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为探究菌群 - 肠 - 脑轴（MGBA）机制，研究人员培养肠道微生物菌株，发现 12 株具抗炎特性，助力相关疾病研究。
肠道微生物的 “神秘面纱” 与研究契机
在人体肠道这个神秘的 “小世界” 里，居住着数万亿的微生物，它们组成了肠道微生物群（HGM）。这些微生物可不是 “无名之辈”，它们通过复杂的双向交流，与大脑紧密相连，这一现象被称为菌群 - 肠 - 脑轴（MGBA）。近年来，越来越多的研究发现，肠道微生物群的失衡，也就是菌群失调，和多种神经、精神疾病密切相关，像阿尔茨海默病、抑郁症等。这背后的 “捣蛋鬼” 之一，是微生物衍生代谢物（MDMs）的变化，它们的改变会引发慢性肠道炎症，进而影响大脑功能。
然而，目前对于肠道微生物群和神经精神疾病之间的联系，我们的了解还十分有限。虽然常常能检测到它们之间的关联，但培养出的与 MGBA 相关的菌株数量却少之又少。因此，开发新的方法来培养更多可培养的 HGM 成员，并阐明 MGBA 相关疾病的潜在机制，就变得至关重要。在这样的背景下，来自塞尔维亚贝尔格莱德大学分子遗传学和基因工程研究所的研究人员展开了一项极具意义的研究，该研究成果发表在《Scientific Reports》上。
研究 “利器”：关键技术方法
研究人员运用了多种先进技术来揭开肠道微生物的奥秘。首先是鸟枪法宏基因组测序，研究人员从健康志愿者的粪便样本中提取 DNA 进行测序，通过分析来寻找与 MGBA 相关的 MDMs（如短链脂肪酸 SCFA 和 γ- 氨基丁酸 GABA）合成途径。其次，16S rRNA 基因测序也发挥了重要作用，它能对分离出的细菌菌株进行分类鉴定。另外，研究人员还采用了多种培养技术，在不同的培养基和培养条件下对潜在的 MGBA 相关 MDMs 产生菌株进行培养，以获取更多新菌株。
研究成果 “大揭秘”
- 预测 HGM 代谢潜力与细菌多样性：通过鸟枪法宏基因组测序分析粪便样本 DNA，研究人员发现多数样本中存在 SCFA 和 GABA 的合成途径。比如，在 SCFA 合成途径中，22 种已知途径里有不少在样本中被检测到，不同种类的 SCFA（如乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐）合成途径在不同样本中的丰度和相关菌种各有差异。而 GABA 合成途径则在大肠杆菌和一些未分类物种中被发现。这表明不同个体的肠道微生物在合成这些与 MGBA 相关的代谢物方面存在多样性。
- 建立 HGM 细菌库：考虑到不同样本粪便微生物组成差异不显著，研究人员为了分离更多有潜力产生 MDMs 的菌株，在多种培养基中培养样本。最终分析了 292 个菌落，挑选出 147 个进行 16S rRNA 测序，成功建立了包含 147 株 HGM 菌株的库。其中，不同样本中分离出的极氧敏感（EOS）菌株比例不同，样本 5 在特定培养基（CBA）中培养时，EOS 菌株比例最高。
- 分子系统发育分析：16S rRNA 基因序列聚类分析将 147 株 HGM 分离株分为 10 个亚群，反映了人类肠道微生物的多样性。之后，基于培养需求、体外实验所需的菌落形成单位（CFUs）以及文献数据，挑选出 41 株菌株进一步研究，包括 21 株 EOS 菌株、19 株双歧杆菌和 1 株芽孢杆菌属菌株。
- 免疫调节能力评估：在 TNF-α/IL-1β 刺激的 Caco-2 肠上皮细胞中，研究人员测试了 41 株分离株抑制 IL-8 趋化因子产生的能力，以评估其免疫调节活性。结果发现 13 株菌株能显著降低 IL-8 的产生，其中 7 株属于 EOS 菌株，5 株是双歧杆菌，1 株为芽孢杆菌属菌株。进一步排除具有细胞毒性的菌株后，确定了 12 株具有抗炎特性的菌株。
- 新菌株的代谢物合成能力：对这 12 株具有抗炎潜力的菌株进行分析，发现多数能产生乙酸盐，部分菌株能产生丁酸盐，仅 1 株双歧杆菌（Bifidobacterium adolescentis NGB329）能产生 GABA。并且，IL-8 mRNA 的表达与菌株产生乙酸盐和丁酸盐的能力呈负相关。
- 安全性评估与黏附能力测试：对 12 株菌株进行抗生素敏感性测试，发现多数双歧杆菌对测试抗生素敏感，而多数 EOS 菌株对至少一种抗生素耐药。此外，通过体外黏附试验发现，7 株菌株具有一定的黏附肠道上皮层的能力，其中 Lancefieldella pravula NGB231 黏附能力最强，且 EOS 菌株的黏附水平总体高于双歧杆菌。
研究结论与重要意义
研究人员通过一系列实验，成功建立了包含 147 株 HGM 菌株的库，其中 41 株与 MGBA 潜在相关，12 株具有抗炎活性。这些菌株的发现，为研究 MGBA 的机制提供了新的资源，有助于深入探究肠道微生物在神经精神疾病中的作用。同时，研究中对菌株安全性和益生菌潜力的评估，也为未来开发基于肠道微生物的治疗方法奠定了基础。不过，目前对于这些菌株的作用机制，尤其是在 MGBA 中的具体作用，还有待进一步研究。但这项研究无疑为肠道微生物与神经精神疾病关系的研究打开了新的大门，让我们朝着解开肠道微生物与大脑健康之间神秘联系的目标又迈进了一步。
