NAT REV MICROBIOL（IF：60.633）：基于微生物组的疗法

编译：微科盟小木，编辑：微科盟茗溪、江舜尧。

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导读  

胃肠道共生微生物通过降低感染易感性和增强对一系列疾病的抵抗力来促进健康。本篇综述讨论了我们对微生物组对哺乳动物宿主影响的理解，以及最近在培养和鉴定肠道共生微生物方面所做的努力，这些微生物产生或修饰影响疾病病理的代谢物。。我们对共生微生物种类的日益了解以及生态学原理和机器学习的应用，为基于微生物组的治疗提供了机会，从粪便微生物群移植到给药精确定义和临床验证的共生微生物联合体，优化了疾病抗性。

论文ID

原名：Microbiome-based therapeutics

译名：基于微生物组的疗法

期刊：Nature Reviews Microbiology 

IF：60.633

发表时间：2022.1.6

通讯作者：Eric G. Pamer

通讯作者单位：美国芝加哥大学Duchossois Family研究所(DFI)

DOI号：10.1038/s41579-021-00667-9

综述目录

1 前言

2 粪便微生物群移植

2.1 艰难梭菌性结肠炎

2.2 移植物抗宿主病

2.3 代谢综合征和糖尿病

2.4 炎症性肠病

2.5 FMT是一种权宜之计

3 超越FMT: 微生物导向疗法

3.1 共生和共生细菌

3.1.1 厚壁菌门   3.1.2 拟杆菌门   3.1.3 疣微菌门   3.1.4 放线菌门   3.1.5 变形菌门  

3.2 食品和益生元

3.3 共生微生物群

3.3.1 计算方法  

3.4 工程共生菌

3.5 生物衍生的蛋白质和代谢物

4 挑战和瓶颈

5 结论与展望

主要内容

1 前言

寄生在人类体内的微生物群及其总基因组(微生物组)影响每个器官系统，并影响抗病性和易感性。人类肠道微生物种群的组成各不相同，并受到饮食和抗生素暴露的影响。膳食纤维缺乏和抗生素治疗导致的微生物群多样性减少，与从异位性和过敏到病毒、细菌和真菌感染易感性等疾病有关。微生物群组成与疾病易感性之间的关联的发现，以及我们对共生微生物及其代谢物影响人类健康的机制的日益了解，正在推动我们开发靶向疗法，优化微生物群组成并提高抗病性。以增强抗病能力或治疗疾病的方式调控微生物群的方法目前仍然有限。

微生物群恢复的一个重要潜在目标是大量接受广谱抗生素治疗的个体。尽管使用抗生素导致的有益共生细菌的损失会造成一系列不良后果，但这些负面影响被抗生素在降低传染病死亡率方面的积极影响所抵消。抗生素对于最佳医疗保健仍然至关重要，因此需要重新建立无意中缺失的共生细菌种群，以避免与微生物群缺失相关的不良后果。事实上，微生物群的优化越来越被认为是当前和不断发展的医学治疗的一个重要的潜在补充。

大规模、横断面和纵向临床研究揭示了微生物群组成与各种疾病状态之间的关联，在某些情况下，这些关联已在动物模型中得到复制，从而导致对疾病抗性或易感性的机制理解。微生物群缺陷和疾病易感性之间的联系的发现以及潜在机制的描述为治疗方法的发展提供了基础。我们对微生物群的共生成员、它们对饮食的反应、它们的种间相互作用以及它们对哺乳动物宿主的影响的了解日益加深，这为组装治疗性细菌联合体来提高健康水平提供了机会。

粪便微生物群移植(FMT)正在研究作为治疗一系列疾病的方法；然而，对病原体传播的担忧以及无法完全确定粪便样本的组成限制了其更广泛的用途。微生物指导疗法作为FMT的替代疗法分为四类(图1)。第一种，饮食和益生元，可以改变微生物群的组成，范围从靶向微生物群的食物到膳食纤维补充剂和选择用于扩展特定细菌类群的复杂多糖。如果健康微生物群的构建模块(即共生菌株)存在或可从环境中获得，则益生元最有可能有效；然而，如果它们不存在，正如在广泛的临床环境中可能发生的那样，则有必要给予缺失的共生菌株。尽管长期以来人们一直认为大多数肠道微生物是无法培养的，但研究进展已使很大一部分微生物群成员能够在体外培养。这种能力促进了许多不同共生菌株在基因组和代谢水平上的特性表征，揭示了细菌科、属和种之间和内部的显著多样性。第二类，微生物群靶向疗法，即与共生菌群联合体进行肠道重建，有可能通过重新引入已丢失的基本物种来重建微生物群落组成。第三类，微生物群修饰涉及利用工程微生物群成员(即通过基因改造产生物质或与特定目标相关的共生细菌菌株)来提供治疗疗效。该类将需要工具来操纵许多在遗传上难以控制的肠道微生物群成员，这是一项艰巨的挑战。第四类涉及从微生物群中分离和生产新发现的生物活性化合物，用于开发新的疗法。

本篇综述总结了我们对肠道共生细菌的治疗潜力的理解，以及正在进行的优化人类微生物群以降低疾病易感性或增强疾病抵抗力的临床研究的最新进展。我们首先回顾了FMT的临床研究，这仍然是微生物群调控对疾病抗性影响的最直接的证明。然后我们讨论了与健康益处相关的主要细菌门和科，它们的培养以及组装成与宿主协同作用的细菌联合体。最后，我们讨论了在学术和商业研究水平上开发微生物靶向疗法所面临的挑战，以及进行临床试验及最终生产和交付安全、有效和价格合理的治疗产品的监管障碍。

图1 基于微生物组的治疗方法的分类。微生物群在宿主健康中的关键作用已经引起了学术界和新成立公司的极大兴趣，他们正在开发旨在选择性恢复或促进微生物群有益功能的疗法。目前正在研究实现这一目标的一系列方法，如粪便微生物群移植、补充益生元、共生菌群或工程菌株的移植，以及直接提供微生物群衍生的蛋白质和代谢物。

