人类肠道微生物群的古菌和真菌与饮食的相关性

饮食与人类肠道微生物群中的细菌、古细菌和病毒之间有密切的关系。饮食作为营养和毒素的来源，并通过塑造居民微生物种群的组成，影响健康。Hoffmann等人通过对长期和近期饮食进行评分，对饮食进行量化，并通过对从粪便中纯化的DNA中的标记基因进行深度测序，对古细菌和真菌进行表征，发现了66个属的真菌，通常存在相互排斥的子囊菌门或担子菌门。对于古细菌，甲烷杆菌是最普遍的属，存在于30%的样本中。其他几个古细菌属的丰度和频率较低。真菌和古细菌与饮食、彼此之间以及与细菌谱系之间存在着无数的联系。甲烷杆菌和念珠菌与高碳水化合物饮食呈正相关，但与高氨基酸、蛋白质和脂肪酸饮食呈负相关。细菌种群结构主要与长期饮食有关，但高念珠菌丰度与最近的碳水化合物消耗密切相关。甲氧短杆菌的大量存在与长期和近期的碳水化合物消耗有关。这些结果提供了一系列新的在饮食对肠道微生物群和人类健康的影响建模（Hoffmann, et al. 2013.）。

人类与大量的细菌、病毒、真菌和古细菌共存。现在，许多研究小组利用深度测序对这些人群进行了调查，结果表明，人体不同部位和不同个体的微生物群存在根本性差异。身体部位的差异与营养物质、水、氧和其他特定部位特征的可用性有关。然而，个体之间差异的来源不太清楚，这可能反映了生命早期不同的定植和不同的环境暴露，如抗生素的使用。另一个普遍存在但尚未完全理解的环境暴露是饮食。

Hoffmann等人报告了98名个体的长期饮食模式与肠道微生物群中存在的细菌谱系的相关性。两个属，Prevotella和Bacteroides，被证明具有相反的丰度模式，与其他属的几份报告平行。丰富的普氏杆菌与碳水化合物的消耗相关，而丰富的类杆菌与胆碱、脂肪和氨基酸的消耗相关。一项短期控制喂养研究表明，与饮食干预相关的肠道微生物群发生了变化，但分析的细菌群落的整体结构没有变化，支持长期饮食在确定肠道微生物群结构中的作用。另一项研究最近报道，肠道微生物群的多样性与长期饮食有关，其中更多样化的饮食与增加的肠道细菌多样性相关。

细菌是肠道微生物群的丰富成员，但不是唯一的居民。肠道内的噬菌体颗粒可能比细菌细胞数量更多。肠道内噬菌体群落的变化与饮食干预相关。

古细菌也存在于人类肠道中，其中最常见的是史密斯甲烷杆菌，一种细菌发酵副产物产生的甲烷。据报道，产甲烷古菌的定植率在人类的25%到95%之间。在微生物生态系统（如人类肠道）中，当氢气由于细菌分解代谢而累积时，古细菌的生长受到刺激，利用氢气生成甲烷。在一个灵长类小鼠模型中已经证明了哺乳动物肠道中这种共营养的支持，与单一定植相比，smithii菌和thetaiotaomicron拟杆菌的共同定植促进了这两个物种的增长。

至少自1917年以来，在人类粪便样本中检测到酵母，到20世纪中叶，人们认为酵母在人类肠道中的存在具有促腐作用。肠道真菌也可能参与致病过程。在炎症性肠病队列中检测到抗酵母菌抗体，并用作疾病进展的预测因子。使用小鼠模型的研究表明，正常的共生或共生真菌物种可能会加剧具有致敏基因型的小鼠的肠道炎症。在小鼠体内，肠上皮粘液层中存在超过14种真菌属。现有数据可能不完整，因为主要依赖于基于区域性的方法。使用下一代测序的报告也表明人类中存在多种真菌群落。

肠道古菌和真菌也同样受饮食和其他微生物的影响。通过对rRNA位点的内部转录间隔区1（ITS1）进行测序来鉴定真菌，通过对16srrna基因片段进行测序来鉴定古细菌。短期饮食采用回忆问卷进行表征，长期饮食采用食物频率问卷进行表征。分析表明，三个生命域之间以及与饮食成分之间存在显著的相关性——因此，这些数据开始说明人类肠道微生物群中潜在的多域营养相互作用。

人类肠道可能存在的共营养关系，支持人类肠道微生物之间特定相互作用。瘤胃球菌和产甲烷菌共营养的一个例子，其中产甲烷菌消耗H2，使瘤胃球菌从相同数量的底物中产生两倍多的ATP分子。在我们的数据中指定的一个可能的共生菌群包括念珠菌、普雷沃特菌、瘤胃球菌和甲烷杆菌。念珠菌能够降解淀粉，尤其是在用淀粉酶预处理后，如口腔和小肠中存在的人类编码淀粉酶。因此，在一个模型中，念珠菌可能有助于分解富含碳水化合物的食物中的淀粉，从而释放出更简单的糖，供细菌（如普雷沃菌和瘤胃球菌）发酵。然后，产生的发酵副产物将被甲烷杆菌消耗，随后产生CO2和/或CH4。或者，Prevotella可能会将淀粉（预处理或未经人类α-淀粉酶处理）和含甘露聚糖的多糖从食物中降解为较小的多糖和单糖。Prevotella随后会吸收较小的单体和多糖，将它们分解代谢生成琥珀酸盐和其他副产品。所有这些水解都是细胞外的，这将为假丝酵母提供更简单的糖类供发酵（可能低至醋酸盐）。瘤胃球菌可能消耗普氏杆菌产生的琥珀酸盐并产生H2或醋酸盐供甲烷杆菌食用的H+。