了在初級處理的汙水中收集的細菌，篩選的指標是它們能否消化在海藻中發現的一種稱為紫菜多糖（porphyran）的碳水化合物。
Sonnenburg說：“允許細菌消化紫菜多糖的基因在沒有將海藻作為常見飲食的一部分的人體中是非常罕見的。這允許我們測試我們是否能夠通過創造一種支持單個細菌在沒有來自腸道中的30萬億個其他細菌的競爭的情形下生長的特定微環境（privileged niche）來繞開復雜的生態系統規則。
當這些研究人員發現擬桿菌中的一種消化紫菜多糖的菌株時，他們就試圖將它引入到三組實驗小鼠的每一組中。兩組小鼠自己的腸道細菌被清除，並且被來自兩個健康人供者的天然存在的腸道細菌所取代：一名健康人供者專門地給一組小鼠提供腸道細菌，另一名健康人供者專門地給另一組小鼠提供腸道細菌。第三組小鼠含有常見的小鼠特異性的腸道菌群。
直接影響
這些研究人員發現當給這些小鼠餵食典型的小鼠食物時，這種消化紫菜多糖的菌株能夠在兩組小鼠中發生不同程度地和有限地定植；在兩組攜帶著人腸道細菌的小鼠中，有一組小鼠完全排斥這種新引入的菌株。然而，當給這些小鼠餵食富含紫菜多糖的食物時，結果變得顯著不同：這種細菌菌株在相類似的水平上強健地定植到所有小鼠中。此外，Shepherd發現她能夠通過增加這些小鼠攝入的海藻數量來精確地調整這種定植的細菌群體大小。
Sonnenburg說，“這些結果讓我們感到吃驚。飲食對這種細菌群體的直接影響是非常明顯的。”
除了證實它們能夠有利於這種消化紫菜多糖的細菌菌株的定植和生長之外，這些研究人員還進一步展示了成簇存在的能夠消化紫菜多糖所必需的基因，這就使得人們能夠將這些基因導入到其他的擬桿菌菌株中而讓它們同樣具有相同的定植優勢。如今，他們正在努力鑑定賦予類似的飲食消化能力的其他基因。（生物谷 Bioon.com）
Elizabeth Stanley Shepherd, William C. DeLoache, Kali M. Pruss et al. An exclusive metabolic niche enables strain engraftment in the gut microbiota. Nature, Published online: 09 May 2018, doi:10.1038/s41586-018-0092-4
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