你的肠道内居住着数万亿的细菌，它们不断“感知”周围环境以求生存和繁衍。新研究表明，有益的肠道微生物，尤其是常见的梭菌纲细菌，能够检测到消化过程中产生的范围惊人地广泛的化学信号，包括脂肪、蛋白质、糖类甚至DNA的副产物。这些微生物利用专门的传感器向有价值的营养物质移动，其中乳酸和甲酸是尤为重要的燃料来源。
一个关键问题依然存在：哪些化学信号对有益的肠道细菌最为重要？
超越病原体：微生物学研究的新视野
到目前为止，科学家对细菌感知的理解，大部分来自于对模式生物（尤其是致病菌）的研究。而对于共生菌，即自然存在于人体内的非致病性或有益微生物，所给予的关注则少得多。这一研究空白让科学家们不禁思考，这些有益细菌究竟在探测环境中的哪些化学信息？
由维克多·苏尔吉克领导的一个国际研究团队着手解答这个问题。该团队成员来自马克斯·普朗克陆地微生物研究所、俄亥俄大学和马尔堡菲利普斯大学。他们的研究聚焦于梭菌——一类大量存在于人类肠道中的可运动细菌，已知它们对肠道健康有益。
肠道细菌能感知广泛的营养物质
研究人员发现，来自人类肠道微生物组的受体能够识别出种类异常繁多的代谢化合物。这些物质包括碳水化合物、脂肪、蛋白质、DNA和胺类的分解产物。通过系统性筛选，该团队还识别出清晰的模式：不同类型的细菌传感器对特定类别的化学物质表现出不同的偏好。
这一发现揭示，肠道细菌并非随机地对环境做出反应，而是选择性地调谐于特定的代谢信号。
乳酸和甲酸是关键的信号分子
通过将实验室实验与生物信息学分析相结合，研究人员识别出多种能结合到控制细菌运动的感受受体上的化学配体。这些受体帮助可运动细菌探测到对生长尤为有价值的营养物质。结果表明，这些细菌的运动主要受觅食驱动。
在所有测试的化学物质中，乳酸和甲酸作为刺激物出现的频率最高。这表明这些化合物可能是肠道细菌特别重要的营养来源。
交叉喂养支撑健康的微生物组
一些肠道细菌自身能产生乳酸和甲酸，这凸显了"交叉喂养"的重要性。在这个过程中，一种细菌释放的代谢物成为其他细菌的食物。这种合作有助于稳定肠道生态系统。
"这些结构域对于肠道内细菌间的相互作用似乎很重要，并可能在健康的人类微生物组中发挥关键作用，"该研究的第一作者、维克多·苏尔吉克研究组的博士后研究员徐文昊解释道。
发现新型感受受体
通过对多个传感器进行系统分析，该团队识别出几个此前未知的感受结构域群体。这些新鉴定的传感器分别对乳酸、二羧酸、尿嘧啶（一种RNA构成单元）和短链脂肪酸具有特异性。
研究人员还解析了一种新发现的双重传感器的晶体结构，该传感器能同时响应尿嘧啶和乙酸。这使他们能够在分子水平上理解这些分子如何与传感器结合。该传感器属于一个具有多种功能的大型感受结构域家族。
进化显示出非凡的灵活性
通过检查尿嘧啶传感器与相关感受结构域之间的进化关系，研究团队发现配体特异性在进化过程中能够相对容易地发生改变。这种灵活性有助于解释细菌如何在其环境变化时调整其感知能力。
"我们的研究项目显著扩展了对有益肠道细菌感知能力的理解，"维克多·苏尔吉克说。"据我们所知，这是首次对定殖于特定生态位的非模式细菌的感官偏好进行系统分析。展望未来，我们的方法可以类似地应用于系统研究其他微生物生态系统中的感官偏好。"