许多广泛使用的药物可以改变我们肠道微生物群中社区的组成。科学家们首次直接比较了30种不同药物治疗在分离状态与复杂社区中的细菌影响。他们发现，当这些细菌是社区的一部分时，药物对细菌的影响通常较温和，这得益于它们共同采用的保护策略。了解药物如何在社区背景中与微生物群相互作用，可能有助于未来开发减少副作用和增强药物疗效的治疗方法。
众多药物可以抑制构成我们肠道微生物群的细菌的生长并改变其功能。海德堡欧洲分子生物实验室的研究人员发现，当细菌处于社区环境中时，这些药物的影响不那么显著。
在一项开创性研究中，来自多个EMBL海德堡研究组的科学家——包括Typas、Bork、Zimmermann和Savitski，以及一些EMBL校友，如Kiran Patil（英国医学研究理事会毒理学单位）、Sarela Garcia-Santamarina（葡萄牙ITQB）、André Mateus（瑞典乌梅奥大学）、以及Lisa Maier和Ana Rita Brochado（德国图宾根大学）——分析了众多药物与微生物群的相互作用。研究结果发表在期刊《Cell》上。
该研究关注30种药物，这些药物旨在治疗传染性和非传染性疾病，影响32种代表人类肠道微生物群的不同细菌种类，基于来自五大洲的全球数据。
他们观察到，当细菌以群落的形式生长时，某些耐药菌株以某种方式相互作用，以保护更脆弱的细菌免受药物的严酷影响。这种行为，被称为“交叉保护”，使这些敏感细菌在暴露于本来会在分离状态下致命的药物时仍能繁荣生长。
“我们对所观察到的韧性感到惊讶，”曾是Typas组的博士后、现为葡萄牙里斯本新大学化学与生物技术研究所组长的Sarela Garcia-Santamarina表示。“在近一半的情况下，当细菌种类在单独生长时受到药物影响时，在社区中却未受到影响，这一发现令人震惊。”
为了进一步探讨这一保护现象，研究人员调查了潜在的分子机制。“细菌通过吸收或分解药物相互支持，”研究参与者、Bork组的研究科学家Michael Kuhn解释道。“这些过程被称为生物累积和生物转化。”
“我们的结果表明，肠道细菌在修改和积累药物方面的能力比我们之前假设的更强，”EMBL海德堡组长、研究合作者Michael Zimmermann表示。
然而，这种社区支持是有界限的。团队发现，当药物浓度较高时，微生物群社区可能会恶化，导致“交叉保护”转变为“交叉敏化”。在交叉敏化中，通常耐药的细菌在社区中变得脆弱，这与他们在较低药物水平时观察到的现象相反。
“这表明在低药物浓度下，社区结构保持稳定，因为其成员能够保护敏感种类，”EMBL组长、研究高级作者Nassos Typas解释道。“但当药物浓度增加时，更多种类失去耐药性，不仅交叉保护减少，而且产生不利相互作用，进一步敏化其他社区成员。我们旨在未来研究中探讨这些交叉敏化机制。”
研究人员还采取了合作方法，为这项研究集聚了各自的专业知识。Typas组在高通量微生物组和微生物学技术方面表现出色，而Bork组提供了生物信息学知识。Zimmermann组专注于代谢组学，Savitski组进行了蛋白组学研究。来自英国剑桥大学医学研究理事会毒理学单位的外部合作者Kiran Patil的团队为肠道细菌相互作用和生态学带来了宝贵的见解。
展望未来，研究人员利用他们对交叉保护的新理解创建合成社区，即使在接受药物治疗时也能维持其组成。
“这项研究为理解药物如何与我们肠道微生物群相互作用奠定了基础。未来，我们可能能够定制处方，以减轻药物副作用，”EMBL海德堡组长兼主任Peer Bork提到。“我们还在探索不同种类之间的相互作用如何受到营养物质的影响，以开发更准确的模型来研究细菌、药物和人类宿主之间的关系，”Patil补充道。