  2 粪便微生物群移植

FMT是一种积极研究的、在有限临床情况下可有效改变微生物群落的治疗方法，涉及将一个复杂的、不完全定义的微生物群落从筛选无病原体的健康供体转移到受体。理想情况下，健康群落的重新建立将导致微生物群有益功能的恢复，包括提供定植抗性、产生有益的代谢物和恢复与粘膜免疫系统的相互作用(图2)。FMT方法的变化，如供体类型或给药途径，有可能影响临床结果(图2)。最近的研究发现，多种因素(如炎症状态和FMT受体的微生物群组成)影响移植微生物的功能和持久性。在下面的章节中，我们描述了针对不同疾病个体的FMT临床试验。重要的是，这些试验从随机、安慰剂对照试验到个体数量差异很大的单臂研究，这使得目前不可能就FMT对不同临床条件的有效性得出普遍性或广泛的结论。

图2 使用粪便微生物群移植疗法恢复微生物组的主要因素。a在以患者为导向的模型中，移植中心为个体粪便微生物群移植(FMT)接受者确定和筛选供体。FMT的源材料也可以来自作为粪便库的一部分的经过筛选的捐赠者。粪便库的使用允许更大的可扩展性，但风险是，一个携带未被检测到病原体的单个捐赠者可能会将该病原体传播给许多接受者。另外，如果一名具有健康微生物组的患者开始了一项会破坏微生物组的医疗程序，早期的样本也可以作为自体移植的FMT来源。b上消化道或下消化道的FMT对FMT的制备(体积和浓度)和生物学效应(暴露于不同的免疫细胞群)都有一些影响。c FMT正在被研究用于治疗各种与微生物群有关的疾病，旨在恢复微生物群落及其群体有益功能，如短链脂肪酸(SCFA)和次级胆汁酸的产生以及与粘膜免疫系统的相互作用。Treg，调节性T细胞。

  2.1 艰难梭菌性结肠炎

通过将健康个体的粪便转移到由艰难梭状芽胞杆菌(Clostridioides difficile)引起的复发性结肠炎患者身上，证实了其对微生物群落重建的潜在影响。艰难梭菌是一种形成孢子、专性厌氧、产生毒素的肠道病原体。艰难梭菌性结肠炎是一种由宿主菌群无法抑制肠道内病原体生长而引起的疾病，而这一功能是几乎所有未接受抗生素治疗的个体的不同菌群都能提供的。艰难梭菌性结肠炎的治疗包括使用抗生素，但失败率很高，部分原因是对其再感染的抵抗需要完整的微生物群。早在60多年前，人们就认识到了这个问题，于是一些先驱性的内科医生开始将健康捐赠者的粪便移植给复发艰难梭菌感染的患者。结果很明显，随后的经验证明粪便移植是非常有效的，成功率为90%。直到一项对照研究证明了FMT比常规抗生素治疗的优越性，FMT才被普遍接受用于治疗复发性艰难梭菌性结肠炎。最近的研究表明，在菌株水平上，FMT成功治疗艰难梭菌性结肠炎与供体共生菌株在受体体内的移植有关。

  2.2 移植物抗宿主病

FMT治疗复发性艰难梭菌性结肠炎的显著疗效刺激了FMT对其他与微生物群组成相关的疾病或从动物研究中已知的受肠道微生物影响的疾病的潜在疗效的研究(图3)。由此产生的临床试验已经证明了FMT的一些优势；然而，FMT治疗复发性艰难梭菌性结肠炎的疗效普遍不显著。对接受异基因造血干细胞移植并随后发展为严重移植物抗宿主病(GVHD)的个体的研究中获得了一些令人鼓舞的结果。来自健康供体的FMT经十二指肠给药后，四分之三的个体GVHD完全消失。在一项涉及15名接受异基因造血干细胞移植并发生GVHD的个体的大型研究中，其中10名患者完全缓解，GVHD消失，受体微生物群α多样性增加，并重新建立了梭菌目(Clostridiales)菌株。一项包括55名激素难治性GVHD患者的研究也显示FMT治疗后临床缓解有所增加。

图3 使用粪便微生物菌群移植的注册临床试验 。从ClinicalTrials.gov数据库中检索已注册的临床试验，搜索词为“FMT”、“fecal microbiota transplantation”、“fecal transplant”和“fecal transplantation”，并根据首次发布到数据库的日期(第一部分)绘制图表a。b部分列出了最常见的目标条件。数据于2021年4月检索。AML，急性骨髓性白血病；BMT，骨髓移植；CD，克罗恩病；CRE，耐碳青霉烯类肠杆菌科；IBD，炎症性肠病；MRSA，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌；UC，溃疡性结肠炎；VRE，耐万古霉素肠球菌。   2.3 代谢综合征和糖尿病

临床和实验研究已经确立了肠道菌群与代谢综合征(包括糖尿病和肥胖)之间的相关性。一项确定FMT对疾病状态影响的创新研究设计是比较十二指肠输注从瘦供体获得的粪便混悬液(同种异体FMT(allo-FMT))和输注患者自己的粪便(自体FMT(auto-FMT))的影响。该研究在allo-FMT后6周显示胰岛素敏感性短暂增强，这与嗜黏蛋白阿克曼氏菌(Akkermansia muciniphila)频率增加有关。相比之下，在早期1型糖尿病患者中，接受auto-FMT的患者比接受allo-FMT的患者能更好地保留β细胞功能。据推测，将粪便微生物群引入上消化道可减少免疫介导的胰岛细胞损伤，作者认为，预先存在的对自体微生物的免疫反应可能会增强FMT的益处。然而，并不是所有的研究都证明FMT对肥胖和代谢综合征患者有效。在使用四种不同的瘦供体粪便时，在未进行肠道准备或抗生素治疗的情况下，制备粪便胶囊并将其施用于研究参与者，发现不同供体移植的菌群存在差异，其中三种供体移植的共生菌比例较小；对体重或代谢参数没有显著影响。

