如谷物、水果、蔬菜和肉制品。★合生元益生元和益生菌可以组合成所谓的合生元,合生元可以定义为互补或协同。互补合生元包括益生元和益生菌,它们相互独立地产生健康益处。协同合生元旨在最大限度地发挥益生菌的有益功能。协同设计背后的原理是:益生元可以提高益生菌抵抗环境压力的生存能力;益生菌确保肠道微生物群以有益的方式代谢益生元的能力;益生元可以通过开辟一种新的营养小生境,支持益生菌植入宿主微生物群。虽然使用合生元的人类研究才刚刚开始出现,但某些组合已被发现是有效的,并用于治疗自身免疫性疾病。在IBD的背景下,双歧杆菌和乳酸杆菌与车前草、低聚果糖和菊糖的结合显示出良好的前景。类似地,添加菊粉的嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌和双歧双歧杆菌的混合物对类风湿性关节炎患者产生有益效果,乳酸杆菌产孢菌与麦芽糊精和低聚果糖的组合对T1DM患者有益。另一种提高生存能力和定植的方法是将细菌包埋在保护性乳液或生物聚合物中。详见:益生菌的靶向递送:研究和商业化前景这种封装不仅可以保护细菌免受环境危害,并有可能实现特定部位的释放,还可以通过将细菌封装在含有益生元的基质中,创造复杂的合生元结构;例如,海藻酸钠-菊糖-黄原胶或聚(乳酸-共-乙醇酸)-海藻酸钠胶囊。 正交小生境工程 正交小生境工程是合生元概念的一种演变,因为微生物-底物关系是利用细菌在宿主菌群中的持续植入。虽然合生元的益生元部分通常由普通营养素组成,但在正交小生境工程中,利用未使用或不常见的营养素,为细菌稳定植入宿主微生物群创造专属小生境。例如,降解卟啉(一种海藻多糖)的能力被用来稳定地将一种人类共生细菌移植到小鼠肠道中。尽管目前的研究仅限于小鼠,但利用这些不常见的代谢途径,可以通过间歇性或持续的饮食补充精确控制植入的细菌。Wolter M锛 et al.锛 Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2021 虽然人类肠道微生物群降解海藻的能力比最初假设的更为普遍,但正交小生境工程在克服肠道微生物群中细菌持续植入的挑战方面有着巨大的希望,特别是考虑到利用的广泛潜在基因。新的小生境,如琼脂糖、卟啉或卡拉胶降解,可用于帮助植入有益菌,这些细菌可以是野生型、原始菌株的改良版本,也可以是参与利用正交营养素的基因已转移的不同菌株。★概念性应用正交小生境工程的一个概念性应用是筛选工业化过程中丧失有益功能的细菌,这些细菌仍然与我们的现代生活方式相关,并将其重新引入人类肠道。这种细菌丢失的一个例子是经过充分研究的益生菌罗伊氏乳杆菌Lactobacillus reuteri,其对系统性红斑狼疮和多发性硬化症的免疫调节作用已经在小鼠模型中进行了研究。另一个概念性应用是在重组细菌中引入罕见的营养利用途径,设计用于产生治疗性化合物,如用于IBD治疗的IL-10或防御素-5。使用不常见的营养素利用途径可以精确控制定植的剂量和持续时间,从而使治疗能够专门针对个别患者的需要进行调整。然而,这种方法的长期可操作性可能是具有挑战性的,因为持续喂养会随着时间的推移降低植入细菌的活性。对这种现象的一种可能解释是,这种喂养可能会促进小生境分配,从而通过IgA结合将植入的细菌限制在结肠隐窝中,从而减少了与底物的接触。此外,还存在通过水平基因转移将这种特性传播给其他肠道细菌的风险,这可能导致特异性降低或反应完全改变。05挑战和未来方向这一研究领域涉及具有众多变量的高度复杂的相互作用,例如肠道微生物组内出现的相互作用,这些相互作用进一步受到宿主基因组、免疫系统和多种生活方式因素的影响,每一个都可能是不完整的特征。因此,即将进行的研究应该具有双重目标,即识别一般和亚群体特异性的生物标志物,以提供最佳治疗,并解决拟议干预措施的各种应对措施背后的根本机制。随着可用工具的完善,微生物领域可以从基于相关性的研究转向旨在揭示机制的研究,从而开发新的以微生物为重点的治疗方案。“诸事利弊共存”1. 在实现疾病中肠道微生物群的饮食驱动操作方面仍面临许多挑战。人体肠道微生物组的弹性是健康条件下的有利属性,这意味着将小鼠模型的发现转化为人类时,干预的效果可能不如预期的明显。2. 