肠道细菌利用代谢交叉喂食来克服饮食不足，并改变宿主行为和生殖输出。信用：吉尔·科斯塔(Gil Costa)

为了研究微生物组如何影响其宿主行为，位于里斯本-葡萄牙的尚帕里莫德未知中心的一组研究人员将果蝇与高科技工具结合使用，证明两种肠道细菌建立了交叉代谢，使他们能够在缺乏必需营养的饮食中生长，并使他们能够改变宿主的决策和繁殖。结果揭示了一种机制，通过这种机制，正确的细菌结合可以导致微生物组对饮食扰动和脑功能变化的适应力。

均衡摄入必需氨基酸对于确保所有动物。必需氨基酸是蛋白质的基础，但它们也影响动物后代的产量以及动物决定吃什么。有趣的是，尚帕里莫德未知研究中心的研究人员以前已经证明了微生物组的福祉和健康在决定氨基酸如何影响大脑方面起着重要作用。最令人困惑的是，细菌只能以特定的组合形式存在，才能影响动物的决策。众所周知，微生物组通常包含许多不同种类的细菌，但是为什么需要不同类型的细菌来影响大脑功能和改变宿主生理仍然是一个谜。

这是卡洛斯·里贝罗(Carlos Ribeiro)和他在尚帕里莫德未知中心的研究小组着手解决的难题：“研究细菌如何影响其寄主生理是具有非常复杂的微生物群的生物的艰巨任务。微生物组是一种强大的工具，它使我们能够精确地剖析微生物群改变宿主进食决定的机制，”博士后研究员，这项研究的作者西尔维亚·亨里克斯(SílviaHenriques)说，他于8月25日发表在《自然》杂志上通讯。

这项研究的首席研究员和高级作者卡洛斯·里贝罗(Carlos Ribeiro)领导的研究人员先前发现，被剥夺了一种必需氨基酸的果蝇对富含蛋白质的食物产生了强烈的食欲。但是，在与微生物组中非常丰富的两种细菌(po醋杆菌和植物乳杆菌)相关的果蝇中，它们对蛋白质的偏爱大大降低了，他们更喜欢吃糖。“有趣的是，果蝇与任何一种细菌的结合都不能降低酵母的食欲。因此，在这项新研究中，我们的主要重点是要理解为什么必须存在这两种特殊细菌才能改变果蝇的摄食行为，里贝罗说。

包括Ribeiro实验室在内的多个研究微生物组的研究表明，细菌群落(而不是分离的细菌)通常有必要对宿主的行为产生影响-这很可能是由于细菌的特定物质引起的。产生所谓的代谢产物。因此，研究小组着手测量微生物组内细菌之间建立的代谢相互作用，并绘制特定细菌及其代谢产物如何影响动物的图谱。

为了解决这些问题，作者进行了一系列优雅的实验。为了跟踪果蝇的进食选择，研究人员利用了实验室开发的传感器flyPAD，并用它来详细测量了各个果蝇的进食模式。然后他们使用细菌突变体来了解细菌细胞特定功能对宿主行为的影响。与格拉斯哥大学的合作者一起，他们还使用了一种称为同位素分解代谢组学的先进技术，使他们能够追踪两种不同细菌之间交换的代谢产物。

“我们发现这两种细菌可以交换代谢产物，即使饮食缺乏必需的营养，这种交叉喂养(同养作用)也可以使它们生长并对动物起作用。特别是，我们现在了解到乳酸杆菌菌株会产生乳酸被醋杆菌属菌株用来合成氨基酸和其他代谢产物，然后被不能合成它们的乳酸杆菌菌株用于继续产生乳酸，此外，这些细菌氨基酸很可能被动物用于产蛋。但是，最重要的是，我们现在了解醋杆菌还利用乳酸来改变果蝇的行为。”该研究的博士后研究员兼作者Darshan Dhakan解释说。

通过建立这种交叉喂养关系，细菌群落可以抵抗剧烈的饮食变化，从而使其能够在摄入缺乏其生存必需营养素的饮食的动物的肠道中生长。Ribeiro补充说：“众所周知，我们的饮食会影响微生物组和我们的大脑。使微生物组变得复杂的是微生物组，这反过来又影响饮食对我们的影响以及动物决定吃什么。这使它成为一个非常复杂的难题但是，通过将正确的技术与正确的实验系统相结合，我们可以了解微生物组与饮食相互作用影响我们的大脑和身体的机制的核心。重要的是，我们证明了正确的细菌关联可以使微生物组能够抵抗饮食紊乱，解释为什么某些动物和人可能比其他动物对食物的营养成分更敏感。这也是自然如何建立循环经济的一个美丽例子，在这种循环经济中，没有浪费任何东西，每个人都受益。”

总之，这项研究是一个重要的例子，说明如何使用模型生物来消除饮食对微生物组的影响，并了解肠道细菌物种对脑功能和行为的个体贡献。“这项研究中使用的方法将使我们能够识别细菌之间建立的所有代谢相互作用，并使我们能够了解改变动物决定吃什么和大脑功能的确切机制。这些见解可以用来指导在微生物群更为复杂的动物(包括人类)中寻找相似的机制。” Ribeiro总结道。