  2.4 炎症性肠病

溃疡性结肠炎和克罗恩病是复杂的疾病，具有不同的表型，至少部分是由肠道微生物群诱导和维持的。一组小鼠模型，尽管在复制人类疾病方面并不完美，但清楚地证明了肠道微生物对炎症性肠病(IBD)的影响。通过对IBD患者的粪便样本进行测序分析，揭示了特定菌株存在或不存在之间的联系，这表明健康捐赠者的微生物群的引入可能会改善疾病，大量针对克罗恩病或溃疡性结肠炎的试验已经启动(图3)。一项关于肠道清洗后经鼻十二指肠灌注allo-FMT与auto-FMT的对比研究没有发现对溃疡性结肠炎的临床或内镜缓解有显著的影响。然而，与接受auto-FMT的个体相比，接受allo-FMT的个体有增强缓解的趋势，治疗反应和微生物群组成之间存在相关性。接受allo-FMT的响应者与供体的微生物群具有更大的相似性，这表明移植供体物种有助于改善。该研究使用了多个健康供体，allo-FMT的影响可能不同，这取决于供体微生物群的组成。在另一项临床试验中，FMT与水灌肠进行了比较，每周给药溃疡性结肠炎患者，持续6周，结果显示FMT治疗患者缓解24%，而安慰剂治疗患者缓解5%。值得注意的是，缓解仅与多个供体中的一个相关，这表明供体微生物群的组成决定了FMT的有效性。一项通过结肠镜检查对FMT进行的复杂、随机试验，随后对来自3-7名捐赠者的40份粪便混合物进行自我给药灌肠，结果表明接受FMT的个体中有27%进展到无类固醇临床缓解，而接受安慰剂灌肠的患者中只有8%进展到临床缓解。在这项研究中，缓解与增加的微生物群多样性有关。最近的一项随机临床试验比较了使用allo-FMT(结肠镜检查后在接下来的一周内进行两次灌肠)与auto-FMT的治疗方案，结果显示，在8周时，allo-FMT组的应答率为32%，而auto-FMT组的应答率为9%。虽然大多数FMT研究都集中在溃疡性结肠炎患者身上，但最近的研究表明，FMT可以延长克罗恩病发作之间的缓解期，并与供体菌株转移给受体有关。FMT也被研究作为肝脏脂肪变性的一种治疗方法，一项试验表明，与auto-FMT相比，接受瘦供体FMT的患者表现出肝脏炎症减轻的趋势。

  2.5 FMT是一种权宜之计

这些最近发表的FMT研究说明了FMT的复杂性及其根据靶向临床条件而产生的不同疗效，并为利用供体粪便来改善受肠道微生物群驱动或影响的疾病患者的健康提供了重要见解。除了潜在肠道病原体的转移这一重要问题外，正如最近有文献记载的那样，供体之间变化的微生物群组成，甚至个体供体随着时间的推移发生的组成变化，都可能以难以预测的方式影响FMT的有效性。在受体方面，许多微生物群驱动的疾病(如代谢综合征、IBD和肝炎)可能与提供定植抗性的微生物群组成有关，而艰难梭菌性结肠炎是由微生物群介导的定植抗性丧失引起的。虽然最终有可能使用宏基因组测序平台来确定供体和受体微生物群的相容性，但目前我们离实现这一目标还有很长的路要走。肠道共生菌株特性的研究和培养这些微生物的能力方面取得的进展表明，可以精确、纯度地开发共生菌株及其产品，并遵守生产治疗药物所要求的严格的卫生和安全法规。

  3 超越FMT: 微生物导向疗法

用特定的细菌种类重建或改变肠道微生物组，虽然原则上很简单，但需要考虑细菌营养需求、它们与其他共生菌株的相容性，包括细菌素和其他毒素的表达以及它们对宿主和潜在肠道病原体的影响。在进行抗生素治疗和/或增加微生物群以降低疾病易感性之后，试图重建微生物群的组成，将需要了解不同的共生细菌种类和菌株如何在肠道生态系统中相互支持、耐受或排斥。在肠道生态系统及其数百种微生物的背景下，这些问题使共生菌株的组装变得复杂。然而，随着我们对不同共生细菌物种的代谢需求和产物了解的增加，创造能够协同作用、在肠道中持续存在并增强抗病能力的菌株组合的能力肯定会得到提高。

  3.1 共生和共生细菌

细菌物种被划分为不同的门，其复杂性和广度各不相同，因此不可能就一门细菌与另一门细菌对健康的影响得出广泛的结论。由于属于特定门的细菌具有影响健康的共同特征，我们在以下章节中回顾了人类肠道中最普遍的细菌门。属于拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)的细菌代表了居住在结肠的大多数物种，而疣微菌门(Verrucomicrobia)、放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)构成较小的种群。这些细菌大多数可能与其哺乳动物宿主共同进化，肠道是它们的主要环境。

越来越多的特定微生物群的有益功能已被报道(BOX 1)。以下部分简要地探讨了我们对构成肠道微生物群的5个主要门的理解的最新进展，重点关注那些影响它们作为活体生物疗法潜力的方面(即肠道环境中共生细菌物种之间的合作和竞争)。重要的是要记住，特定细菌的影响可以是双刃剑；也就是说，在某些情况下有利于宿主(例如，抵抗病原体)，而在其他情况下则可能对宿主有害(例如，增强有害的炎症反应)。

BOX 1 微生物群的有益成员和功能。

厚壁菌门

  梭菌目(Clostridiales)

   - Clostridiales有助于对各种肠道病原体的定植抗性

   -结肠细胞对β-氧化的直接代谢

   -促进调节性T细胞的产生，防止食物过敏

   -新生儿微生物群支持Clostridiales的扩张

   -与炎症性肠病发作相关的Ruminococcus gnavus

   -一些厚壁菌与肥胖有关

  乳杆菌目(Lactobacillales)

