益生菌在小鼠胃肠道内进化

根据华盛顿大学圣路易斯医学院的一项新研究，益生菌 - 一种用于促进消化系统健康的活细菌 - 可以在体内进化，并且有可能变得不那么有效，有时甚至是有害的。

研究在欧洲作为抗腹泻益生菌销售的大肠杆菌(大肠杆菌)细菌菌株的研究人员发现细菌的DNA发生了变化，并且在小鼠的肠道中存活了几周之后它们开发了新的能力。在某些条件下，益生菌甚至打开宿主并获得了吃肠道保护涂层的能力。这层的破坏与肠易激综合征有关。老鼠的饮食和肠道细菌群落的构成影响了益生菌进化的程度和方式。

3月26日在Cell Host和Microbe上发表的研究结果表明，益生菌不是一种通用的治疗方法。为一个人提供救济的益生菌可能会在另一个人身上变得无效甚至有害。益生菌与某些人的严重感染有关。

“如果我们要将生物用作药物，我们需要认识到它们会适应，这意味着你放入体内的东西不一定会在几个小时之后出现，”资深作者Gautam Dantas博士说，他是分子微生物学和生物医学工程的病理学和免疫学教授。“没有微生物可以免疫进化。这不是开发基于益生菌的疗法的理由，但这是确保我们了解它们如何变化以及在什么条件下变化的理由。”

每个人都有一大群细菌，病毒和真菌，在消化道中被称为肠道微生物组。均衡的微生物组为我们提供维生素，帮助消化食物，调节炎症并控制引起疾病的微生物。食品和膳食补充剂中的益生菌作为保持健康细菌充足和消化顺利运行的方法进行营销。

它们也被开发用于治疗严重的疾病，如炎症性肠病;苯丙酮尿症(PKU)，一种导致神经损伤的代谢紊乱;和坏死性小肠结肠炎，一种威胁生命的肠道感染，影响早产儿。与任何其他药物一样，在FDA批准将其用于人体之前，必须证明基于益生菌的治疗是安全有效的。但是当治疗是一种可以在给药后改变的生物时，证明安全性和有效性会带来特殊问题。

研究人员说，了解控制消化道进化的原则是建立安全有效的益生菌疗法的关键一步。Dantas及其同事，包括第一作者，研究生Aura Ferreiro和Dantas实验室前博士后研究员Nathan Crook博士，转向了一种名为大肠杆菌Nissle 1917的益生菌。一个世纪以前，第一次世界大战的士兵从严重腹泻病的流行病中毫发无伤，使他的同志感到恶心。

为了研究益生菌响应不同的微生物群落如何，研究人员使用了窝藏4种肠道微生物组的小鼠：一个没有预先存在的细菌;另一种细菌有限，是一种不健康肠道的特征;正常的微生物组;和抗生素治疗后的正常微生物组。研究人员给小鼠益生菌，然后改变小鼠吃的食物，给予他们要么小鼠食物，即模拟天然小鼠饮食高纤维颗粒;高脂肪，高糖，低纤维颗粒，旨在模拟典型的西方饮食习惯;和西方颗粒加纤维。五周后，研究人员从小鼠的肠道中获取了细菌并分析了微生物的DNA。

“在一个健康，高度多样化的背景下，我们没有捕捉到很多适应性，也许是因为这是Nissle习惯的背景，”费雷罗说。“但你必须记住，我们经常不会在健康的微生物组中使用益生菌。我们会将它们用于患有低多样性，不健康的微生物组的病人。这似乎是益生菌最有可能进化。“

Dantas和他的同事将这些发现用于设计PKU潜在的益生菌治疗。患有PKU的人无法分解苯丙氨酸，苯丙氨酸是许多食物中的蛋白质结构单元。高苯丙氨酸水平会导致脑损伤，因此PKU患者必须严格遵守低蛋白饮食。

研究人员在Nissle中插入了一个基因，使细菌能够将苯丙氨酸降解为一种安全排泄在尿液中的化合物。然后，他们将生物工程细菌给予缺乏代谢苯丙氨酸能力的小鼠。第二天，一些小鼠的苯丙氨酸水平下降了一半。

此外，研究人员在治疗一周后未发现工程菌株的DNA发生显着变化，这表明Nissle可能在短时间内用作益生菌治疗的底盘。

益生菌在具有不同微生物组和饮食的个体中进化和表现不同的发现开辟了基于益生菌的药物个性化的途径。

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