根据圣路易斯华盛顿大学医学院的一项新研究，当食用膳食纤维中的特定类型成分时，某些与健康有关的人类肠道微生物会蓬勃发展。工作 -; 在人类肠道细菌定植的小鼠中进行，并使用新技术测量营养物质的加工- 是基于有针对性地丰富肠道微生物群落主要成员的战略，开发更具营养的食品的一步。

研究人员发现了能够选择性增加有益微生物丰富度的纤维，并追踪了引起其作用的纤维生物活性成分。为了破译肠道菌群成员如何争夺或协作这些纤维成分，他们还发明了一种人造食物颗粒，可以用作生物传感器来监测肠道中的营养物质。

该研究于9月19日发表在Cell杂志上。

戈登是本研究的资深作者兼负责人。

膳食纤维可促进健康，但高纤维水果，蔬菜，全谷类和豆类食品缺乏典型的西方饮食。纤维包含非常多样化和复杂的分子集合。肠细菌所使用的各种纤维的特定成分并赋予健康益处通常是未知的。

由于人类基因组拥有的分解食物纤维的基因库非常有限，并且许多肠道细菌物种充斥着这些基因，因此人们依靠肠道微生物来消化纤维。

为了了解哪种类型的纤维可以促进人体肠道中不同类型有益微生物的表达及其活性成分的性质，研究人员筛选了食品公司Mondelez International提供的34种类型的纤维。他们的清单包括在食品制造过程中经常丢弃的纤维，例如水果和蔬菜皮以及谷壳。

研究人员首先将在无菌条件下饲养的小鼠与从健康人体内培养出来的肠道菌种一起定殖。对这些生物的基因组进行了测序，以清点其基因。

最初，向包含该模型人肠道群落的小鼠组喂食高饱和脂肪和低纤维的基本人类饮食。接下来，研究人员筛选了144种含有不同类型和数量的纤维补充剂的衍生饮食。研究人员监测了添加的纤维对模型肠道菌群成员水平的影响，以及由其基因组编码的蛋白质的表达。

戈登说：“微生物是大师级老师。” “对不同纤维有反应的微生物基因提供了一个重要线索，即给定社区成员更喜欢消耗给定类型纤维中的哪种分子。”

第一作者迈克尔·帕特诺德(Michael L. Patnode)博士说，他是戈登实验室的博士后研究员：“我们的筛查确定了食品级纤维，这些纤维选择性地影响属于细菌类细菌的不同物种。我们的实验表明，在豌豆纤维中，分子成分包括一种叫做阿拉伯聚糖的多糖，而从果皮中回收的柑橘果胶中，另一种称为高半乳糖醛酸的多糖负责细菌的繁殖。”

研究人员发现肠道细菌之间的相互作用有助于解释纤维对拟杆菌属物种的选择性作用。事实证明，他们社区中的某些拟杆菌属相互竞争，直接消耗膳食纤维的成分，而其他细菌则服从其邻居。研究人员说，了解这些关系对于开发由肠道中共同生活的不同微生物种群进行最佳加工的食品非常重要。

为了剖析这些关系，Patnode制造了由不同类型的磁性微观玻璃珠组成的人造食物颗粒。每种类型都包含与珠子表面结合的给定的纤维衍生多糖以及结合的荧光标记的给定类型。

同时将不同珠子类型的集合引入到人类肠道微生物群落定植的不同组小鼠的肠道中;有或没有有意遗漏其一个或多个拟杆菌属成员的情况。然后通过这些动物的肠后回收食物颗粒，并测量颗粒表面上残留的多糖量。

帕特诺德说：“这些人造食品颗粒充当生物传感器，使我们能够辨别拟杆菌的掺入或遗漏如何影响社区加工不同珠子上不同多糖的能力。” “此外，我们能够监测不同饮食环境下纤维的降解。”

戈登指出，含营养的人造食品颗粒不仅可以用作生物传感器来定义一个人的微生物群落的功能，而且还可以帮助食品科学家开发出生产更多营养食品的方法，这些食品中包含多种促进健康的生物活性纤维成分的组合。