   -在上皮细胞中产生抗菌素

   -促进感染后粘膜内稳态

拟杆菌门

  分解代谢摄取的复合多糖和纤维

  多达25%的基因组编码多糖利用位点

  基于多糖利用位点同源性的肠道种内竞争

  IgA介导的与粘蛋白结合的持久性

  使用VI型分泌系统(T6SS)杀死邻近的细菌

  T6SS免疫基因簇广泛存在于移动遗传元件中

  分泌细菌素，杀死竞争细菌

  调节对病原体的定植抗性

  产生B族维生素

  支持其他厌氧肠道共生细菌

  Prevotella copri与类风湿性关节炎的发展呈正相关

  脆弱拟杆菌肠毒素引发炎症，可促进易感小鼠模型中结肠癌的发展

  拟杆菌产生的多糖影响CD4+ T细胞发育，改善炎症性肠病

疣微菌门

  产生乙酸盐和琥珀酸

  代谢粘蛋白衍生的糖类

  粘蛋白聚糖或人乳低聚糖增加的频率

  膳食脂肪影响Akkermansia muciniphila的相对频率

  移植含有A. muciniphila的粪便可以减少肥胖和炎症

  A. muciniphila改善生命后期的葡萄糖稳态

  巴氏杀菌的A. muciniphila可以减少小鼠的肥胖和炎症

  增加接受巴氏灭菌A. muciniphila的个体的胰岛素敏感性

  A. muciniphila增强小鼠的癌症免疫治疗

  A . muciniphila增强IL-10和NLRP6缺乏小鼠的结肠炎

  A. muciniphila在帕金森和阿尔茨海默病患者中频率增加

放线菌门

  双歧杆菌菌株表达碳水化合物ATP结合盒转运体增强对肠出血性大肠杆菌感染的抗性

  表达糖苷水解酶，支持其它共生物种的生长

  与其他细菌类群相互作用，以提高生物素和丁酸盐的产生

  通过刺激结肠调节性T细胞增加肠道乳杆菌种类

  通过抗PDL1免疫疗法增强肿瘤特异性T细胞激活

  增强对转移性黑色素瘤抗PDL1免疫疗法的反应

  可能改善年龄相关的轻度认知障碍

变形菌门

  扩张是生态失调的标志

  在氧气、硝酸盐或四硫氰酸盐的存在下繁衍

  肠道优势会增加血流感染的风险

  共生肠杆菌科与致病菌株争夺营养

  产生抗菌素并被用作益生菌

3.1.1 厚壁菌门

厚壁菌门是高度多样化的，包括乳杆菌目(Lactobacillales)，梭菌目(Clostridiales)，丹毒丝菌(Erysipelotrichia)和厌氧菌纲(Negativicutes)。乳杆菌目包括一些最常用的益生菌，其成员是兼性厌氧菌。相反，梭菌目属于专性厌氧菌，在盲肠和结肠厌氧菌群中占很大比例。乳杆菌目和梭菌目的特定成员具有重要的有益功能；因此，这些菌目的成员很可能在未来重建扰动后的微生物群落功能的试验中发挥重要作用。梭菌目的成员有助于对多种肠道病原体的定植抗性、改善IBD、结肠细胞直接代谢、促进T细胞分化和防止食物过敏。梭菌有助于肠道代谢(如产生丁酸和次级胆汁酸)，影响宿主和肠道病原体。乳杆菌与粘膜免疫系统相互作用，诱导上皮细胞产生抗菌肽，进而促进黏膜稳态，并将色氨酸等氨基酸代谢为生物活性化合物，激活芳香烃受体(AhR)。一些厚壁菌门成员与不良的健康结果有关，如肥胖或Ruminococcus gnavus存在情况下IBD的恶化。对一组毛螺菌科(Lachnospiraceae)分离株的全基因组测序显示，该菌株具有较高的种间和种内多样性。毛螺菌科和其他厚壁菌门成员对疾病抗性或易感性的不同影响突出表明，了解厚壁菌门分类群的多样性对于选择用于微生物疗法的分离株非常重要。

厚壁菌门与微生物群的其他成员进行复杂的交叉喂养相互作用，由于梭菌属于专性厌氧菌，预先与兼性厌氧菌定植可以增强它们在肠道中定植的能力。在正常的人类婴儿发育过程中，也有类似的发育演替过程的报道，这表明支持共生细菌菌株对于梭菌作为活体生物疗法的持久性和有效性可能是必要的。

3.1.2 拟杆菌门

该门细菌种类占结肠微生物群的60%，大部分属于拟杆菌科(Bacteroidaceae)、普雷沃氏菌科(Prevotellaceae)、理研菌科(Rikenellaceae)和紫单胞菌科(Porphyromonadaceae)。拟杆菌门物种对健康和疾病的贡献是复杂的，包括摄入的复杂多糖的分解代谢、对病原体的定植抗性、B族维生素的产生和支持其他厌氧肠道共生细菌。最近的研究表明，拟杆菌目(Bacteroidales)的一些成员表达5α-还原酶和3β-羟基甾体脱氢酶，使它们能够将次级胆汁酸修饰成影响T细胞分化的形式。拟杆菌的一个显著特征是，多达25%的基因组以多种多样的多糖利用位点(PUL)的形式致力于多糖降解和输入，使它们能够将复杂的碳水化合物分解为更易于处理的单糖和二糖。一些拟杆菌门物种，如Prevotella copri与类风湿性关节炎有关，而表达肠毒素的脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)与结肠癌有关。脆弱拟杆菌还产生一种具有免疫调节作用的两性离子多糖，可增强CD4+ T细胞发育并改善IBD。

由于特定菌株编码的防御机制，拟杆菌菌株之间的竞争使得将特定菌株成功转移到受体具有挑战性。例如，脆弱拟杆菌在小鼠体内的定植阻止了其他菌株在肠道的定植，这归因于与PUL同源的基因簇。菌株排除依赖于免疫球蛋白A，它通过促进细菌与粘蛋白的结合增强脆弱拟杆菌在肠道中的持久性。拟杆菌菌株也通过表达VI型分泌系统(T6SS)进行竞争，T6SS以接触依赖性方式杀死竞争者，除非它们表达T6SS特异性免疫基因簇，该基因簇广泛存在于人类衍生的拟杆菌菌株中，并编码在移动遗传元件上。另外，还描述了介导拟杆菌菌株之间竞争的分泌细菌素。拟杆菌菌株进化以获得竞争优势的机制增加了治疗性菌群设计的复杂性，因为在选择现成的菌株时，需要考虑宿主菌株对引入新成员的接受性。此外，在菌株选择中还应考虑到菌群成员接受获得新的和潜在有益的共生体的能力。

3.1.3 疣微菌门

该门只有一个物种，嗜黏蛋白阿克曼氏菌(A. muciniphila)，其通常在人类微生物群中被鉴别。在肠道共生体中，嗜黏蛋白阿克曼氏菌可能是一个具有潜在治疗益处的物种的最好的例子，平衡对健康的潜在有害影响。嗜黏蛋白阿克曼氏菌是专性厌氧菌，可产生乙酸和琥珀酸，使其他共生体(例如Anaerostipes caccae)能够通过乙酰辅酶A途径产生丁酸。在小鼠体内移植含有A. muciniphila的粪便可减少肥胖和炎症的发生，在母乳喂养的幼鼠体内给药A. muciniphila可改善日后的血糖稳态。小鼠给药A. muciniphila表面蛋白以TLR2依赖性方式提供了类似的益处。一项随机探索性临床试验涉及32名接受安慰剂、活A. muciniphila和巴氏杀菌的A. muciniphila的肥胖患者，未检测到短期不良反应，并且接受巴氏杀菌A. muciniphila的个体显示出循环胰岛素水平适度降低以及胰岛素敏感性增加。当嗜黏蛋白阿克曼氏菌存在于微生物群中时，对癌症检查点免疫治疗的反应增强，并且小鼠给药A. muciniphila改善了对检查点免疫治疗的反应。然而，在缺乏IL-10和NLRP6的小鼠中，嗜黏蛋白阿克曼氏菌的存在增加了结肠炎的发病率，并且嗜黏蛋白阿克曼氏菌的频率可能在帕金森病、阿尔茨海默病和多发性硬化个体中增加。

