斯坦福大學的一個研究小組構建了第一個合成微生物組模型，該模型完全從零開始構建–包括100多個不同的細菌物種。研究人員們希望這一成就將徹底改變腸道微生物組的研究，進而能提供一個可用於未來實驗的一致工作模型。
數以萬億計的微生物生活在我們的腸道內。也許近幾十年來醫學科學最重要的發現之一就是這些微生物對我們的總體健康有多麼深刻的影響。從影響我們服用的藥物的效果到調節我們的免疫系統，腸道微生物組在我們健康的各個方面都發揮着巨大的作用。
同時，它的複雜程度也相當令人費解。沒有兩個人擁有完全相同的腸道微生物組組成。雖然研究人員經常研究特定細菌影響代謝機制的方式，但他們一直很難將這些發現轉化為人類的實際臨床療法。
這項新研究的論文通訊作者Michael Fischbach表示，這項研究的基礎是認識到科學需要某種客觀的腸道微生物組模型以便研究能更好了解哪些特定的干預措施能夠帶來有益的健康結果。Fischbach稱，有兩個具體的動機因素支撐着這項已經跨越五年的研究。
“首先，我們對那些將（完整的、未定義的）糞便樣本移植到人類->小鼠身上的實驗產生了好奇並順便研究了一種表型（如對抗PD1的反應）。雖然令人着迷，但很難弄清楚哪些菌株/基因參與其中。第二，我們對微生物組的化學產生了興趣並着重機制。讓我們變得不滿意的是，我們用確定但不完整的群落（以測試一個分子的機制）對小鼠進行定植實驗；它們往往不能再現正常的生理學，”Fischbach在Twitter上發文解說道。
因此，他們的第一步是翻閱大量先前的人類微生物組研究，進而得出一份在大多數人身上發現的最普遍的細菌短名單。研究小組鎖定了104個細菌物種並將這第一個微生物組迭代稱為hCom1。
在單獨培養每個細菌物種然後將它們全部混合在一起之後，研究人員將hCom1引入無菌小鼠，即沒有天然微生物組的動物。而令人難以置信的是，當移植到小鼠體內時，hCom1是一個穩定的微生物生態系統。雖然一些細菌物種變得比其他物種更普遍，但100多個物種找到了一個相對穩定的平衡，並且發現這些動物的代謝正常。
下一步則是填補原始微生物組成可能缺乏的細菌空白。為了做到這一點，研究人員用人類的糞便樣本來挑戰hCom1小鼠。基於一種被稱為“殖民化抵抗”的理論，研究人員假設hCom1中任何未被填補的細菌位將被這些新的入侵者填補。
但Fischbach指出，並非所有人都認為這部分實驗會成功。一些人認為人類糞便樣本將完全取代研究人員收集的這個人工細菌社區。
“hCom1中的細菌物種只在一起生活了幾周。我們在這裡，引入了一個已經共存了十年的社區。有些人認為他們會消滅我們的菌落，”Fischbach說道。
這項挑戰是成功的。在大多數情況下，研究人員組建的細菌群落經受住了跟人類微生物群的鬥爭。
約20個新的細菌物種被發現成功地定植於hCom1，而一小部分以前被選中的細菌死亡。最終，研究人員對119個細菌菌株進行了編目，並將這第二代微生物組稱為hCom2。研究發現，這種hCom2微生物群落的功能跟小鼠體內的任何一般微生物組成一樣有效。
Fischbach說道：“被hCom2定植的小鼠在免疫學上看起來很正常，有類似的微生物群衍生的代謝物並對大腸桿菌發揮定植抵抗力。雖然還有待改進，但我們認為hCom2（以其目前的形式）是一個良好的微生物組模型系統。”
Fischbach和他的團隊相信這項工作的真正影響將來自於其他科學家的研究，其第一次允許一個一致的微生物組模型用於研究的基礎。接下來，研究人員設想了一個病人接受工程化細菌群落移植的未來。為了實現這一目標，Fischbach將改進他們的微生物組模型。