在一项新的开创性研究中，来自欧洲分子生物学实验室、图宾根大学、剑桥大学、于默奥大学和里斯本大学的研究人员比较了大量孤立生长的细菌与复杂微生物群落中的细菌之间药物与微生物群落的相互作用。他们发现，当这些孤立生长的细菌形成微生物群落时，人类药物对它们的影响会减弱。
相关研究结果于2024年9月24日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Emergence of community behaviors in the gut microbiota upon drug treatment”。
在这项研究中，研究人员探究了30种不同的药物（包括针对传染性和非传染性疾病的药物）如何影响32种不同的细菌。根据五大洲的数据，这32种细菌被选为人类肠道微生物组的代表。他们发现，当某些耐药细菌聚集在一起时，会表现出保护其他对药物敏感的细菌的群体行为。这种“交叉保护（cross-protection）”行为使这些敏感细菌在群落中正常生长，而如果它们孤立生长，它们就会被药物杀死。
论文共同第一作者Sarela Garcia-Santamarina说，“我们没有预料到这么大的恢复力。令人非常惊讶的是，在多达一半的情况下，细菌物种在单独生长时会受到药物的影响，但在群落中却不受影响。”这就像一群朋友互相支持，即使面对强大的敌人也不轻易倒下。
研究团队随后深入研究了这种交叉保护的分子机制。论文共同第一作者Michael Kuhn解释说，“这些细菌通过摄取或分解药物来互相帮助。这些策略分别被称为生物累积（bioaccumulation）和生物转化（biotransformation）。”这就好比一些细菌朋友承担了“解毒”的任务，保护其他朋友免受药物的伤害。
论文共同通讯作者Michael Zimmermann说，“这些发现表明，肠道细菌转化和积累药物的潜力比以前想象的要大。”这不仅改变了我们对肠道微生物的理解，也为开发新的治疗方法提供了新的思路。
不过，这种群落的力量也是有限度的。研究团队发现，高浓度药物会导致肠道微生物组中的微生物群落崩溃，这些交叉保护策略会被“交叉致敏（cross-sensitization）”所取代。在交叉致敏过程中，通常对某些药物具有抗药性的细菌在群落中会变得对这些药物敏感——这与作者在药物浓度较低时看到的情况恰恰相反。这就像在一个高剂量的药物攻击下，原本坚强的朋友圈也会瓦解，甚至变得更加脆弱。
就像他们研究的细菌一样，研究团队在这项研究中也采取了群体策略，将他们的科学优势结合起来。作为一项具有前瞻性的实验，他们还利用交叉保护相互作用的新知识组装了合成群落，这些群落在药物处理后仍能保持其成分不变。
论文共同通讯作者Peer Bork说，“这项研究为我们了解药物如何影响肠道微生物组奠定了基础。在未来，我们或许可以利用这些知识来定制处方，以减少药物副作用。”论文共同通讯作者Kiran R. Patil补充说，“为了实现这一目标，我们还在研究营养物质如何影响物种间的相互作用，这样我们就能建立更好的模型，了解细菌、药物和人类宿主之间的相互作用。”
参考资料：
Sarela Garcia-Santamarina et al. Emergence of community behaviors in the gut microbiota upon drug treatment. Cell, 2024, doi:10.1016/j.cell.2024.08.037.