人类根据食物的外观，气味和口味选择食物。但是我们肠道中的微生物使用不同的分类系统-一种基于构成不同纤维的分子成分的分类系统。在9月19日发表在《细胞》杂志上的一项研究中，研究人员发现了膳食纤维的特定成分，这些成分促进了小鼠肠道有益微生物的生长和代谢作用。
该研究旨在开发鉴定化合物的方法，这些化合物可以增强肠道微生物群落中促进健康的成员的代表性。目标是确定可持续的，负担得起的膳食纤维来源，以将其掺入下一代更有营养的食品中。
纤维被认为是有益的。但是纤维实际上是许多不同成分的非常复杂的混合物。此外，在食品制造过程中以不同方式加工的来自不同植物来源的纤维具有不同的成分。不幸的是，我们缺乏关于这些差异及其生物学意义的详细知识。我们确实知道现代西方饮食的纤维含量很低。这种纤维的缺乏与肠道内重要成员的流失和有害的健康影响有关。
研究人员首先测试了34种食品级纤维制品，其中许多是从食品制造业的副产品中提纯的，例如水果和蔬菜的果皮，这些果皮在加工食品和饮料的生产过程中被扔掉了。他们使用的小鼠最初是在无菌条件下饲养的，然后被人类肠道微生物定殖。用高脂肪，低纤维饮食喂养动物，这些饮食代表美国通常食用的饮食，有或没有不同类型的补充纤维。目的是确定最能提高关键的降解纤维细菌种类和促进微生物组中有益代谢酶表达的纤维。
由于小鼠已经被定居的人类肠道细菌集合所定殖，该人类肠道细菌具有测序的基因组，因此研究人员知道其模型人类肠道微生物群落中存在的所有基因。这使他们能够对所有细菌蛋白质进行全面，高分辨率的蛋白质组学研究，这些细菌蛋白质的表达随所测试的不同纤维类型而变化。将这些结果与遗传筛选相结合，他们能够确定特定的纤维来源，它们的生物活性分子成分，以及当遇到不同纤维时不同细菌种所增加的细菌基因。他们专注于拟杆菌属，因为这组细菌物种的成员包含人类基因组中不存在的负责膳食纤维代谢的基因。
对于研究的第二阶段，研究人员想确定微生物群落中不同成员在饮食中的饮食关系。第一作者迈克尔·帕特诺德(Michael Patnode)是戈登实验室的博士后，他开发了带有荧光标记的人造食物颗粒，该颗粒具有来自不同纤维的不同类型的结合碳水化合物。将这些含有营养成分的颗粒的集合喂入定植的小鼠，该小鼠定植的微生物群落含有不同种类的拟杆菌属。
我们很高兴看到这些“生物传感器”如何用于评估特定细菌种类对特定纤维成分的加工。”
通过将这些颗粒喂给携带或不携带主要纤维消耗物种的小鼠，作者发现下属物种在排队等候以增强并消耗纤维。
帕特诺德说：“我们曾怀疑不同菌株之间可能存在竞争，而某些菌株会比其他菌株更强大。” 蛋白质组学分析和遗传筛选证实，在该模型细菌群落中存在的物种之间存在纤维消耗的等级关系。
戈登解释说：“了解特定生物的存在如何影响其他生物的进食行为非常重要，在这种情况下，就不同的纤维而言。如果我们要开发针对微生物的食品，旨在为人类带来益处对健康而言，重要的是找到方法来确定哪些主食将是最佳的营养来源，以及微生物群将如何应对。