腸道菌群失調可能導致腹瀉、腹脹、便秘、口臭、皮膚過敏等疾病。補充益生菌已成為人們日常保健方法之一。但為什么有些菌群可以定植（定殖）在腸道中，有些卻不行？

近日，國際學術期刊《細胞》（Cell）在線發(fā)表論文，來自美國哥倫比亞大學和洛克菲勒大學的研究人員提供了一種新的計算框架，通過大規(guī)模比較基因組學，揭示了微生物與腸道定植相關的基因模塊。

研究人員發(fā)現，大腸桿菌蛋白TrhP和YigZ是其在腸道定植的必需關鍵因子。如果過表達yigZ基因，可使大腸桿菌MG1655在腸道定植能力增強100倍以上。

這些最新發(fā)現對理解胃腸道 (GI) 菌群失調相關疾病以及開發(fā)精準的治療方法，甚至“腸道菌群編程”都至關重要。

該論文稱，微生物棲息在各種各樣的環(huán)境中。但其適應多樣化環(huán)境的能力的分子機制在很大程度上仍未得到探索。當我們渴望設計微生物和相應的生態(tài)系統(tǒng)，以造福人類健康和環(huán)境可持續(xù)性時，人們需要一種方法來系統(tǒng)而快速地確定微生物在整個生物圈中生態(tài)位定植的遺傳基礎。

在最新發(fā)表的論文中，研究人員提供了一種新的框架，通過計算識別與特定環(huán)境（或棲息地、生態(tài)位）定植相關的微生物基因，利用互信息(MI)來識別基因組中對微生物定植高度有用的蛋白質，并評估相關因子對微生物定植能力的影響。

實驗和生態(tài)證據表明，細微的基因變異可以顯著影響微生物在腸道中的定植能力。

馴化的“野生型 ”大腸桿菌菌株K12 MG1655 已在實驗室中培養(yǎng)和傳代近一個世紀，它在小鼠和人類中表現出較差的定植性。但是在前述最新發(fā)表的研究中，yigZ mp13基因拷貝數的適度增加約5倍即可顯著增強大腸桿菌的早期腸道定植。

此外，研究人員表示，成功“落戶”腸道可能需要微生物進化出獨特的機制來優(yōu)化“落戶”過程的各個階段——播種、擴張、競爭和長期持續(xù)。但目前的“基因型-棲息地”關聯(lián)方法缺乏這樣的分辨率。事實上，實驗顯示，八只小鼠中，僅有一只小鼠的腸道中在74天后仍存在過表達yigZ基因的大腸桿菌。這意味著該大腸桿菌菌株可能缺少長期定植小鼠腸道所需的其他輔助因子。這一發(fā)現為未來的研究指明了方向。