过去十年的重要研究表明，肠道微生物组是生活在人类消化系统中数百种细菌的集合，影响着神经发育、对癌症免疫疗法的反应以及健康等其他方面。但是这些群落很复杂，没有系统的方法来研究其成分。因此，与某些疾病相关的确切细胞和分子仍然是个谜。

近日，斯坦福大学的研究人员称已建立了最复杂、定义最明确的合成微生物组，并成功移植到小鼠体内，该合成微生物组是一个由 100 多种细菌组成的群落。此研究成果以“”为题于 9 月 6 日发表在 Cell 上，Sarafan ChEM-H 研究所的生物工程、微生物学和免疫学副教授 为该文的通讯作者。

（来源：Cell）

微生物组中的每个细胞都占据一个特定的功能生态位，可进行分解和构建分子的反应。为了建立一个微生物组，该团队必须确保最终混合物不仅稳定，保持平衡，没有任何单一物种压倒其他物种，而且还具有功能性，执行完整的天然微生物组的所有行动。

考虑到个体之间的自然差异，选择将物种纳入其合成群落很困难。因此，研究人员决定从最流行的细菌中建立他们的菌落，并求助于人类微生物组计划（HMP），这是美国国立卫生研究院的一项计划，旨在对 300 多名成年人的完整微生物基因组进行测序。

研究人员首先选择了至少 20% 的 HMP 个体中存在的 100 多种细菌菌株，添加一些后续研究所需的物种使它们增加到 104 个物种，它们在个体种群中生长，然后混合成一种组合文化，形成人类群落之一 hCom1。

接着，研究人员将 hCom1 引入经过精心设计的不存在细菌的小鼠中，以测试它们的新菌落是否会在肠道中生根。结果发现，hCom1 非常稳定，98% 的组成物种在这些无菌小鼠的肠道中定植，并且每个物种的相对丰度水平在两个月内保持不变。

为了使菌落更加完整，研究人员希望确保所有重要的微生物组功能都由一个或多个物种执行。他们以人类粪便样本的形式将完整的微生物组引入它们的菌落并跟踪新的居住物种，在三项粪便移植研究中的至少两项中发现了 20 多种新的细菌物种，将这些添加到他们的初始群落中并移除那些未能在小鼠肠道中扎根的群落，为他们提供了一个由 119 个菌株组成的新群落，称为 hCom2。

（来源：Cell）

为了证明他们合成的微生物组的效用，研究人员采用了 hCom2 定植的小鼠，并用大肠杆菌样本对它们进行了挑战。这些老鼠，就像那些被自然微生物定植的老鼠一样，抵抗了感染。

先前的研究表明，健康的天然微生物组会产生保护作用，但 及其同事可以更进一步，通过反复消除或修改某些菌株来确定哪些菌株具有特异性保护作用。他们还发现了几种关键细菌，并计划进行进一步研究以缩小到最关键的物种。

认为，hCom2 或其未来版本将使类似的还原论研究成为可能，从而揭示涉及其他领域的细菌制剂，如免疫治疗反应。他还设想，这种从头开始构建微生物组的方法将使基于工程微生物组的疗法在未来成为可能。

参考资料：

https://news.stanford.edu/2022/09/06/stanford-researchers-construct-complex-complete-synthetic-microbiome/

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