在一项新的研究中，芝加哥大学的研究人员能够通过分析肝移植患者粪便中的分子来预测其术后感染。他们的分析代表了探索肠道微生物群(居住在人体中的细菌)与整体健康之间联系的关键飞跃。
“抗生素耐药性每年都在增长，而且越来越严重。没有有效的抗生素，我们就无法做手术、保护早产儿或治疗癌症，”芝加哥大学医学院医学助理教授、该研究的主要作者克里斯托弗·莱曼(Christopher Lehmann)说。“事实证明，人类微生物群，尤其是肠道微生物群，在历史进程中已经适应了对抗耐药细菌。我们需要尝试了解这是如何对抗这些耐药感染的。”
肝移植患者特别容易受到耐药感染，因此Lehmann和他的同事分析了100多名肝移植患者的粪便样本，看看微生物群是否会影响他们的感染风险。
健康与不健康的微生物群
研究人员在不同的病人身上发现了广泛的微生物组组成。
莱曼解释说:“一个健康的微生物群将由超过一万亿的细菌细胞组成，其中有数千种独特的物种——就像一个多样化的雨林。”“有些病人的整个生态系统都被摧毁了。它们仍然有超过一万亿的细胞，但只有一种细菌——通常是有害的、耐药的。这就像砍伐雨林，只种一种有害的杂草。”
研究人员发现，健康的微生物组产生几种关键的代谢物，这些代谢物是通过消化或生物体内其他化学过程产生的分子。这些代谢物包括对人类宿主有益的短链脂肪酸，以及当细菌修改人类胆汁酸以适应自身需要时产生的次级胆汁酸。
事实证明，在一个多样化的微生物群中，这些需求包括对抗耐药细菌。有些胆汁酸对万古霉素耐药肠球菌(VRE)等细菌剧毒，这是一种耐抗生素细菌，经常导致接受手术、癌症治疗或重症监护的患者感染。
大便的预测能力
接下来，研究人员检查了他们的数据，看看微生物组组成和术后感染之间是否存在相关性。
Lehmann说:“事实证明，微生物组中耐药病原体的数量预测术后感染的准确性是我们通常在临床试验中寻找的。”
然后，研究小组又向前迈进了一步。他们没有对基因组进行测序，以确定特定的细菌种类，而是决定只研究患者粪便中的代谢物，看看这些分子是否具有相同的预测价值。仅凭代谢物，他们就可以将患者分为两类:健康的微生物群和不健康的微生物群。在最后的分析飞跃中，科学家们发现他们可以利用代谢物来预测病人是否会感染。
“我们可以直接从代谢物预测临床结果，”莱曼说。“这很重要，因为代谢组学分析可以非常快速地进行，而测序则相对较慢。”
分析算法目前非常复杂，在临床实践中用作诊断或预测测试之前需要广泛的验证。然而，这些发现为未来的研究奠定了基础，这些研究可以巩固感染与粪便代谢物之间的联系，并探索潜在的因果关系。
下一步:修复微生物群以防止感染
莱曼说:“这一研究过程的下一步将是调查我们是否可以利用这些发现来纠正人类的微生物群。”患有不健康的单一种肠道微生物群并处于感染高风险的患者可能会从外部来源获得健康的肠道细菌，以恢复健康代谢物的生产，包括有助于防止耐药感染的二级胆汁酸等分子。
2023年，FDA批准了两种微生物组修复产品。“微生物群的恢复不是遥远的未来;它已经存在于当下，”莱曼说。
芝加哥大学生物科学部已经有了一个包含数千种细菌的生物库，所有这些细菌都已经根据它们的基因组和它们产生的代谢物进行了分析和分类。芝加哥大学正在建设一个符合良好生产规范(GMP)的设施，这将使科学家能够生产、过滤和冷冻干燥来自健康捐赠者的关键肠道细菌，并将其包装成药物级胶囊，人们可以像药丸一样服用。
Lehmann说:“我们已经制作了一些细菌鸡尾酒，这些细菌在结果不好的病人身上缺失，但在结果好的病人身上却存在。”“这些细菌可以共同作用，产生感染患者体内缺失的代谢物，然后它们可以栖息在肠道中，理论上可以抵御未来的负面结果。”
在接受广谱抗生素治疗的患者中，这种胶囊可以用来重新填充被消灭的健康肠道细菌。对于耐药细菌感染风险较高的患者，补充其微生物组代谢物可能能够提供一些保护。
莱曼说:“我们在与多种耐药细菌的战斗中一直处于失败状态，所以我们迫切需要更多的武器。”“了解微生物组，测试微生物组的健康状况，恢复微生物组都是我们可以添加到武器库中的重要新工具。”
