肠道细菌能感知环境，这关系到你的健康

一个关键问题仍待解答：哪些化学信号对有益肠道细菌最为重要？

在微生物学研究中超越病原体
迄今为止，科学家对细菌感知的了解大多来自对模式生物的研究，尤其是致病菌。而对于共生菌——那些自然存在于人体中的非致病性或有益微生物——的关注则少得多。这一空白让研究人员好奇，这些有益细菌在其环境中实际检测到的是何种化学信息。

由Victor Sourjik领导的国际研究团队着手解决这一问题。该团队包括来自马克斯·普朗克陆地微生物研究所、俄亥俄大学和马尔堡菲利普斯大学的科学家。他们的研究聚焦于梭菌属，这是一类在人体肠道中大量存在的运动型细菌，已知对肠道健康有益。

肠道细菌检测多种营养物质
研究人员发现，来自人体肠道微生物组的受体能识别种类惊人的代谢化合物。这些物质包括碳水化合物、脂肪、蛋白质、DNA和胺类的分解产物。通过系统筛选，团队还发现了明确的模式：不同类型的细菌传感器对特定类别的化学物质表现出明显的偏好。这一发现表明，肠道细菌并非随机响应环境，而是有选择地接收特定的代谢信号。

乳酸和甲酸是关键信号
通过实验室实验与生物信息学分析相结合，研究人员确定了多种与控制细菌运动的感觉受体结合的化学配体。这些受体帮助运动型细菌检测对生长特别有价值的营养物质。结果表明，这些细菌的运动主要是由寻找食物驱动的。在所有测试的化学物质中，乳酸和甲酸作为刺激物出现的频率最高。这表明这些化合物可能是肠道细菌特别重要的营养来源。

交叉喂养支持健康微生物组
一些肠道细菌自身能产生乳酸和甲酸，这凸显了“交叉喂养”的重要性。在这一过程中，一种细菌释放的代谢物可被其他细菌用作食物。这种合作有助于稳定肠道生态系统。Victor Sourjik研究组的博士后研究员、该研究的第一作者徐文豪解释道：“这些结构域似乎对肠道细菌间的相互作用很重要，并可能在健康人体微生物组中发挥关键作用。”

新感觉受体的发现
通过对多种传感器的系统分析，团队发现了几个此前未知的感觉结构域群。这些新鉴定的传感器对乳酸、二羧酸、尿嘧啶（一种RNA组成成分）和短链脂肪酸具有特异性。研究人员还确定了一种新发现的双传感器的晶体结构，该传感器对尿嘧啶和乙酸均有响应。这使他们能从分子层面理解这些分子如何与传感器结合。该传感器属于一个功能多样的感觉结构域大家族。

进化展现显著灵活性
通过研究尿嘧啶传感器与相关感觉结构域之间的进化关系，团队发现配体特异性在一段时间内相对容易改变。这种灵活性有助于解释细菌如何随着环境变化调整其感知能力。

Victor Sourjik表示：“我们的研究项目极大地扩展了对有益肠道细菌感知能力的理解。据我们所知，这是首次对定植于特定生态位的非模式细菌的感知偏好进行系统分析。展望未来，我们的方法可类似地应用于系统研究其他微生物生态系统中的感知偏好。”