中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所、深圳合成生物學(xué)創(chuàng)新研究院戴磊課題組和合作者基于腸道微生物組的時(shí)序數(shù)據(jù)，構(gòu)建了解析膳食纖維調(diào)控腸道菌群變化的生態(tài)動(dòng)力學(xué)模型。該方法突破了傳統(tǒng)研究在橫斷面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、微生物生態(tài)學(xué)互作方面的瓶頸，為系統(tǒng)理解腸道微生物組以及開(kāi)發(fā)相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)調(diào)控手段奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。近日，相關(guān)成果在《國(guó)際微生物生態(tài)學(xué)會(huì)會(huì)刊》上發(fā)表。

　　因不能被人體消化和利用，膳食纖維常常會(huì)進(jìn)入大腸，成為腸道微生物生長(zhǎng)利用的主要食物。部分微生物能以膳食纖維為食物，也使得膳食纖維成為調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能的主要策略之一。

　　然而，對(duì)于膳食纖維這一“美食”，不同的腸道微生物并不會(huì)按照人們想象的那樣，安安靜靜、互不打擾地“吃飯”。如果兩種微生物都能對(duì)其利用，二者之間可能會(huì)爭(zhēng)搶食物。

　　研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)連續(xù)采集腸道微生物組的時(shí)間序列變化數(shù)據(jù)，借助生態(tài)動(dòng)力學(xué)模型，了解了不同腸道微生物對(duì)膳食纖維的爭(zhēng)奪。通過(guò)這一方法，該團(tuán)隊(duì)推斷出小鼠腸道菌群中膳食纖維代謝的關(guān)鍵響應(yīng)菌，以及關(guān)鍵微生物之間的互作關(guān)系。當(dāng)關(guān)鍵微生物缺失時(shí)，膳食纖維對(duì)腸道菌群的調(diào)控作用可能會(huì)“失效”。

　　隨后，團(tuán)隊(duì)對(duì)已有的人群隊(duì)列時(shí)序數(shù)據(jù)進(jìn)行了相同的建模分析，成功推斷出具有菊粉代謝功能的青春雙歧桿菌。研究發(fā)現(xiàn)，青春雙歧桿菌與糞便擬桿菌之間存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，并通過(guò)體外培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。比如，通過(guò)向腸道菌群中補(bǔ)充青春雙歧桿菌，可以觀察到糞便擬桿菌豐度下降。

　　該研究將時(shí)序數(shù)據(jù)與生態(tài)學(xué)建模的方法相結(jié)合，深入解析了腸道菌群的生態(tài)學(xué)規(guī)律。研究揭示了微生物生態(tài)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于理解和預(yù)測(cè)腸道菌群應(yīng)答的重要性，為開(kāi)發(fā)生態(tài)層次的靶向調(diào)控手段奠定了理論基礎(chǔ)。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41396-022-01253-4

來(lái)源： 中國(guó)科學(xué)報(bào) 刁雯蕙