微生物动物园:垃圾食品在不到一天的时间内改变了肠道中的微生物群落
(PhysOrg.com)——根据医学院的一项新研究，从低脂肪、植物性饮食转向高脂肪和高糖的饮食，在不到一天的时间内改变了生活在肠道中的微生物的收集，与肥胖相关的微生物突然蓬勃发展。这项研究是基于将人类肠道微生物移植到无菌小鼠体内。
根据圣路易斯华盛顿大学医学院的一项新研究，从低脂的植物性饮食转向高脂肪和高糖的饮食，在不到一天的时间内就会改变肠道中微生物的收集，与肥胖相关的微生物会突然大量繁殖。这项研究的基础是将人体肠道微生物移植到无菌环境中老鼠．
随着时间的推移，吃垃圾食品的人性化老鼠变得肥胖。与低脂饮食的小鼠相比，它们的体重增加与肠道细菌类型的显著变化是同步的。利用最新的DNA测序技术，研究人员发现，高脂肪、高糖饮食的小鼠有更多的微生物和微生物基因，专门从“西方”饮食中提取卡路里。这些微生物基因在小鼠被切换到高脂肪和高糖的饮食时被打开。
这项新研究发表在科学转化医学，记录饮食和肠道微生物群落的动态变化之间的密切关系，可以影响新陈代谢和体重。这项研究也为使用人性化的小鼠模型来梳理人类肠道微生物和人类饮食对肥胖及其相反的营养不良的贡献铺平了道路。
华盛顿大学基因组科学中心主任、资深作者杰弗里·i·戈登医学博士说:“精确找出人类肥胖或营养不良的诱因是很困难的，因为有很多因素——遗传、文化和环境，比如饮食——都极其难以控制。”“在老鼠身上重建人类肠道生态系统，为我们提供了一种控制这些变量的方法。从这些研究中获得的信息使我们能够提出可以在人类身上进行测试的假设。”
他补充说，研究人员可以使用这些人性化的小鼠来发现对特定饮食产生反应的微生物类型，目标是确定一类新的益生菌，帮助消化某些食物和营养物质。
戈登的开创性研究首次证实了肥胖与肠道中数万亿有益微生物之间的可能联系，这些微生物有助于消化食物。他的团队的研究表明，食物的营养和热量价值不是绝对的，而是部分取决于我们肠道内微生物的组合。
据世界卫生组织统计，肥胖影响着全球约3亿人。这种情况会增加患多种疾病的风险，包括2型糖尿病、心脏病、中风和某些癌症。
在这项新研究中，Gordon和研究生Peter Turnbaugh，以及实验室成员Vanessa Ridaura和Jeremiah Faith，通过将成年人的肠道微生物群落(从粪便样本中获得)移植到无菌小鼠的肠道中，创建了人类肠道生态系统的动物模型。在移植前的几周，这些老鼠吃的是低脂、富含植物的饮食。
这些小鼠继续吃低脂、植物性饮食一个月，并在微生物移植后的一天、一周和一个月对它们的粪便样本进行分析。通过对微生物的16S rRNA基因进行测序，研究人员发现，微生物移植非常成功:小鼠携带了一组模仿人类供体的细菌。16S rRNA基因存在于所有微生物中，可用于对微生物群落中存在的物种进行分类。
在低脂、植物性饮食一个月后，一半的老鼠被换成了高脂肪、高糖的“西方”饮食。所有小鼠的粪便样本在饮食改变24小时后进行分析，然后每周进行一次，持续两个月。
特恩堡说:“我们惊讶地发现，在高脂肪、高糖饮食的小鼠体内，微生物群落发生了迅速的变化。”“假设微生物在肠道中移动需要4到6个小时，这意味着微生物群落的最初转变发生在接触西方饮食的18到20个小时后。”
与吃低脂植物性饮食的老鼠相比，吃西方饮食的老鼠的两类肠道细菌——丹毒和杆菌的比例明显更高，这两类细菌都属于一门称为厚壁菌门的肠道微生物，而另一门称为拟杆菌门的细菌的比例则减少了——戈登早期的研究已将这些变化与老鼠和人类的肥胖联系起来。
此外，通过对微生物DNA进行测序，研究人员确定，高脂肪、高糖饮食的小鼠有更多的微生物基因，这些基因致力于分解和处理西方饮食中的单糖和其他成分。他们还表明，这些基因在吃不健康饮食的老鼠身上被激活了。
有趣的是，当研究人员将拟人化肥胖小鼠的肠道微生物群落移植到无菌小鼠体内时，尽管接受移植的小鼠吃的是低脂、植物性饮食，但它们的体重和脂肪都增加了。研究人员还表明，肠道微生物及其基因可以代代相传，这表明母亲有可能将自己的微生物群落遗传给孩子。
在其他研究中，戈登和他的小组成员已经在使用人性化的小鼠模型以了解营养不良儿童的肠道微生物群落是如何被改变的，这项工作由比尔和梅林达·盖茨基金会资助。在这项研究中，人化小鼠是通过移植产生的微生物来自世界上营养不良普遍存在地区的儿童，然后给小鼠喂食典型的营养不良风险饮食。
他说:“通过分析微生物群落，我们希望找出微生物缺陷，解释为什么一些儿童而不是其他儿童患有营养不良。”
研究人员还指出，使用来自人类捐赠者的新鲜或冷冻粪便样本，微生物群落可以成功移植到小鼠体内。使用冷冻粪便样本的能力具有广泛的意义，因为这意味着世界各地肥胖、营养不良或其他影响肠道微生物的疾病的人都可以储存和分析他们的粪便样本。
更多信息:Turnbaugh PJ, Ridaura VK, Faith JJ, Rey FE, Knight R, Gordon JI。的影响饮食关于人类肠道微生物组:人源小鼠的宏基因组分析。科学转化医学．2009年11月11日。
由圣路易斯华盛顿大学医学院提供
