中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所、深圳合成生物学创新研究院戴磊课题组和合作者基于肠道微生物组的时序数据，构建了解析膳食纤维调控肠道菌群变化的生态动力学模型。该方法突破了传统研究在横断面实验设计、微生物生态学互作方面的瓶颈，为系统理解肠道微生物组以及开发相应的营养调控手段奠定了技术基础。近日，相关成果在《国际微生物生态学会会刊》上发表。
因不能被人体消化和利用，膳食纤维常常会进入大肠，成为肠道微生物生长利用的主要食物。部分微生物能以膳食纤维为食物，也使得膳食纤维成为调节肠道菌群结构和功能的主要策略之一。
然而，对于膳食纤维这一“美食”，不同的肠道微生物并不会按照人们想象的那样，安安静静、互不打扰地“吃饭”。如果两种微生物都能对其利用，二者之间可能会争抢食物。
研究团队通过连续采集肠道微生物组的时间序列变化数据，借助生态动力学模型，了解了不同肠道微生物对膳食纤维的争夺。通过这一方法，该团队推断出小鼠肠道菌群中膳食纤维代谢的关键响应菌，以及关键微生物之间的互作关系。当关键微生物缺失时，膳食纤维对肠道菌群的调控作用可能会“失效”。
随后，团队对已有的人群队列时序数据进行了相同的建模分析，成功推断出具有菊粉代谢功能的青春双歧杆菌。研究发现，青春双歧杆菌与粪便拟杆菌之间存在竞争关系，并通过体外培养实验进行了验证。比如，通过向肠道菌群中补充青春双歧杆菌，可以观察到粪便拟杆菌丰度下降。
该研究将时序数据与生态学建模的方法相结合，深入解析了肠道菌群的生态学规律。研究揭示了微生物生态网络对于理解和预测肠道菌群应答的重要性，为开发生态层次的靶向调控手段奠定了理论基础。刁雯蕙
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41396-022-01253-4
来源： 中国科学报
