合成微生物组疗法为粪便移植提供更安全的替代方案

研究人员来自宾夕法尼亚州立大学，他们开发了一种针对艰难梭菌（Clostridioides difficile）的新颖合成微生物组疗法。艰难梭菌是一种可以引起严重腹泻、腹痛和结肠炎症的细菌，在人体内可能难以治疗且有潜在的生命危险。

这项研究是在小鼠身上进行的，其结果可能会导致新的益生菌策略的发展，作为抗生素和常规粪便微生物群移植的替代方法。该研究发表在《细胞宿主与微生物》杂志上。

合成微生物组疗法：新的粪便移植？

微生物组内的生物通常会互相制衡。艰难梭菌通常存在于微生物群落中，但通常处于休眠状态，不易被察觉。然而，当微生物群落微生物组的平衡被破坏时，如在接受抗生素治疗时，艰难梭菌就会大量繁殖。

艰难梭菌主要影响医院或长期护理机构中的老年人，但某些菌株也有可能在年轻人中引起严重感染。

治疗这些感染具有挑战性，因为抗生素对艰难梭菌无效——这种细菌具有耐药性。使用抗生素还可能导致微生物群落微生物组进一步失衡，形成正反馈循环，导致反复感染。

此前尝试治疗艰难梭菌的方法包括人类粪便移植，这是一种将健康捐赠者的粪便细菌转移到患者胃微生物群落的医疗程序。然而，这种方法并非没有风险。

“某种程度上，粪便移植就像去药房，他们把货架上的各种东西都拿一点放进一颗药丸里，假设其中某种东西可能会有帮助，”高级作者、宾夕法尼亚州立大学生物化学与分子生物学助理教授乔丹·比桑兹博士（Dr. Jordan Bisanz）说，“但我们并不完全知道里面到底有什么。”

粪便移植甚至可能在不知情的情况下含有致病细菌。而新开发的合成微生物组疗法则不需要任何粪便物质。

通过使用更少但更精确的细菌菌株，这些菌株与抑制艰难梭菌有关，微生物组疗法在小鼠实验中对抗感染的效果与人类粪便移植相当，而且安全性更高。

“我们需要在我们的微生物组干预中更加精准，”比桑兹说。“这个项目是理解复杂微生物群如何影响宿主的第一步，然后利用这些知识来开发针对微生物组的治疗方法。”

艰难梭菌“敌手”提供了针对性的治疗方法

比桑兹和他的团队首先确定了与艰难梭菌共存的微生物以及那些可能抑制其生长的微生物。然后，他们试图重建这种混合物，并设计出一种以这种选择性细菌群落为目标的治疗方法。

“我们的想法是利用我们对基础微生物组科学的理解，将其转化为类似精准治疗的疗法，借鉴粪便移植的经验，但不需要实际的粪便移植，”比桑兹说。

比桑兹及其团队使用机器学习来识别12项先前的人类微生物组研究中与艰难梭菌正相关和负相关的微生物的关键特征。

总共37种细菌菌株与艰难梭菌呈负相关，这意味着这些微生物存在时不会发生感染。然而，25种细菌与艰难梭菌感染呈正相关。

从机器学习模型中得出的结果使研究人员能够结合那些似乎能抑制艰难梭菌的细菌，从而创建一种针对性的合成微生物组疗法。

当在体外测试并口服给小鼠时，合成微生物组疗法显著减少了艰难梭菌的生长，抵抗了感染，并且与传统的粪便移植一样有效。该疗法还显示出了对严重疾病的保护作用，延迟了复发，并减轻了由抗生素使用引起的复发感染的严重程度。

有趣的是，只有一种细菌菌株被发现对于抑制艰难梭菌至关重要。

“如果你有这种Peptostreptococcus菌株，你就不会有艰难梭菌。它是一个非常强效的抑制剂，比所有37种菌株加起来还要好，”比桑兹说。

Peptostreptococcus特别擅长清除脯氨酸，这是艰难梭菌生长所需的氨基酸，这揭示了原本不可用的新治疗途径。

未来展望

合成微生物组疗法的发展代表了对抗艰难梭菌感染的重大进展。

比桑兹及其团队对微生物组科学的方法也可以用来理解其他疾病（如炎症性肠病）中的复杂宿主-微生物相互作用，并有可能开发出新的治疗方法。

“目标是将这些微生物开发成靶向药物和疗法，”他总结道。

研究替代递送方法、长期效果以及与现有治疗的潜在组合也可能增强治疗效果。最终，将基于微生物组的精准医学整合到主流医疗保健中，可能会彻底改变抗生素耐药性细菌感染的管理，并改善整体微生物群落健康。

参考文献： Tian S, Kim MS, Zhao J, 等人。一种设计的合成微生物群为艰难梭菌抗性提供了社区功能的见解。《细胞宿主与微生物》。2025年。doi: 10.1016/j.chom.2025.02.007

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