近日，一批来自美国麻省理工学院的研究人员发现，当他们把基因组完全相同的蠕虫放在相同环境中，佐相同饮食以饲养时，蠕虫肠道中的菌群结构竟取决于第一种殖民在蠕虫肠道内的细菌。

“这项研究表明我们人类肠道微生物组的异质性也很有可能取决去肠道菌群生成之初的随机事件。虽然这项研究并不能说明任何两个人肠道微生物组之间的异质性一定取决于这个因素，但是我们的研究却已经阐明肠道中最初的殖民者是一个决定机体未来肠道菌群结构的潜在来源。在既往的研究中，这一因素经常被科学家所忽略。”MIT物理学系Latham家庭事业发展副教授Jeff Gore表示。

Jeff Gore是该研究对应文章的作者之一，文章刊登在3月3日刊的PLOS生物学杂志，名为Stochastic assembly produces heterogeneous communities in the Caenorhabditis elegans intestine.

一个简单的模型

人类肠道微生物组的变化已被阐明与结肠炎和克罗恩病等胃肠道疾病密切相关。同时，也有研究表明人类肠道微生物组在一定程度上也影响着人类糖尿病，心脏病甚至一些癌症的发生。

“我们知道人类肠道微生物种群在不同个体之间存在着明显的差异，而这些差异可能正是人类健康水平和疾病状况产生差异的重要原因。但是，学术界目前很难确定不同个体间肠道微生物组多样性的起源。” Gore说。

研究人员选择研究蠕虫C. 线虫作为模式生物，C. 线虫是一种最简单的消化道生物，可以用来模拟人类或者其他哺乳动物的消化道。

“可以设想如果是一群基因组近乎相同的人，将他们放在完全相同的生活环境中，这样就会很容易找到他们肠道菌结构发生差异的主要原因。如果将人类的肠道作为研究对象，那么这将是一个非常困难的实验。但是应用蠕虫这种模型生物却是完全可行的。” Gore说。

C.线虫将细菌当成其正常饮食的一部分，所以研究人员首先喂养了一组基因相同的蠕虫，混合了六种不同的细菌喂养他们。当实验开始时，蠕虫的消化道中并没有任何细菌，但是在暴露于相同细菌饮食一段时间之后，每个蠕虫的肠道中都产生了非常不同的微生物群体结构。

通过向蠕虫喂食表达绿色荧光蛋白和红色荧光蛋白的大肠杆菌混合物，研究人员对两种菌群之间的相互作用进行了研究。

以上述饮食搭配喂养一周后，每个蠕虫消化道中已经累计了大约30,000个细菌。然而，这些细菌所表达的荧光蛋白显示菌群在红色和绿色之间并没有平均分配。相反，不同蠕虫肠道中的菌群结构都有某一种细菌主导。对于蠕虫肠道初始殖民的成功是一个罕见事件，所以无论哪个微生物在最初之时殖民成功，他们都将会是未来蠕虫肠道中的主体民族。

尤其是在初始殖民率非常低的时候，这种随机性更加倾向于占优势。当研究人员喂养蠕虫更大量的细菌时，随着细菌在线虫肠道内的殖民率上升，研究人员发现不同线虫肠道微生物群体之间的差别变得小得多。

一个被忽视的来源

当研究人员喂食蠕虫两种不同种类的细菌：产气肠杆菌和粘质沙雷氏菌时，他们也发现了同样的效果。

文章的Gore作者表示，这种随机变异可能有助于人类肠道微生物群体的差异性。在人和其他哺乳动物体内，通常情况下只有一小部分细菌能在消化过程中存活。然而，如环境暴露等许多其他因素也会对人体肠道内的微生物种群结构造成影响。

“我不认为细菌的随机殖民是个人肠道菌群结构出现异质性的唯一来源，但我认为这是一个经常被忽视的异质性来源。” Gore说。

目前，Gore的实验室正在研究蠕虫肠道中不同细菌之间的竞争结果，以及不同细菌间的竞争关系是否会对其他微生物种群带来影响。

参考资料：

Nicole M. Vega, Jeff Gore. Stochastic assembly produces heterogeneous communities in the Caenorhabditis elegans intestine. PLOS Biology, 2017; 15 （3）： e2000633

DOI: 10.1371/journal.pbio.2000633