Nature全新方法绘制肠道微生物代谢谱，再加速菌群-宿主共代谢研究进程

近年来，肠道微生物相关研究不断涌现，共同揭示了肠道微生物在调节宿主表型方面的重要作用。肠道微生物影响宿主生理的一个关键方式是产生功能性小分子代谢物，然而微生物研究的复杂性阻碍着科研人员对这一问题的深入探究。2021年7月，美国斯坦福大学的研究团队在《Nature》杂志上发表了一篇题为“A metabolomics pipeline for the mechanistic interrogation of the gut microbiome”的文章，构建了一套聚焦于微生物组的质谱分析流程，在单一微生物水平上，对微生物代谢谱进行分析比较，以鉴定各类样本中依赖于微生物产生的代谢物。

基于LC-MS平台，研究人员构建了一个包含833种与微生物相关的代谢物的参考数据库。这833种代谢物可以在生物样本（如粪便和血液）中检测到，且具有较大的检测范围。随后，研究人员利用该数据库评估了178个常见肠道微生物的代谢物，包括在多种培养基中独立生长的菌株培养产物，或定植了单一菌株或混合菌株的（5-6种）的小鼠组织样本。

图1. 以微生物组为重点的代谢组学研究思路

利用这一代谢组学资源，研究人员建立了系统发育和代谢之间的关系，发现基于系统发育或基因组预测菌株代谢功能存在局限性，强调了测量代谢表型以识别产生可能影响宿主生物学的特定代谢物的菌株和基因。此外，利用机器学习发现了拟杆菌微生物具有一种此前未知的代谢机制—其可利用游离谷氨酰胺和天冬酰胺作为唯一氮源，并利用比较基因组学揭示了候选生化途径。微生物群相关代谢物可以在无菌小鼠和常规定植小鼠的各种生物体液中检测到，并追溯到培养细菌的相应代谢组图谱。总的来说，这项工作为我们提供了一个高价值的数据集和研究微生物代谢物的方法，可帮助我们更好地理解微生物代谢对宿主的意义，为未来破译微生物代谢的工作奠定了基础。

图2. 肠道微生物代谢物及其靶组构成了协调多种因素影响的中心枢纽（图来源：Cell Metabolism. 2022, 34(1): 35-58）

1. A metabolomics pipeline for the mechanistic interrogation of the gut microbiome. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03707-9

2. Emerging targetome and signalome landscape of gut microbial metabolites. Cell Metabolism. (2022). https://doi.org/10.1016/j.cmet.2021.12.011

3. Host-Gut Microbiota Metabolic Interactions. Science (2012).

https://doi.org/10.1126/science.1223813

4. Gut microbial metabolites as multi-kingdom intermediates. Nature Reviews Microbiology (2020). https://doi.org/10.1038/s41579-020-0438-4.

5. Gut microbiota in human metabolic health and disease. Nature Reviews Microbiology (2020).

https://doi.org/10.1038/s41579-020-0433-9

6. The gut metabolite indole-3 propionate promotes nerve regeneration and repair.  Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04884-x

7. Microbially Produced Imidazole Propionate Impairs Insulin Signaling through mTORC1. Cell (2018). https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.09.055

8. Microbial tryptophan catabolites in health and disease. Nature Communications (2018).

https://doi.org/10.1038/s41467-018-05470-4

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