我们的身体不仅仅是由人体组织构成的——它还是数万亿微生物的家园，这些微生物存在于我们体内或体表。事实上，我们微生物群落中的微生物数量比银河系中的恒星还要多。这些微生物对人类健康至关重要，但科学家们仍在努力了解它们的具体作用及其如何帮助我们。
在一项新研究中，我和同事们探讨了某些微生物群落细菌——特别是肠杆菌科（Enterobacteriaceae）——如何保护我们免受有害细菌的侵害。这些细菌包括大肠杆菌（Escherichia coli），这种细菌在少量存在时通常是无害的，但如果大量繁殖可能会导致感染和其他健康问题。
我们发现，我们的微生物群落环境——受到饮食等因素的影响——在控制潜在有害细菌方面起着重要作用。为了得出这一结论，我们分析了来自45个国家的12,000多个粪便样本。通过DNA测序技术，我们能够识别并量化每个样本中的微生物。结果表明，含有肠杆菌科的人群的微生物群落微生物组成与不含该菌的人群有显著差异。
通过对这些微生物及其基因的分析，我们能够准确预测（约80%的时间）某人是否在其微生物群落中含有肠杆菌科。这表明，我们微生物群落中的细菌种类与其是否会被有害物种占据密切相关。
进一步的研究揭示了两类细菌：一类是与肠杆菌科共同生存的细菌（称为“共栖者”），另一类是很少与肠杆菌科共存的细菌（称为“排斥者”）。其中一种特别重要的排斥者细菌是Faecalibacterium。它通过分解饮食中的多种纤维产生短链脂肪酸，从而阻止有害细菌如肠杆菌科的生长。这些脂肪酸的存在是我们观察到的共栖者和排斥者之间最强的信号之一，它们还被证明具有广泛的健康益处，例如减少炎症和改善微生物群落功能。
另一个有趣的观察结果是，共栖者（与肠杆菌科共同生存的细菌）更具适应性。它们具有多样化的分解不同营养物质的能力，并能够在适合肠杆菌科生存的环境中存活。这尤其令人惊讶，因为之前的小鼠研究表明，食用相同类型食物和营养物质的细菌在微生物群落中共存会很困难。这再次表明，微生物群落环境条件（如营养物质、pH值、氧气水平）是决定一个人是否会受到肠杆菌科定植的主要因素。
我们的研究结果可能导致无需抗生素的新方法来预防和治疗感染。例如，我们可以增强排斥者或设计支持其生长的饮食，而不是直接杀死有害细菌（这也会伤害有益细菌）。这种策略可能比直接服用益生菌更有效，因为之前的研究表明，新添加到微生物群落中的细菌只能在微生物群落中存活有限的时间。我们还可以针对有害细菌赖以生存的具体途径，使它们变得不那么具有威胁性。
虽然我们的研究提供了新的重要见解，但仍有许多未知之处。许多地区，包括南美洲和非洲的部分地区，在微生物组研究中代表性不足，这限制了我们对不同人群微生物群落细菌变异的理解。此外，尽管我们的研究揭示了重要的模式和相互作用，但我们尚未完全理解这些关系背后的因果机制和机制。
未来的研究将整合更多的工具，如代谢组学（研究微生物产生的化学物质）和转录组学（研究基因的激活方式），以更清晰地描绘微生物群落生态系统如何为我们的健康服务。下一步应集中于设计研究，测试特定类型的饮食（例如高纤维与低纤维）是否会影响潜在有害细菌和其他疾病的长期发病率。通过更好地理解微生物群落中微生物的相互作用和通信，我们可以开发更精确、非抗生素的疗法来抵御感染。
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