肠道微生物组是一个由生活在人体内的数百至数千种微生物物种组成的生态系统。这些种群影响着我们的健康、生育能力，甚至我们的寿命。但它们首先是如何到达那里的呢？由卡内基科学研究所的 William Ludington领导的新的合作工作揭示了关于构成我们每个人的肠道微生物群的细菌群落是如何获得的关键细节。这些发现发表在《美国国家科学院院刊》上，对诸如粪便移植和益生菌管理等治疗方法有重大影响。
Ludington解释说：“个人之间的微生物组组成存在着巨大的差异。例如，如果你看一下适应生活在人类胃肠系统中的所有细菌物种的总和，其中大多数不存在于大多数人中。这就是这些肠道微生物种群的难以置信的多样性。”
包括遗传学、饮食和环境在内的各种元素的组合促成了微生物组之间的差异。但是，在这些投入和成功在我们的肠道内定居的物种之间并没有一条直接的关系。每次我们接触到一种新的微生物时，都有一个偶然因素在起作用，即它是否会被获得并成为我们肠道生态系统的成员。Ludington和他的合作者开始了解形成这种定植过程的几率的因素。
尽管许多研究人员已经研究了自然人群中的微生物组构成，但很少有人尝试使用受控环境来揭示新物种成功加入肠道微生物生态系统的过程。Ludington和他的合作者--西蒙菲莎大学的Eric Jones和David Sivak以及加州大学圣塔芭芭拉分校的Jean Carlson--开发了一个新的生态模型，以了解我们如何获得属于我们自己特定肠道群体的特定微生物组合。
在相对不那么复杂的果蝇微生物组中工作，该团队显示，接触到一种微生物物种并不能保证其成功融入微生物组生态系统中。他们发现，微生物组的状态，以及现有的微生物组成员物种之间的相互作用，决定了新遇到的细菌是否被加入到这个组合中。
Sivak说：“即使是生活在同一屋檐下并被喂食相同饮食的基因相同的苍蝇，我们也看到了微生物组组成的变化。”
研究人员随后利用这些结果建立了数学模型，这些模型可以探究越来越复杂的情况，通过这些情况可以获得新的微生物组物种，从而导致他们对塑造微生物组生态系统成员的社区因素的突破性理解。
Ludington说：“把微生物组的组成想象成一个大聚会，社会动态决定谁早早离开，谁呆到天亮。”
该论文的第一作者Jones补充说：“细菌定植取决于许多复杂的因素，我们刚刚开始了解。 例如，我们的研究表明，一些物种群体促进了彼此的殖民化，因此更有可能共存。”
这些群体的相互作用对微生物组如何在个人之间传播有令人兴奋的影响，包括医疗专业人员如何推动一个人的微生物组走向理想的组成。
Carlson说：“我们部署的数学方法的好处是，它承认定植是掷骰子，但我们现在能够将骰子的权重归结为具有分子基础的生物互动，而这种生物互动已经被进化所磨练。”
该团队的发现为定量研究诸如粪便移植和益生菌等疗法所依赖的机制提供了一个框架，从而推进了个性化微生物组医学的最终目标。