Vayu Maini Rekdal第一次操縱微生物，他做了一個不錯的酵母面包。當時，年輕的Maini Rekdal和大多數(shù)前往廚房掀起沙拉醬，爆米花，發(fā)酵蔬菜或焦糖洋蔥的人都沒有考慮這些混合物背后的關鍵化學反應。

更重要的是板塊清潔后發(fā)生的反應。當一片酸面團穿過消化系統(tǒng)時，生活在腸道中的數(shù)萬億微生物幫助身體分解面包以吸收營養(yǎng)。由于人體不能消化某些物質 - 例如所有重要的纖維 - 微生物逐步進行化學治療而不是人類能夠進行。

“但這種微生物代謝也可能是有害的，”Maini Rekdal說，他是Emily Balskus教授實驗室的研究生，也是他在科學上發(fā)表的新研究的第一作者。根據(jù)Maini Rekdal的說法，腸道微生物也可以咀嚼藥物，通常會產(chǎn)生危險的副作用。“也許這種藥物不會達到它在體內的目標，也許它會突然變得有毒，也許它會有所幫助，”Maini Rekdal說。

在他們的研究中，Balskus，Maini Rekdal及其在加州大學舊金山分校的合作者描述了微生物組如何干擾藥物通過身體的預期路徑的第一個具體例子。他們專注于左旋多巴(L-dopa)，這是帕金森病的主要治療方法，他們確定哪種細菌負責降解藥物以及如何阻止這種微生物干擾。

帕金森病會攻擊大腦中產(chǎn)生多巴胺的神經(jīng)細胞，如果沒有這種神經(jīng)細胞，身體會出現(xiàn)震顫，肌肉僵硬以及平衡和協(xié)調問題。左旋多巴向大腦輸送多巴胺以緩解癥狀。但只有大約1%到5%的藥物真正到達大腦。

這個數(shù)字 - 以及藥物的療效 - 因患者而異。自20世紀60年代末引入左旋多巴以來，研究人員已經(jīng)知道，人體的酶(進行必要化學的工具)可以分解腸道中的左旋多巴，防止藥物進入大腦。因此，制藥行業(yè)引入了一種新藥卡比多巴，以阻止不必要的左旋多巴代謝?？傊?，治療似乎有效。

“盡管如此，”Maini Rekdal說，“有很多新陳代謝是無法解釋的，人與人之間的變化很大。”這種差異是一個問題：不僅藥物對一些患者的效果較差，而且當L-多巴轉化為大腦外的多巴胺時，該化合物可引起副作用，包括嚴重的胃腸道窘迫和心律失常。如果較少的藥物到達大腦，患者通常會得到更多來控制他們的癥狀，這可能會加劇這些副作用。

Maini Rekdal懷疑微生物可能是L-多巴消失的原因。由于先前的研究表明抗生素可以改善患者對左旋多巴的反應，科學家推測細菌可能是罪魁禍首。盡管如此，沒有人確定哪些細菌可能是有罪的，或者他們吃藥的方式和原因。

因此，Balskus團隊展開了調查。不尋常的化學 - 左旋多巴 - 多巴胺 - 是他們的第一個線索。

很少有細菌酶可以進行這種轉化。但是，一個很好的數(shù)字與酪氨酸結合 - 酪氨酸是一種類似于左旋多巴的氨基酸。其中一種來自牛奶和泡菜(短乳桿菌)中常見的食物微生物，可同時接受酪氨酸和左旋多巴。

使用人類微生物組項目作為參考，Maini Rekdal和他的團隊通過細菌DNA尋找哪些腸道微生物具有編碼類似酶的基因。幾個符合他們的標準;但每次只有一種糞腸球菌(糞腸球菌)，吃掉所有左旋多巴。

通過這一發(fā)現(xiàn)，該團隊提供了第一個將糞腸球菌和細菌酶(PLP依賴性酪氨酸脫羧酶或TyrDC)與L-多巴代謝相關聯(lián)的有力證據(jù)。

然而，人體酶能夠并且確實將L-多巴轉化為腸道中的多巴胺，同樣的反應卡比多巴被設計為停止。那么為什么團隊想知道，糞腸球菌酶是否會逃脫卡比多巴的影響?

即使人類和細菌酶發(fā)揮完全相同的化學反應，細菌也看起來有點不同。Maini Rekdal推測卡比多巴可能無法穿透微生物細胞，或者輕微的結構差異可能阻止藥物與細菌酶相互作用。如果是真的，其他針對宿主的治療可能與卡比多巴對類似的微生物陰謀一樣無效。

但原因可能無關緊要。Balskus和她的團隊已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種能夠抑制細菌酶的分子。

“該分子關閉了這種不必要的細菌代謝而不會殺死細菌;它只是針對一種非必需的酶，”Maini Rekdal說。這種和類似的化合物可以為開發(fā)新藥物提供起點，以改善帕金森病患者的左旋多巴治療。

團隊可能已經(jīng)停在那里。但相反，他們進一步推動解開L-多巴微生物代謝的第二步。在糞腸球菌將藥物轉化為多巴胺后，第二種生物將多巴胺轉化為另一種化合物 - 間甲胺。

為了找到這第二種生物，Maini Rekdal留下了他母親面團的微生物群體來試驗糞便樣本。他將多樣化的微生物群體置于達爾文式的游戲中，為成群的微生物提供多巴胺，以確定哪些是繁榮的。

Eggerthella lenta贏了。這些細菌消耗多巴胺，產(chǎn)生作為副產(chǎn)物的間 - 酪胺。即使對于化學家來說，這種反應也具有挑戰(zhàn)性。“沒有辦法在工作臺上做到這一點，”Maini Rekdal說，“以前沒有人知道做過這種確切反應的酶。”

間 - 酪胺副產(chǎn)物可能導致一些有害的左旋多巴副作用;需要做更多的研究。但是，除了對帕金森病患者的影響外，E。lenta的新化學提出了更多問題：為什么細菌會適應多巴胺，而多巴胺通常與大腦有關?腸道微生物還能做什么?這種化學反應會影響我們的健康嗎?

“所有這些都表明腸道微生物可能導致不同患者服用L-多巴時副作用和療效觀察到的劇烈變異，”Balskus說。

但這種微生物干擾可能不僅限于左旋多巴和帕金森病。他們的研究可以進行額外的工作，以準確發(fā)現(xiàn)誰在我們的腸道，他們能做什么，以及他們如何影響我們的健康，無論好壞。