合成肠道菌群揭示抵御艰难梭菌入侵的种间相互作用与代谢机制

《Nature Communications》：Bacteroides–Escherichia interactions contribute to colonization resistance against Clostridioides difficile

　　

摘要

共生肠道细菌是抵御病原体入侵的关键因素。粪菌移植在治疗复发性艰难梭菌感染中的成功便是有力例证。然而，能够赋予定植抵抗力的菌群特征及其潜在机制仍 largely unknown。本研究使用由14种共生肠道细菌组成的合成菌群，揭示了抵御艰难梭菌入侵的涌现性韧性背后的种间相互作用和代谢途径。我们在连续流动生物反应器中，利用抗生素治疗和艰难梭菌分别挑战该合成菌群以及粪便来源的菌群。通过广义Lotka-Volterra模型和基因组规模代谢建模，我们鉴定出大肠杆菌与拟杆菌/Phocaeicola属物种之间的相互作用是抑制病原体的关键。代谢组学分析和靶向验证实验揭示，果聚糖衍生的果寡糖、维生素B3的生物合成以及Stickland代谢前体的竞争在不同艰难梭菌菌株和供体背景下对病原体抑制具有因果关系。对患者队列和临床试验的宏基因组数据进行分析，证实了所鉴定代谢途径在体内的相关性，以及成功定植抵抗中拟杆菌与埃希氏菌的比例。后者被发现是比常用α多样性指标更强的判别因子。综上所述，本研究揭示了病原体抵抗力中的涌现性微生物相互作用，为理性设计细菌疗法提供了启示。