3.1.4 放线菌门

放线菌门包括双歧杆菌(Bifidobacterium)和迟缓埃格特菌(Eggerthella lenta)物种，它们在哺乳动物的肠道中定植并与健康益处相关。双歧杆菌菌株是婴儿微生物群的重要成员，许多双歧杆菌菌株已被开发为益生菌，许多临床前和临床研究表明双歧杆菌物种与疾病抗性和改善癌症治疗反应有关。双歧杆菌菌株表达特定单糖的ATP结合盒转运体，支持乙酸盐的产生，并增强小鼠对肠出血性大肠杆菌感染的抵抗力。双歧杆菌可以从粘蛋白中释放单糖(如海藻糖和半乳糖)，并支持其他缺乏胞外糖苷水解酶的物种的生长。其他协同作用包括小鼠给药长双歧杆菌(Bifidobacterium longum)后促进Bacteroides caccae的生物素产生和Eubacterium rectale的丁酸盐产生。给药短双歧杆菌(Bifidobacterium breve)，通过刺激结肠中的调节性T细胞(Treg细胞)，减少免疫检查点抑制剂诱导的结肠炎。B. breve和B. longum给药还通过抗PDL1免疫疗法增强肿瘤特异性T细胞活化并抑制小鼠的肿瘤生长，临床研究表明，在转移性黑色素瘤患者中，B. longum和B. breve的存在与抗PDL1免疫疗法的反应之间存在相关性。每日口服B. breve可改善年龄相关的轻度认知障碍患者的认知功能。

3.1.5 变形菌门

变形菌门是一门多样的革兰氏阴性细菌。在肠道中，包括肠杆菌科(Enterobacteriaceae)在内的γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)是变形菌中最普遍和最丰富的成员。然而，变形菌门通常是微生物群的少数组成部分，变形菌门的扩张是生态失调的标志。肠杆菌科细菌利用炎症期间的环境变化，如管腔氧、硝酸盐或四硫氰酸盐的增加，从而实现厌氧或有氧呼吸。肠道炎症还可以抑制结肠中严格厌氧菌的生长，而严格厌氧菌通常通过产生短链脂肪酸(SCFAs)和使肠腔酸化来抑制肠杆菌科细菌的复制。在接受异基因造血干细胞移植个体中，肠道菌群的优势(超过总细菌的30%)会显著增加血流感染的风险。在微生物群落多样性较高的环境中，低水平的共生肠杆菌科菌株可以通过直接与致病菌株竞争营养或产生抗菌素而使宿主受益。事实上，E. coli Nissle作为益生菌已经被使用了一个多世纪。变形菌通过消耗氧气促进严格厌氧菌定植。从治疗的角度来看，广泛修饰变形菌成员(如大肠杆菌)的能力提高了创造具有特定功能的设计菌株的可能性。

3.2 食品和益生元

更好地了解微生物群有益成员的营养需求和代谢，开启了通过有针对性地补充首选生长基质来支持这些物种的可能性。事实上，饮食成分的变化，如可溶性纤维菊粉和果胶，改变了提供规定饮食的人类研究参与者的微生物群组成。对人类的研究表明，植物性饮食导致代谢纤维和复杂多糖的厚壁菌门成员的增加，而动物性饮食导致拟杆菌和其他耐胆汁共生体的增加。更极端的饮食缺乏碳水化合物(如高脂肪生酮饮食)会降低微生物群中双歧杆菌的水平和辅助T细胞17(TH17)的发育。最近的一项人类干预研究发现，非常低热量的饮食改善了肥胖者的代谢健康，但改变了微生物群的组成，并降低了对艰难梭菌(C. difficile)的定植抗性。饮食差异(如食用的面包种类)的影响可能因个体而异，并受到微生物群组成的影响。除了饮食成分外，烹饪食物也会通过提高淀粉和纤维的消化率来影响微生物群的组成。

候选微生物群导向的补充食品可以通过利用无菌小鼠筛选对微生物群产生预期影响的潜在成分来生产。这种方法已应用于儿童营养不良的环境中，其中以微生物群为导向的补充食品已被生产、测试并证明可以增加与正常微生物群成熟相关的细菌物种的丰度以及与最佳骨骼生长、免疫防御和神经发育相关的因子的循环。此外，与即食补充食品相比，用微生物群导向的补充食品治疗中度急性营养不良儿童，可增加体重-高度和体重-年龄z得分的变化率。最近，研究人员在成年人肥胖的情况下测试了以微生物群为导向的纤维零食，结果发现这些零食会显著改变人体微生物群和血浆蛋白水平。最近的研究揭示了某些碳水化合物对肠道内特定共生物种和菌株之间相互作用的影响。例如，从复杂的植物源多糖中提取的阿拉伯木聚糖可以增加微生物群中的P. copri。最近，通过用人类共生细菌群定植小鼠并给它们喂食34种不同类型的纤维，测定特定细菌种类的代谢物产生和纤维降解，取得了实质性进展。这些研究为设计适用于各种临床情况的微生物导向的补充食品提供了指导。虽然饮食和益生元对微生物群组成的影响日益明显，但饮食的变化也对宿主产生直接影响，从而影响健康和抗病能力。

3.3 共生微生物群

考虑到与FMT相关的风险和挑战，将特性良好的菌株组装成可以重新建立提供健康益处的微生物联合体的概念是很有吸引力的(图4)。改善微生物群组成的想法可以追溯到Metchnikoff的时代以及他对乳杆菌的假设益处，并催生了持续了一个多世纪的益生菌市场的蓬勃发展。20世纪50年代的研究表明，抗生素治疗的个体对感染的敏感性增加，疾病抗性主要与寄居在下消化道的专性厌氧菌有关。20世纪60年代，Schaedler首次尝试将来自肠道的细菌组合在一起，以接近肠道微生物群的功能；然而，最初的8个菌株都是兼性厌氧菌。在20世纪70年代，出现了包括专性厌氧菌的3个物种的“改良版Schaedler菌群(ASF)”。ASF已被广泛用于无菌小鼠模型，以研究小范围菌株对小鼠生理和抗病能力的影响。例如，8个物种组成的ASF完全支持小鼠乳腺肿瘤病毒通过微生物群依赖性母体传播给后代。然而，在肠道Salmonella enterica subsp. enterica serovar Typhimurium感染的环境中，与SPF小鼠的肠道菌群相比，ASF不提供定植抗性。

