我们的微生物正在挨饿这是一件好事

我们每个人只有一半人。另一半是微生物。数以万亿计的病毒，真菌，细菌和其他微观生物覆盖着我们的皮肤并排列着我们重要的器官。我们依靠这些微生物群落(统称为我们的微生物群)来消化食物，合成维生素，增强免疫系统，甚至维持心理健康。这种相互依赖性使得有益的共同进化的出现，微生物和人类之间的巨大共生关系已经存在了数千年。

但最近的研究表明，这种关系不那么乌托邦，而且更具对抗性。科学家们已经发现宿主会使他们的微生物居民饥饿，从根本上将微生物奴役在他们的肠道中，这样他们就不得不接受我们的竞标。研究结果还表明，现代饮食和抗生素的过度使用可能会削弱我们作为仁慈霸主的地位，从而有利于微生物。

杜克大学医学院分子遗传学和微生物学助理教授Lawrence A. David博士说：“细菌和我们似乎有一种自然的顺序。” “从某种程度上说，主持人应该持有更多的牌，这并不奇怪。”

然而大卫说，特别是肠道中微生物组的流行观点是一个营养丰富的天堂，“那里有丰富的食物和资源，如Willy Wonka的巧克力工厂。” 每克，肠道中存在的细菌比世界上任何其他生态系统都多。

总而言之，这些肠道微生物在人体内的重量约为3磅，与肝脏或大脑的重量相当。因此，许多科学家认为这些微生物是如此丰富，因为肠道是一个独特的好客环境，这并不奇怪。

但最近，一些研究人员质疑这一理论。其中有Aspen Reese，博士。杜克大卫实验室的候选人最近成为哈佛大学的首席研究员。作为一名训练有素的生态学家，Reese明白，地球上几乎所有其他生态系统都有竞争资源的成员。肠道为什么会有所不同?溪流或湖泊中的细菌通常受到营养物质的限制，如氮或磷。Reese想知道氮气是否也是肠道中有限的资源。

她决定测量肠道微生物组中的氮含量。因为肠道微生物生活在大便中，这意味着收集粪便样本。在同事的帮助下，尤其是普林斯顿的Rob Pringle，Reese设法从30多种不同的哺乳动物中采购粪便，包括来自肯尼亚的野生斑马，长颈鹿和大象; 来自新泽西的家养羊，牛和马; 来自北卡罗来纳州的人类。她将样品磨碎并计算微生物可利用的氮和碳原子数。

Reese发现人体肠道中的微生物每10个碳原子平均只能获得一个氮原子，而大多数自由生活的微生物享有由一个氮气到每四个碳组成的饮食。

为了验证氮水平实际上可以控制微生物组，Reese还给小鼠喂食富含蛋白质的饮食，这些蛋白质天然含有大量的氮。当她增加蛋白质的量时，小鼠肠道中的细菌数量增加了十倍。更重要的是，当她向小鼠的血液中注入氮气时，其中一些氮气最终进入肠道细菌，这表明宿主可以通过肠道内的细胞分泌氮气，从而拯救微生物免于饥饿。该研究的结果发表在先进的在线出版物Nature Microbiology的网站上。

“我们的研究结果支持这样一种观点，即我们已经发展出一种方法，通过让它们挨饿来保持我们的细菌束缚，”大卫说。“这也解释了为什么西方饮食可能对我们不利。当人们摄入过多的蛋白质时，它会淹没宿主在小肠中吸收氮的能力，而更多的东西最终会进入大肠，消除了我们控制微生物群落的能力。“

这种情况类似于生态学家所说的富营养化，这种现象是当肥料流入池塘或湖泊，增加水中的氮或磷浓度并刺激藻类过度生长或藻类繁殖时引起的现象。

“可能更容易想象肠道比自然的其他部分更少'牙齿和爪子的红色'，因为微生物群可能对人类有益，”瑞茜说，他是哈佛大学研究员的初级研究员。 。“但细菌是个体生物，只是试图通过 - 并且只有很多食物可以到处走。”

如果理论认为人类宿主正在失去对我们微生物下属的控制，那么使用抗生素消灭整个微生物种群似乎是向他们展示谁是老板的好方法。但是里斯和大卫的另一项研究表明，这种策略是不明智的。

该团队给10只小鼠进行了为期5天的口服抗生素治疗，并每天分析其粪便样本。他们在6月份发布在eLife上的调查结果表明，许多能源微生物的来源依赖于化学物质硝酸盐或硫酸盐 - 随着微生物的消耗而开始积累。在抗生素疗程结束后不久，小鼠肠道中的化学环境恢复了原状，微生物又开始繁殖。

“我们真的不知道肠道内有多少'正确'的细菌，”里斯说。“当然零是太少了，只有细菌充满了太多。”

大卫警告说，抗生素消灭的超过一千种肠道细菌中的许多可能永远不会再回来。在他们的实验中，他的研究小组发现，这些微生物能够找到返回老鼠肚子的唯一途径就是让老鼠做他们通常做的事，就是吃对方的粪便。“人们可能不会想那样做，”大卫说。

许多研究表明，经过抗生素治疗，人们的微生物组可以改变数月，甚至数年。这种改变可以为病原体创造有利的滋生地。“通常情况下，病原体很难在肠道内定殖，”大卫说。“为了生存，他们还有数以万亿的其他细菌被淘汰。但如果我们突然拿走微生物对资源的竞争，我们就会失去控制，导致艰难症如艰难梭菌结肠炎的坏细菌就会走得更清楚。”

大卫和他的团队正在调查我们的食物选择 - 包括益生元和益生菌 - 如何用于维持我们与微生物组的关系，最终保持我们的健康。

“在进化史上，我们的身体有机会把这一切都搞清楚，并建立系统来控制微生物群，”里斯说。“但是作为生活在现代的研究人员，我认为我们仍在努力处理正确的中间价值，以及如何让我们留在那里。”