Vayu Maini Rekdal第一次操縱微生物，他做了一個不錯的酵母面包。當(dāng)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(guān)鍵化學(xué)反應(yīng)。

更重要的是板塊清潔后發(fā)生的反應(yīng)。當(dāng)一片酸面團(tuán)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(zhì) - 例如所有重要的纖維 - 微生物逐步進(jìn)行化學(xué)治療而不是人類能夠進(jìn)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(shí)驗(yàn)室的研究生，也是他在科學(xué)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(xiǎn)的副作用。“也許這種藥物不會達(dá)到它在體內(nèi)的目標(biāo)，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(xué)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(yù)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(xì)菌負(fù)責(zé)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(xì)胞，如果沒有這種神經(jīng)細(xì)胞，身體會出現(xiàn)震顫，肌肉僵硬以及平衡和協(xié)調(diào)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(dá)大腦。

這個數(shù)字 - 以及藥物的療效 - 因患者而異。自20世紀(jì)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(jìn)行必要化學(xué)的工具)可以分解腸道中的左旋多巴，防止藥物進(jìn)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委熕坪跤行?。

“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(dāng)L-多巴轉(zhuǎn)化為大腦外的多巴胺時，該化合物可引起副作用，包括嚴(yán)重的胃腸道窘迫和心律失常。如果較少的藥物到達(dá)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(yīng)，科學(xué)家推測細(xì)菌可能是罪魁禍?zhǔn)住１M管如此，沒有人確定哪些細(xì)菌可能是有罪的，或者他們吃藥的方式和原因。

因此，Balskus團(tuán)隊(duì)展開了調(diào)查。不尋常的化學(xué) - 左旋多巴 - 多巴胺 - 是他們的第一個線索。

很少有細(xì)菌酶可以進(jìn)行這種轉(zhuǎn)化。但是，一個很好的數(shù)字與酪氨酸結(jié)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(xiàng)目作為參考，Maini Rekdal和他的團(tuán)隊(duì)通過細(xì)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(biāo)準(zhǔn);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(tuán)隊(duì)提供了第一個將糞腸球菌和細(xì)菌酶(PLP依賴性酪氨酸脫羧酶或TyrDC)與L-多巴代謝相關(guān)聯(lián)的有力證據(jù)。

然而，人體酶能夠并且確實(shí)將L-多巴轉(zhuǎn)化為腸道中的多巴胺，同樣的反應(yīng)卡比多巴被設(shè)計(jì)為停止。那么為什么團(tuán)隊(duì)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(xì)菌酶發(fā)揮完全相同的化學(xué)反應(yīng)，細(xì)菌也看起來有點(diǎn)不同。Maini Rekdal推測卡比多巴可能無法穿透微生物細(xì)胞，或者輕微的結(jié)構(gòu)差異可能阻止藥物與細(xì)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(guān)緊要。Balskus和她的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種能夠抑制細(xì)菌酶的分子。

“該分子關(guān)閉了這種不必要的細(xì)菌代謝而不會殺死細(xì)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(diǎn)，以改善帕金森病患者的左旋多巴治療。

團(tuán)隊(duì)可能已經(jīng)停在那里。但相反，他們進(jìn)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(zhuǎn)化為多巴胺后，第二種生物將多巴胺轉(zhuǎn)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(tuán)的微生物群體來試驗(yàn)糞便樣本。他將多樣化的微生物群體置于達(dá)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(xì)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(xué)家來說，這種反應(yīng)也具有挑戰(zhàn)性。“沒有辦法在工作臺上做到這一點(diǎn)，”Maini Rekdal說，“以前沒有人知道做過這種確切反應(yīng)的酶。”

間 - 酪胺副產(chǎn)物可能導(dǎo)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(xué)提出了更多問題：為什么細(xì)菌會適應(yīng)多巴胺，而多巴胺通常與大腦有關(guān)?腸道微生物還能做什么?這種化學(xué)反應(yīng)會影響我們的健康嗎?

“所有這些都表明腸道微生物可能導(dǎo)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(jìn)行額外的工作，以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)誰在我們的腸道，他們能做什么，以及他們?nèi)绾斡绊懳覀兊慕】担瑹o論好壞。