化学遗传法解剖微生物群

近期，生物学家和化学家通过重新利用经典方法和开发创新工具，在解析与健康、疾病和治疗相关的特定微生物群物种、途径和分子机制方面取得了显著进展。这些方法分为“正向化学微生物学”和“反向化学微生物学”，旨在揭示微生物群如何影响宿主生理和免疫反应，为开发新型抗生素、微生物群基础靶点以及影响化学和免疫治疗疗效的分子提供了新视角。

　　

生活在人身上、周围和体内的微生物通过与我们的饮食、免疫系统和其他微生物的相互作用来影响我们的健康。通过遗传学、生物化学和化学生物学工具，确定这些过程的化学和生物学机制一直是一个挑战。Yang等人回顾了了解微生物群功能的最新进展，特别是概述工具和概念方法。机制研究可以为治疗方法的发展奠定基础，并有助于扩大我们对健康所必需的宿主-微生物相互作用的丰富网络的理解。

微生物群落，由细菌、古细菌、真菌、病毒和原生生物等构成，与宿主的生理、疾病和治疗反应密切相关。尽管微生物群的重要性已被广泛认识，但特定微生物群物种和分子的具体作用机制仍然不明确，限制了基于微生物群的诊断和治疗的发展。

为了深入理解微生物群的作用，科学家们开发了正向和反向化学微生物学方法。正向化学微生物学从活跃的微生物群物种出发，通过遗传和生化方法识别和表征活跃的途径或分子。反向化学微生物学则从候选微生物群途径或分子出发，反向识别活跃的微生物群物种。这些方法不仅包括活性和非活性微生物群物种的活性引导比较基因组学，还涉及基于机制的微生物酶和抑制剂探针的开发，以及用于蛋白质组学、基因组学和成像的微生物代谢物化学探针。

在实际应用中，这些方法已经开始揭示新型抗生素、微生物群物种和代谢物，以及影响宿主生理和免疫反应的微生物群基础靶点。例如，通过比较基因组学和生化分离，研究人员发现了乳西林硫肽等新型抗生素，这些抗生素对特定病原体表现出选择性抗菌活性。此外，微生物群宏基因组DNA和代谢物的高通量筛选，为发现新的微生物群代谢物和途径提供了强有力的工具。

随着对特定微生物群因果功能和机制的理解不断深入，基于微生物群的饮食、益生元和益生菌干预措施正在开发中，以预防和治疗相关疾病。同时，特定活性微生物群分子的鉴定为工程活生物治疗产品以及设计基于微生物群的生物制剂和靶向相同途径的小分子提供了新的机会。

然而，微生物群机制的全面阐明仍然是未来几十年的重要挑战。随着微生物群在健康和疾病中的作用逐渐清晰，基于微生物群的生物标志物正在开发中，以预测疾病进展和对治疗的反应。粪便微生物群移植的临床试验也在进行中，以探索其在治疗复发性Clostridioides difficile感染以外的疾病和治疗中的效用。

持续发展和整合基于化学生物学的稳健和创新方法，改进微生物遗传学和确定微生物群联盟，对于解剖和利用微生物群在健康、疾病和治疗中的机制至关重要。随着这些研究的深入，有望揭开微生物群的隐藏秘密，为人类健康和疾病治疗带来革命性的进展。