Emily Balskus用化学逻辑来研究微生物群落

哈佛大学的化学家艾米丽·巴尔斯库斯(Emily Balskus)公开了生活在人体肠道内的微生物的罪行和不端行为。例如，她展示了一种常见的肠道细菌如何干预心衰治疗:这种微生物在药物发挥作用之前就分解了药物。

38岁的巴尔斯库斯最初设想的职业是在实验室里制造复杂的分子。

但她对微生物如何如此容易地合成分子产生了兴趣，因为合成这些分子是如此具有挑战性。作为哈佛医学院的博士后研究员，巴尔斯库斯参加了一场关于人类微生物群的研讨会。她迷上了。

“我只是觉得这很有趣，”她说。“从我们出生开始，我们体内就有这些微生物。它们是我们身体中非常复杂的一部分。他们与我们互动，但我们对他们知之甚少。

越来越多的证据表明，几种疾病与人体微生物群落的变化有关。当许多研究人员正在对这些微生物居民进行分类时，巴尔斯库斯采取了不同的方法。她对howdunit感兴趣，而不是专注于推理单元。

“我们真的不明白……它们是如何发挥影响的，”巴尔斯库斯在谈到人体微生物时说。“这是一个主要障碍，也是这项工作如此令人兴奋的原因。”

巴尔斯库斯很早就对“如何”产生了兴趣:在辛辛那提上小学的时候，她和她的同学设计了一个实验，以证明稀释在水中的绿色食用色素仍然存在，即使它不再可见。她回忆道:“我想出了一个主意，我们可以把所有的水煮沸，然后把食用色素拿回来。”它工作。

时间快进到2011年，巴尔斯库斯用更先进的化学技术解决了一个世纪之久的难题。她曾读过一篇报告，报告称一种名为TMAO的化合物的高血含量与心脏病有关。从20世纪初开始，科学家就知道肠道微生物将必需的营养胆碱转化为TMA气体，TMAO的前身。但这一转变是如何发生的还不得而知。

“这是我第一次像这样，‘这是我能做的事，我能弄清楚这是怎么发生的，’”巴尔斯库斯说。

研究人员已经知道，消化胆汁的微生物通过切断碳氮键来启动这一过程。巴尔斯库斯对这种反应很熟悉。一些细菌使用一种特定的酶在一个不相关的反应中分裂这个键。这种剪接酶背后的基因已经被确认。因此，巴尔斯库斯梳理了细菌DNA的目录，寻找功能未知的相似基因。

工作的方法。巴尔斯库斯发现了一组基因，似乎与切断胆碱的酶有关。2012年，她和当时的研究生斯玛兰达·克拉辛(Smaranda Craciun)在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上发表论文称，包括肠道内的微生物在内的许多微生物，也携带着这种此前未知的胆碱代谢酶的基因。

加州大学旧金山分校的分子遗传学家兼合作者Peter Turnbaugh说:“她有点像一个侦探，在观察不同线索的组合。”“她有一种化学逻辑，能告诉我们接下来要做什么。”

尽管她迄今为止的大部分工作都揭示了微生物的不良行为，但巴尔斯库斯希望，其中一些微生物将被证明是一种有益的力量。在2018年的ACS传染病评论中，巴尔斯库斯和随后的研究生亚伯拉罕·瓦尔德曼详细阐述了微生物化学是如何改变医学的，例如，将抗生素转变成高度精确的治疗疾病的工具，而不是今天的钝工具。巴尔斯库斯说，其他由微生物产生的小分子，或者是被微生物干扰的小分子，可能会成为未来微生物干预领域的一部分，对艾滋病、结核病和疟疾等传染病有效。

她的工作揭开了新的谜团。Balskus等人在《细胞宿主与微生物》(Cell Host & Microbe)杂志上发表的一份2017年的报告表明，切胆汁微生物的活动可能会导致肥胖，并可能降低孕妇和胎儿对这种营养物质的可用性。这种活动是如何与任何一个人的饮食和基因相互作用的，目前还不清楚。随着时间的推移，也许化学反应会告诉我们答案。