共生菌群的研究使用无菌小鼠模型来确定特定菌株组合对特定表型的影响(例如，T细胞亚群的诱导、炎症性疾病的减少或增强对肠道病原体的定植抗性)。可以说，多样性微生物群最容易测定的影响是定植抗性，这是一个复杂的过程，肠道病原体被排除出肠道。在20世纪70年代，荷兰的研究人员认识到，免疫功能高度低下的个体口服不可吸收的抗生素进行肠道净化会形成密集的肠道定植，其中有高度耐抗生素的潜在病原体，如大肠杆菌(E. coli)和粪肠球菌(Enterococcus faecalis)，并使用从健康捐赠者的粪便中提取的厌氧细菌培养物在人体内重建定植抗性。然而，组装共生菌株并将其用于个体的第一步是由Tvede和Rask-Madsen在1989年完成的，他们培养了10个由兼性厌氧菌和专性厌氧菌组成的菌株，并将其通过灌肠给5个反复感染艰难梭菌的个体。虽然这是一项非受控研究，但这5名患者的无复发表明该联合治疗有一定的有效性。

许多年后，才进行了进一步的研究，以确定对艰难梭菌具有定植抗性的特定菌株。一项初步研究表明，六种共生菌株联合使用的细菌疗法可以清除感染小鼠肠道中的艰难梭菌，随后的实验表明，由四种细菌菌株组装的联合体，包括Clostridium scindens(一种可以将初级胆汁酸转化为次级胆汁酸的物种，已证明可抑制艰难梭菌的生长)，显著增强了小鼠对艰难梭菌性结肠炎的抵抗力。由四种共生菌株组成的菌群可以减少耐万古霉素Enterococcus faecium和单核增生Listeria monocytogenes在小鼠肠道定植。介导清除这些革兰氏阳性病原菌的机制涉及羊毛硫抗生素的产生，这是一类核糖体合成的小肽，对革兰氏阳性菌广泛有效。越来越多的人认识到，抗生素也可以由寄居在下消化道的细菌产生；然而，它们对结肠生态系统的影响仍有待研究。

建立对侵入性肠道病原体(如Salmonellaspp.)的定植抗性一直是一个挑战。最近的研究调查了被称为Oligo-Mouse-Microbiota(Oligo-MM12)的12个细菌菌株联合体的影响，发现这些菌株即使与8个物种组成的ASF联合使用，对鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella Typhimurium)的定植抗性也很低。使用宏基因组测序来确定存在于定植抗性中的代谢途径——赋予多种微生物群但在Oligo-MM12和ASF中缺乏，研究人员确定了三种细菌菌株，E. coli、Streptococcus danieliae和Staphylococcus xylosu，它们通过Oligo-MM12增强定植抗性。15株菌株的组合对鼠伤寒沙门氏菌感染具有高水平抗性，后续研究表明，大肠杆菌消耗半乳糖醇与毛螺菌科消耗C5和C6糖相结合可抑制鼠伤寒沙门氏菌。另一项研究表明，产生丙酸的拟杆菌物种也提供了对鼠伤寒沙门氏菌的定植抗性。对其他革兰氏阴性病原体(如柠檬酸杆菌Citrobacter rodentium、大肠杆菌和肺炎克雷伯菌Klebsiella pneumoniae)的定植抗性的其他机制包括小菌素产生、琥珀酸消耗、氨基酸消耗和肠道酸化产生的SCFA。

由于已知微生物群会影响T细胞的分化，改变微生物群的组成是一种改变免疫反应的潜在方法，可能会增强癌症治疗或免疫缺陷环境中的免疫反应，并在自身免疫环境中减弱它们。考虑到这些潜在的目标，几项研究已经确定了能够增强Treg细胞、TH1细胞或TH17细胞的共生细菌群体。在无菌小鼠中，Treg细胞可由属于梭菌目的17种不同菌株诱导，导致肠道炎症减弱。随后的研究没有选择产芽孢细菌，鉴定出多种属于拟杆菌门的细菌菌株，这些菌株在无菌小鼠单殖后也能诱导Treg细胞。肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)可介导小鼠结肠中TH1细胞的诱导。一个由属于拟杆菌门(7株)、厚壁菌门(3株)和梭杆菌(1株)的11种不同共生菌组成的联合体被发现能够增强肠道中的CD8+ T细胞群和对检查点抑制剂癌症免疫治疗的反应。

最近建立、发布和共享大量来自健康人类捐赠者的各种全基因组测序分离物的努力也将有助于开发有效的细菌组合。总之，这些菌株集合代表了研究人员可以用来组装菌群联合体的分离工具箱的规模急剧增加。

图4 共生微生物联合体的产生。在自上而下的方法中，具有所需功能的复杂群落或多个群落被分离或浓缩为特定的微生物成员，并测试所需的功能，如特定的代谢物生产，然后在临床使用前对单个成分进行鉴定。在自下而上的方法中，健康的微生物群落的组分可以分离和筛选所需的功能特征。理想情况下，选择的分离物可以在迭代过程中重新组合，以产生简单的联合，共同驱动所需的功能。这两种联合方法不是相互排斥的，而是互补的，因为自上而下的方法可以指导自下而上方法中孤立组分的重新组装。同样，自下而上的方法可以帮助指导通过自上而下方法确定的联合体的进一步优化。然后可以通过优化生长条件、交付形式(例如，冷冻细胞、孢子或冻干细胞)和交付方法或途径来制备鉴定出的联合体以供临床使用。

