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肠道微生物组拥有超过哺乳动物基因组100多倍的酶，这使得哺乳动物摄入的膳食营养物可以被代谢为各种类型的物质。目前对肠道菌群对健康和疾病的影响的研究已取得了较大的进展，然而很少有研究者关注肠道菌群摄入和消耗的物质。这些物质和宿主消化过程密切相关，例如纤维素无法被上消化道消化，但可能成为关键微生物组的原料。在代谢物的研究中，同位素示踪法可以定量测量代谢产物和产量；而基于测量细菌特异性肽序列中的标记，稳定同位素示踪和质谱联用也可以进一步确定特定微生物的代谢摄入。本篇文章就利用上述技术对肠道微生物及其产物的代谢摄入进行了大规模的定量评估。
首先作者在静脉、体循环液和盲肠中检测了50种微生物组常见的代谢物的绝对含量。为了探究肠道微生物的摄入，作者通过灌胃的方式给予小鼠13C标记的淀粉和菊粉（可溶纤维）等物质，发现微生物对于碳源的摄入主要依靠膳食纤维，而氨基酸的合成主要依靠外界的游离氨基酸或者蛋白质，外源的蛋白质通过微生物转化为了支链脂肪酸和芳烃等。因此，不易消化的碳水化合物和蛋白质直接为微生物提供食物，而微生物衍生的产物又间接为宿主提供食物。
接下来，作者研究了宿主循环中的营养物质是否可以为肠道菌群提供营养。作者将氘化的水和18种13C标记的主要循环种营养物注入小鼠中，通过收集血清和粪便，定量各循环养分对响应粪便代谢物的碳贡献。实验发现除了13C标记的乳酸和3-羟基丁酸外，大多数注入的循环营养物质没有渗透到粪便中。之后的研究发现，循环的宿主乳酸、3-羟基丁酸盐和尿素为肠道微生物提供养分。随后作者又确定了微生物组代谢物的来源：必需氨基酸主要通过饮食得到，不经过任何的碳重排；与TCA循环最紧密的非必要氨基酸基本通过微生物组的中心代谢反应合成的，需要利用纤维中的碳源；转氨反应则能够将饲料中的氮与宿主尿素中的氮部分混合。
为了确定特定细菌对营养物质的偏好，作者进一步结合蛋白质组学技术利用细菌特异性的蛋白质序列来测定不同细菌的生长速率。作者发现厚壁菌门的大多数属更多消耗膳食蛋白质，拟杆菌门的细菌更倾向于消耗膳食纤维，而Akkermansia的循环宿主是乳酸。这种偏好与微生物组成组要受到饮食的种类响应。所以作者最后得出结论：饮食通过增加细菌优先摄入的营养物质来塑造微生物群。
总之，在本篇文章中，作者利用同位素示踪、蛋白质组学等技术对小鼠肠道微生物摄入和排出的代谢组进行了定量研究。
原文链接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)00923-0
原文引用：https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.020
