艱難梭菌可導致嚴重腹瀉、腹痛和結腸炎癥。艱難梭菌感染是最常見的院內感染之一，其每年僅在美國就造成約 50 萬例感染，相關醫療費用超過 15 億美元。一方面，艱難梭菌能形成耐消毒的孢子，使治療更加復雜；另外，傳統的抗菌療法和糞便微生物移植（FMT）療法也存在諸多局限性，如抗生素的耐藥性、FMT 的安全性以及治療效果的穩定性難以保證，導致復發性艱難梭菌感染的發生率高達 20%-30%。因此，開發更可靠、機制明確的微生物群補充方法迫在眉睫。

近期，來自賓夕法尼亞州立大學 Jordan Bisanz 團隊發表于 Cell Host & Microbe 的一項題為“A designed synthetic microbiota provides insight to community function in Clostridioides difficile resistance”的研究為治療艱難梭菌感染帶來了新突破。

在這項研究中，團隊開發了一種新的策略——設計“合成微生物群”，即通過分析大量人類腸道微生物群的數據，找出那些能夠有效抵抗艱難梭菌的微生物組合，再將其重新組合成一個“合成”的微生物群落，從而有效避免使用人類糞便帶來的風險，并精準地發揮治療作用，作為抗生素和傳統糞便微生物群移植的替代方案。

研究人員首先進行了全面檢索，最終確定了過往的 12 項相關研究，包括 899 個樣本。通過對這些樣本的微生物組測序數據進行深入分析，最終確定了 37 種細菌與艱難梭菌呈負相關，換句話說，當這些微生物存在時，就不會出現艱難梭菌感染；另外 25 種細菌與艱難梭菌呈正相關，這意味著它們與艱難梭菌感染同時存在。

基于這些發現，他們設計了一個包含 37 種微生物的“合成微生物群”（sFMT1），并對其穩定性和功能進行了測試。

圖 | 深入分析后，研究人員確定了多項可預測艱難梭菌定植狀態的微生物特征

在體外培養實驗中，合成微生物群 sFMT1 展現出比人類 FMT 更高的穩定性。在動物模型實驗中，sFMT1 能在 1 天內實現有效定植，且定植后微生物多樣性持續增加。通過代謝組學分析發現，sFMT1 在體內能產生大量短鏈脂肪酸（SCFAs），其代謝特征與人類 FMT 相似，這表明合成微生物群落具有模擬復雜微生物生態系統代謝的潛力。

而在功能測試方面，無論是體外共培養實驗還是體內無菌小鼠模型實驗，sFMT1 都能顯著抑制艱難梭菌的生長，減輕感染癥狀，效果與傳統的人類糞便移植一樣好。在抗生素誘導的復發性 CDI 小鼠模型中，sFMT1 同樣表現出良好的治療效果，能夠延遲感染復發并降低疾病嚴重程度。

圖|合成微生物群在體外和體內對艱難梭菌感染的抑制效果均表現良好

更重要的是，研究團隊發現，這種合成微生物群的抗感染能力并不依賴于之前被認為關鍵的膽汁酸代謝，而是與一種名為“Stickland 發酵”的營養競爭機制有關。這種機制允許某些微生物通過消耗特定的氨基酸（如脯氨酸）來抑制艱難梭菌的生長。

同時，研究人員發現，合成微生物群中 sFMT1 的一種名為“ P.anaerobius”的細菌是抑制艱難梭菌的關鍵。這種細菌能通過高效地發酵脯氨酸，消耗艱難梭菌所需的營養物質，從而阻止它的生長和毒素產生。研究人員在將 sFMT1 簡化為單菌株 P.anaerobius 后發現，僅僅使用這種單一菌株的“單菌移植”就能在動物模型中完全模擬出人類糞菌移植的效果，有效預防艱難梭菌感染。

總之，這一發現不僅簡化了治療方案，還為未來的微生物療法提供了新的思路。研究人員認為，這種基于單一菌株的療法可能比復雜的微生物群移植更加安全和可控，同時也更容易進行標準化生產。相信隨著研究的不斷深入，合成微生物群療法有望成為臨床治療的有效手段，用于治療各種與腸道微生物群失調相關的疾病，如肥胖、糖尿病、炎癥性腸病，甚至某些神經系統疾病，為患者帶來更多希望。

參考文獻：

1. https://doi.org/10.1016/j.chom.2025.02.007

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