3.3.1 计算方法

尽管用于组装联合体的方法主要包括挖掘不同微生物群组成或微生物组编码的代谢途径与实验或临床表型之间的相关性，但已经进行了各种尝试，利用计算平台来预测哪些微生物群组成可能产生所需的表型。在共培养中使用一组共生细菌(12种)，发现了有趣的相互依赖关系，其中既有竞争(消极)的相互作用，也有合作(积极)的相互作用。这类的实验结果被用来模拟和区分在复杂的微生物群中肠道共生体之间成对和高阶的相互作用。另一种方法是使用17种细菌的不同组合，诱导结肠中的Treg细胞。研究人员利用12种细菌菌株不同组合的生态模型，成功预测了诱导Treg细胞的共生体的较小组合。正在开发的计算平台还处于早期阶段，由于缺乏关于细菌密度、代谢物生产和消耗以及广泛的环境因素的纵向和定量数据而受到限制。然而，考虑到不同共生物种的潜在组合数量之多，机器学习和人工智能平台的开发无疑将推动这一领域的发展。

3.4 工程共生菌

虽然肠道共生细菌种类多样，并且在许多情况下都能提供健康益处，但改造存在于胃肠道中的细菌菌株的能力具有潜在的效用。大肠杆菌和Lactococcus lactis等菌株已被用作载体传递重组蛋白；但这些物种通常不存在于肠道中。肠道专性厌氧菌的遗传操作是一个相对较新的研究领域，在过去的十年中取得了很大的进展。特别是，已经开发了许多平台来改变拟杆菌目的基因组。拟杆菌的开发工具非常复杂，但在识别诱导型和组成型启动子以及提供几个数量级动态表达范围的核糖体结合位点序列方面已经取得了进展。最近，通过使用16S核糖体RNA基因启动子和阻遏因子TetR，重组蛋白在拟杆菌中的表达可高达9000倍。通过构建能够利用特定多糖实现等位基因置换的功能获得性载体，可进行遗传操作的拟杆菌菌株的范围已经扩大。Bacteroides thetaiotaomicron已被用于异质表达番茄红素色氨酸脱羧酶，以促进色氨酸在下消化道的表达。随后的研究表明，用这种重组B. thetaiotaomicron菌株定植小鼠增加了杯状细胞的粘液释放，并使小鼠对葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎具有更强的抵抗力。一种促进肠道内共生菌株定植的有趣方法是，设计它们表达PUL，使其比其他寄生菌群具有选择性优势。这是通过在B. thetaiotaomicron和Bacteroides stercoris中表达紫菜聚糖的PUL来实现的，紫菜聚糖是一种从可食用的海藻条斑紫菜(Porphyra yezoensis)中提取的多糖，并证明给老鼠喂食含有紫菜聚糖的饮食能使重组菌株获得与常驻拟杆菌成员相当的竞争优势。与拟杆菌的遗传操作相比，梭菌的进展较为缓慢。然而，近年来出现了几个使用CRISPR-Cas9的新平台，可以删除梭菌孢子基因编码的蛋白质，这些蛋白质产生10种不同的代谢物，如SCFAs和支链脂肪酸。从C. scindens中提取的参与初级胆汁酸向次级胆汁酸转化的基因已经在C. sporogenes中异质表达，使重组菌能够合成去氧胆酸和石胆酸。这些最近在梭菌遗传操作方面的进展带来了希望，即很快将有更多的工具可用来设计这些胃肠道的主要成员以提供健康益处。

3.5 微生物衍生的蛋白质和代谢物

肠道菌群通过释放代谢物、细胞成分和分泌蛋白来影响宿主，这些物质可以激活宿主受体介导的各种效应，从炎症到免疫抑制。对无菌小鼠和常规饲养小鼠24个器官的96个样本点的代谢物进行比较，发现微生物群的存在改变了所有器官中代谢物的存在。微生物群中编码了大量的生物合成和代谢能力，包括色氨酸代谢物的产生，色氨酸代谢物可以作为AhR配体影响免疫细胞分化。越来越多的微生物源性介质正在被识别，对于那些在宿主中诱导潜在有益反应的介质，可开发为潜在的治疗药物。例如，编码产生具有蛋白酶抑制活性的肽醛的肽合成酶的基因簇已被确定。在广谱抗生素治疗后，包括短链脂肪酸和次级胆汁酸在内的某些代谢物的产生被减少或消除。这些普遍且通常集中的代谢物影响微生物群和宿主，治疗方法的目标是在微生物群破坏后恢复这些代谢物的“健康”水平。

在一些临床情况下，特别是在免疫功能高度低下的个体中，使用活体生物疗法是有风险的。在这些情况下，给药来自微生物群的产品可以提供微生物群的益处，而不存在诱导全身感染的风险。这种方法的一个重要挑战是它们的生产、挥发性和适当的药物输送到胃肠道的适当部位。进一步的考虑是，微生物源性药物可能会影响微生物群或宿主。可能影响构成肠道微生物群的细菌分类群的潜在介质包括最近被审查的各种细菌素。就蛋白质或代谢物而言，其对宿主的影响将受到吸收和全身传播的影响，而不仅仅受肠腔功能的影响。最近的筛选研究已经确定了一系列激活G蛋白偶联受体的微生物群衍生代谢物。

短链脂肪酸(SCFAs)是一种重要的潜在疗法。在肠道中，最丰富的短链脂肪酸乙酸、丙酸和丁酸是通过膳食纤维的厌氧发酵大量产生的。乙酸的产生在不同的分类群中很普遍。值得注意的是，产乙酸细菌(如Blautia hydrotrophica)能够使用CO2和H2通过Wood Ljungdahl途径生产乙酸盐。厚壁菌门的成员(特别是毛螺旋科或瘤胃球菌科)是生产丁酸盐的主要来源，尽管并非这些科中的所有物种都能将碳水化合物发酵成丁酸盐。拟杆菌门物种显著促进丙酸的产生。乙酸、丙酸和丁酸的直接上游生产途径已被阐明。然而，微生物群的个体成员产生的不同短链脂肪酸的数量和平衡并不十分清楚，可能会根据可获得的碳水化合物而有所不同。这种灵活性的影响尚未得到充分理解。鉴于SCFAs在宿主代谢、免疫调节、对定植抗性的贡献，甚至与保护下呼吸道远端部位的病毒感染有关，在接受广谱抗生素治疗的个体中补充SCFA可能是一种潜在的治疗干预。

