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研究人员通过喂养某些类型的膳食纤维，可以改变小鼠肠道微生物组
生物通报道：华盛顿大学圣路易斯医学院的一项新研究表明，某些与健康有关的人类肠道微生物与饮食中的膳食纤维类型密切相关，某些类型的膳食纤维能令这些微生物茁壮成长。
这一研究发现公布在9月19日的Cell杂志上。这项研究可以用于识别能够增强肠道微生物群落，促进健康成员生长的饮食结构，也有助于开发可持续的，价格合理的膳食纤维来源。
文章通讯作者，华盛顿大学医学院的微生物学家Jeffrey I. Gordon博士说，“纤维被认为是有益的。但纤维实际上是许多不同成分的非常复杂的混合物。此外，在食品生产过程中以不同方式加工的不同植物来源的纤维具有不同的成分。不幸的是，我们没有对这些差异及其生物学意义的详细了解。我们都知道，现代西方饮食中纤维含量低，这种缺乏纤维的饮食习惯与肠道重要成员的丧失有关。”
“我们正处于食品科学革命之中，现在科学家们可以通过先进的分析工具识别各种食品中存在的天然分子。由此产生的食品成分百科全书，有助于了解肠道微生物如何能够检测和转化这些成分，使其成为满足自身需求的产品。”
适合肠道的膳食纤维饮食
膳食纤维可以促进健康，但典型的西方饮食缺乏高纤维水果，蔬菜，全谷物和豆类。纤维含有非常多样和复杂的分子集合。目前科学家们不清楚肠道细菌如何利用各种纤维的特定组分，再加上人类基因组拥有非常有限的基因库来分解膳食纤维，因此这方面的研究存在空白。
为了了解哪种类型的纤维能促进人体肠道中不同类型有益微生物及其活性成分的生长，在最新这项研究中，研究人员测试了34种食品级纤维（来自食品公司Mondelez International），其中许多是从食品生产的副产品中纯化出来的，例如在加工食品和饮料生产过程中被丢弃的水果和蔬菜中的果皮。
研究人员采用的是无菌条件下饲养的小鼠，让它们体内定殖从健康人体内培养出来的一系列肠道细菌。最初给含有人肠道菌群的小鼠组喂食高饱和脂肪和低纤维的人类基础饮食。接下来，研究人员筛选了144种含有不同类型和数量纤维补充剂的衍生饮食。一部分添加，一部分不添加。研究人员监测了添加的纤维对肠道群落成员水平的影响，以及由其基因组编码的蛋白质的表达。
Gordon说，“对不同纤维有反应的微生物基因提供了一个重要线索，即这些肠道成员喜欢的是特定类型纤维中的哪种分子。”
文章第一作者，Gordon实验室的博士后研究员Michael L. Patnode博士说：“我们的筛选鉴定了食品级纤维，它们选择性地影响属于一组称为Bacteroides拟杆菌的不同物种。我们的实验表明，在豌豆纤维中，活性物质分子成分是一种称为arabinan阿拉伯聚糖的多糖，而在从橙皮中回收的柑橘果胶中，则是另一种称为homogalacturonan高聚半乳糖醛酸的多糖。”
研究人员发现了肠道细菌物种之间的相互作用，这有助于解释纤维对拟杆菌属物种的选择性影响。事实证明，一些拟杆菌直接相互竞争消费膳食纤维成分，而另一些则不会。研究人员认为，了解这些关系对于开发肠道中共同生活的不同微生物群体进行最佳加工的食物非常重要。
人造食物颗粒
为了剖析这些关系，Patnode开发了荧光标记的人造食物颗粒，这些颗粒由不同类型磁性微小玻璃珠组成，其中含有来自不同纤维的不同类型的碳水化合物。将这些含营养物的颗粒喂给定殖微生物群落的小鼠，其中会故意遗漏一个或多个拟杆菌，然后通过这些动物的肠后回收食物颗粒，测量残留在颗粒表面上的多糖的量。
“这些人造食物颗粒充当了生物传感器，使我们能够解读包含或遗漏拟杆菌如何影响菌群处理不同珠子上存在的不同多糖，”Patnode说。 “此外，我们能够监测不同饮食环境中的纤维降解情况。”
“我们曾怀疑不同品系之间可能存在竞争，有些竞争对手会比其他竞争对手强，”Patnode说。蛋白质组学分析和遗传筛选证实，在该模型细菌菌群中存在的物种之间存在纤维消化等级。
Gordon指出，含有营养素的人造食物颗粒不仅可以用作生物传感器来定义人类微生物群落的功能，还可以帮助食品科学家开发生产含有不同促进健康生物活性纤维成分组合的营养食品的方法。 ”
（生物通：万纹）
原文标题：
Patnode ML, Beller ZW, Han ND, Cheng J, Peters SL, Terrapon N, Henrissat B, Le Gall S, Saulnier L, Hayashi DK, Meynier A, Vinoy S, Giannone RJ, Hettich RL, Gordon JI. Interspecies competition impacts targeted manipulation of human gut bacteria by fiber-derived glycans. Cell. Sept. 19, 2019.
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