數百種細菌居住在我們的消化系統中，影響著神經發育、癌癥免疫療法應答等方方面面。同時，糞便移植也在癌癥、代謝疾病、衰老等病癥的zhiliao中展現出巨大潛力。

不過，在目前的腸道微生物組研究中，存在一個亟待解決的問題：對于極為復雜的微生物組，科學家無法系統研究其中不同成分的功能。舉例來說，目前的糞便移植研究會直接引入個體完整的微生物組，科學家可以知道這個微生物組與癌癥的zhiliao有關，但在這幾百種細菌里，究竟是哪些細胞、分子在起作用就無從知曉了。

在一項發表于《細胞》的研究中，來自斯坦福大學的研究團隊打破了這樣的局面。他們的破局方式是人工培養、合成微生物組，并且構建了迄今***復雜、完備的合成微生物組。該群落由119個細菌物種組成，移植至小鼠體內后，能執行正常的腸道微生物組功能。

由于科學家可以根據研究的需要任意添加、移除或是編輯特定的細菌種類，合成微生物組可以讓科學家更清晰地理解微生物組與健康的關聯，***終開發出全新的微生物組療法。

這項研究由Michael Fischbach教授領導，他們從零開始培養單一的細菌物種，并將它們混合，構建出合成微生物組。

雖然聽起來像是在調配雞尾酒，但這項工作遠沒有那么容易。由于不同細菌在腸道中占據著各自的生態位、參與特定的反應，因此研究團隊需要確保***終的混合物穩定、平衡，不會因為某種細菌而影響到其他細菌的功能。

為此，研究團隊決定從***常見的微生物出發，他們將希望寄托于人類微生物組計劃（Human Microbiome Project , HMP），這個由NIH主導的項目對超過300位成年人的完整微生物基因組進行了測序。

研究團隊從中尋找人們普遍擁有的細菌。***終，他們選中了超過100種菌株，它們出現在至少20%的HMP參與者的腸道內。經過一些調整，***終確定了104種細菌，分別培養、***終混合形成hCom1（human community one的簡稱）微生物組。

▲這項研究構建了復雜、完備的合成微生物組

這個合成微生物組能否在真實腸道環境中立足？作者利用小鼠進行了檢驗。他們將hCom1引入一批小鼠體內，這些小鼠已經事先經過改造，體內不含任何細菌。結果，hCom1中98%的細菌物種在小鼠腸道中立足，并且相對含量在兩個月后仍能維持不變，展現出良好的穩定性。

不過，相比于天然的微生物組，這個合成微生物組可能仍然缺失某些功能。于是，研究團隊利用天然的人類微生物組，對hCom1進行了迭代完善。

通過糞便移植，他們將完整的人類微生物組引入上述擁有合成微生物組的小鼠體內。在小鼠的腸道中，已經共存了數十年的人類微生物組，與僅僅共存幾周的合成微生物組相遇。這時，合成微生物組是會被天然微生物組摧毀，還是仍然能保持主導地位呢？

試驗結果是后者。***終的微生物群落中，只有10%的細胞來自人類微生物組。

有理論認為：任何細菌在加入現存的群落后，只有能夠填補此前未被占據的生態位，才能存活下來。因此，這10%新立足的細菌，或許就能填補合成微生物組缺失的功能。

由此，研究團隊將這些新立足的細菌與合成微生物組混合，迭代出由119種細菌組成的新群落，命名為hCom2。相比于hCom1，其功能更加完備。

▲實驗流程示意圖

接下來，研究團隊驗證了hCom2的保護作用。他們用大腸桿菌感染微生物組為hCom2的小鼠，結果和擁有天然微生物組的小鼠一樣，它們也能夠抵御感染。

基于這個模型，研究團隊可以通過刪除、修飾特定的細菌，來明確究竟是哪些細菌起到防御作用。作者表示，目前他們已經初步鎖定了幾種細菌，并計劃開展進一步的研究。