影响宿主免疫防御的第二类微生物代谢物是胆汁酸。初级胆汁酸在肝脏中产生并被输送到肠腔，通过其去污剂特性促进膳食脂质的溶解和吸收。大多数胆汁酸从回肠被吸收，并通过血液输送回肝脏，约5%的胆汁酸进入大肠，在那里它们被微生物群成员修饰。初级胆汁酸微生物代谢的第一步是通过胆盐水解酶(BSHs)去除甘氨酸或牛磺酸残基，生成胆酸或鹅去氧胆酸。BSH活性的变化可对宿主健康产生重要影响。例如，BSH活性降低与霍乱弧菌(Vibrio cholerae)感染易感性有关。令人惊讶的是，微生物群中的一些成员(如Clostridium bolteae)也能够将胆酸与苯丙氨酸、酪氨酸或亮氨酸结合产生新的化合物，通过法尼醇X受体发出信号。未结合的胆汁酸可以被微生物群的不同成员以多种方式转化。包括C. scindens在内的一小部分肠道微生物的7α脱羟基作用分别导致胆酸和鹅去氧胆酸产生次级胆汁酸去氧胆酸和石胆酸。这些次级胆汁酸更具疏水性，影响了艰难梭菌的毒性。去氧胆酸可以被表达3α-羟基甾体脱氢酶和3β-羟基甾体脱氢酶的细菌进一步转化为异去氧胆酸，异去氧胆酸是一种对哺乳动物细胞和共栖细菌具有较低毒性的胆汁酸。异去氧胆酸可下调树突状细胞的免疫刺激特性，从而增强外周诱导的Treg细胞的生成。一些拟杆菌菌株表达5α-还原酶和3β-羟基甾体脱氢酶，使它们能够沿着鹅去氧胆酸到石胆酸的Bai通路从胆汁酸中间体生成异别石胆酸。几种革兰氏阳性病原菌可被异别石胆酸抑制，这也有助于Treg细胞的发育。其他肠道微生物在3、7和12位氧化或差向异构化胆汁酸。这些转变可能会产生重要的后果；例如，异去氧胆酸、异石胆酸或3-氧石胆酸的产生调节Treg细胞分化。另外，一项研究表明，异别石胆酸可促进Treg细胞的发育，而3-氧石胆酸则降低TH17细胞的分化。这些研究和其他研究表明，恢复广泛(BSH)和更专一(7α脱羟基)活性是设计基于微生物群的疗法时需要考虑的重要因素，并且还表明直接输送这些胆汁酸变体可能具有治疗潜力。

4 挑战和瓶颈

大多数新疗法都要经过漫长而危险的道路才能进入市场，首先要发现化合物，进行实验室检测，然后申请专利。知识产权的专利保护使投资者和风险投资家确信，他们的投资将产生利润，并限制竞争对手在无需承担研发成本的情况下生产和交付类似产品的能力。一个必然的结果是，由于缺乏资本投资，开发非专利但潜在有效的疗法将具有挑战性。微生物组成分及其组合的专利性仍不清楚。天然产品的专利是有争议的，部分原因是它可能会对它们的临床发展产生不利影响。例如，在人类基因组测序后的早期，基因可以申请专利，但这限制了其他研究人员研究这些基因的能力，并阻碍了研究团体和潜在竞争对手开发诊断测试。2013年，美国最高法院否决了基因专利的权利。自1981年以来，通过遗传操作来改变或增强特定功能的菌株已获得专利。目前还不清楚从人类捐赠者身上分离出的未经处理的细菌菌株是否能获得专利，并作为知识产权受到保护。然而，最近，从人类粪便中分离出来的未经遗传操作的细菌菌株组合被授予了专利。

将实验室发现转化为临床需要进行临床试验，以证明其安全性和有效性、安全生产、分销以及最终交付给患者。开发和安全交付一种由活细菌组成的药物面临着特殊的挑战。与化学药物的成分和纯度可以精确确定不同的是，活细菌必须在复杂的培养基中培养，而且即使保持纯度，也可能发生突变，在长期培养后要么获得功能，要么失去功能。因此，保证均匀性、纯度和有效性成为一项需要高度警惕的重大挑战。由于下一代益生菌的健康主张(即治疗或预防疾病)，美国食品和药物管理局(FDA)与欧洲药品质量理事会将分别对其在美国和欧洲的临床应用进行规范。这两个部门都发布了活体生物治疗产品的开发指南，各公司都报告了在这两个监管环境下进行的细微差别。治疗或预防艰难梭菌感染的益生菌，或减少耐抗生素病原体在肠道内定植的益生菌将被归类为药物，因此将严格测试其安全性和有效性。

结论与展望

活菌给药可改善健康的观念继续支撑着数十亿美元的益生菌产业。药店的货架上摆满了各种各样的活菌制剂，这些制剂被宣传为可以提高普通人的幸福感，同时避免了某些特定的健康声明，因为这些声明会招致监管机构的审查，需要受控的临床试验和FDA的批准。我们对肠道微生物群的了解，包括肠道内细菌物种之间的相互作用和影响宿主免疫防御和生理的代谢物的产生或修饰，为新疗法的开发带来了一系列机会。与不良临床结果或慢性疾病相关的微生物群缺失提供了一幅如何通过优化微生物群改善人类健康的图景。同时，临床试验目前正在针对一系列条件测试不同类别的基于微生物组的疗法(表1)。

表1 基于微生物组的疗法在开发和临床试验中的实例。

CDI，艰难梭菌感染。a2021年在Digestive Disease Week上发布的结果；b2020年在美国胃肠病学会会议上发布的结果。

虽然临床前研究可以在获准从事微生物病原体研究的标准实验室中进行，但活菌临床试验要求设施遵守良好生产规范指南，以确保活体生物治疗剂的质量、纯度和稳定性。开发良好生产规范设施的费用和复杂性限制了新的活体治疗剂的开发，主要限于商业实体，这些商业实体在少数疾病的狭隘研究中测试细菌联合体。考虑到构成微生物群的菌株的显著基因组变异以及我们对它们在复杂群体中的代谢和协同性的理解不全面，因此该领域的进展将需要在学术实验室进行创新驱动研究，重点放在共生细菌种群的微生物学、宏基因组学、生物化学、代谢组学和生态学。虽然使用动物模型的临床前研究可以为肠道中共生菌群的某些功能提供有价值的信息，但人们很清楚，每种哺乳动物的肠道和微生物群都是不同的。为了在人体微生物组优化方面取得进展，不同活体生物制剂的研究将需要在精心设计的临床试验中进行广泛和反复的研究，这些临床试验更有可能在政府、基金会和/或慈善基金支持的学术环境中产生成果，而不是通过持续的、狭隘的商业努力。