Science | 菌多势众！揭秘肠道菌群抵抗病原体入侵机制

Science | 菌多势众！揭秘肠道菌群抵抗病原体入侵机制

在我们的身体中，存在一个庞大而复杂的肠道微生物世界，是由亿万微生物组成，包括细菌、病毒、真菌和原生生物。肠道微生物群是我们身体内平衡的关键。对于一个健康的成年人来说，肠道微生物的数量可以达到100万亿个，数量上几乎是人体细胞的10倍。

这些微生物的种类和数量的多样性对我们的健康至关重要。肠道菌群对机体主要的益处就是防止病原体定植和随后发生的感染，这种作用被称作定植抵抗。

2023年12月15号一篇题为“Microbiome diversity protects against pathogens by nutrient blocking”的研究发表在Science上，该研究揭示了人类肠道菌群对病原体入侵的防御机制。

“超强菌”确实存在，但面对外敌“菌多力量大”更重要

在抵御病原菌外敌这件事上，有益菌的“菌多力量大”也是很重要的一点。定植抵抗的能力在不同的菌之间也不尽相同，有研究证据发现，肠菌中还存在抗敌能力胜他菌一筹的超强单位。为了测试肠菌的抗敌能力，研究者筛选出了100种不同的人类肠道共生菌，假想敌设定为肺炎克雷伯菌和伤寒沙门氏菌。

由于肠菌和病原体的竞争具有两种模式，一是在病原体刚进入肠道的生态入侵模式，一是在同等条件下共同生长的竞争模式，所以研究者也设计了相应的两个实验，综合评分选出了10个厉害的超强“抗敌先锋”。

单一菌群不能提供强大的定植抗性，但一个多样化的群落可以，这取决于它的组成

这十位选手再次进行更严格的定制抵抗测试，一次性参与两个竞争模式，并在24小时后检测病原体丰度。尽管这十位是超强选手，但是测试结果还是不太行……每个菌种单打独斗都很弱，大多数根本没有表现出定植抗性。

研究者再将但10位菌株选手一起出击，结果就大不相同了，两种菌的丰度被压下了2-3个数量级。研究者又继续增加菌种数量，从图中可以看到，菌种越多、菌群多样性越高，对病原体的定植抵抗越强。

实验结果显示，单个菌种对病原体防御力是很有限的，但当菌群多样性上升到50种菌之后，病原体的生长就会受到大幅限制。就好比一个武力超群英雄，面对大敌包围时，孤胆英雄也难以突围，只有把团结一起众多的有益菌兄弟，才可御敌。

通过“抢饭碗”营养阻滞来实现定植抵抗

人类肠道微生物群落通过多样性来抵抗病原体的定殖是一个重要的防御机制。这种防御主要是通过所谓的“营养阻断”来实现的，即肠道内的多种优势菌与病原菌竞争营养物质，从而阻止病原菌的生长和繁殖。实际上，一个多样化的微生物群落可以提高对定殖抗性的作用，而不是单一物种。

研究者分别分析了这些菌种中，表达蛋白和对碳源的利用与病原体重叠的程度，发现重叠程度越高的菌种定植抗性越强。

以大肠杆菌定植抵抗为例，通过营养竞争和营养补充实验发现，如果病原体可以使用该营养物质，而大肠杆菌不能，那么在不同的群落中，定植抗性就会丧失。然而，当大肠杆菌可以使用该营养物质时，定植抗性就会恢复。说明微生物群落消耗病原体生长所需营养的能力是定植抗性的基础。

营养重叠可以解释生态多样性的作用和大肠杆菌在定植抗性中的作用

具体到肠道微生物群落，它们之间的营养竞争不仅由多样性促进，还依赖于关键物种的存在，这些物种在营养使用上与病原体重叠，增加了代谢重叠的程度。这意味着，若肠道内包含与病原体营养需求相近的关键物种，将增强整个群落的保护作用。也就说，各种细菌都在肠道里干饭，只有“带头大哥”干的饭也是病原菌爱吃的，就可以通过营养掠夺来限制病原菌的生长和定植。这些研究表明，那些能够有效利用这些营养物质的菌群可能在抢夺营养方面更加占优。

结语：

肠道生物组的多样性对于维持健康至关重要，它是我们体内的一支隐形军队，不断地保护我们免受病原体的侵害。通过注意饮食和生活方式的选择，我们可以增强这个生物群落的多样性和强度，从而为我们的长期健康提供坚实的基础。让我们珍视并培养我们体内的这个微小却强大的盟友吧！