肠道微生物组的相对稳定性可能会阻碍对自身免疫性疾病患者的组成或功能进行持久改变的努力,尤其是如果不解决稳定疾病状态的潜在驱动因素。虽然饮食是引起微生物变化的有效工具,但停止饮食通常会导致恢复到以前的微生物状态。因此,干预可能需要持续进行,这带来了确保遵守方案的额外挑战。通过将饮食干预与其他微生物组调节方法相结合,这种变化可能更稳定;然而,这一预测仍有待研究。3. 对稳定群落的重复采样应减少典型微生物波动产生的背景噪音,从而揭示特定疾病的特征。通过了解基线微生物群,在单个患者中提出和测试有效治疗可能确实更容易。因此,随着方法的发展,将有价值的机理知识从动物模型转化为人类或将其扩展到研究较少的疾病的研究对于完善饮食在微生物组工程中的应用至关重要。06结语微生物群驱动的屏障功能障碍是各种自身免疫疾病的基础,这一观点鼓励更密切地检查这些功能变化,以恢复有益的宿主-微生物群相互作用。“精准――时代的召唤”研究人员和临床医生必须考虑到这样一个事实,即许多宿主、环境甚至时间因素可能会在个体基础上决定“完美”的微生物组,并积极地将一种更动态、更量身定制的方法纳入当前的治疗方案。通过实施精准医学方法和对驱动疾病的潜在机制的认识,可以提高现有治疗的成功率。我们正处于微生物组工程时代的前沿,但为了有效地实现这一转变,必须优先研究对饮食干预的个性化反应以及形成微生物组的精确机制。主要参考文献:Fugger锛 L.锛 Jensen锛 L. T . & Rossjohn锛 J. Challenges锛 progress锛 and prospects of developing therapies to treat autoimmune diseases. Cell 181锛 63C80 (2020).Wolter M锛 Grant ET锛 Boudaud M锛 Steimle A锛 Pereira GV锛 Martens EC锛 Desai MS. Leveraging diet to engineer the gut microbiome. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2021 Sep 27. Scher锛 J. U.锛 Nayak锛 R. R.锛 Ubeda锛 C.锛 T urnbaugh锛 P . J. & Abramson锛 S. B. Pharmacomicrobiomics in inflammatory arthritis: gut microbiome as modulator of therapeutic response. Nat. Rev. Rheumatol. 16锛 282C292 (2020)Johnson锛 A. J. et al. Daily sampling revealspersonalized diet- microbiome associations in humans. Cell Host Microbe 25锛 789C802.e5 (2019).Horwat P锛 Kopeć S锛 Garczyk A锛 Kaliciak I锛 Staręga Z锛 Drogowski K锛 Mardas M锛 Stelmach-Mardas M. Influence of Enteral Nutrition on Gut Microbiota Composition in Patients with Crohn's Disease: A Systematic Review. Nutrients. 2020 Aug 23;12(9):2551. Wastyk HC锛 Fragiadakis GK锛 Perelman D锛 Dahan D锛 Merrill BD锛 Yu FB锛 Topf M锛 Gonzalez CG锛 Van Treuren W锛 Han S锛 Robinson JL锛 Elias JE锛 Sonnenburg ED锛 Gardner CD锛 Sonnenburg JL. Gut-microbiota-targeted diets modulate human immune status. Cell. 2021 Aug 5;184(16):4137-4153.本文转自:谷禾健康,