发表在《自然·微生物学》上的一项大规模实验室研究揭示，广泛使用的工业和农业化学品不仅污染食物和水源，更能选择性抑制、促进并重塑人类肠道细菌，对微生物组平衡和抗生素耐药性产生潜在深远影响。
合成化学品已成为现代工业与农业不可或缺的一部分。这些物质通过农业施用、工业加工或环境污染进入水和食物链，使胃肠道暴露于外源性化合物中。然而，在受控实验室条件下，这些污染物如何影响肠道细菌的适应性和竞争能力，此前知之甚少。
研究团队利用包含1,076种化合物的庞大库进行了体外筛选，这些化合物涵盖工业化学品、农药及其代谢物，以及针对蜘蛛、啮齿动物、细菌、真菌和线虫的靶向化合物。研究人员评估了这些化合物在20微摩尔浓度下对22种健康肠道优势菌株生长的影响，将生长抑制超过20%的相互作用定义为有效抑制。
结果显示，168种化学品至少抑制了一种菌株。其中，拟杆菌目（Bacteroidales），特别是拟杆菌属的Parabacteroides distasonis最为敏感，而黏液阿利克氏菌和大肠杆菌则相对不敏感。杀菌剂、工业化学品和杀螨剂表现出最广泛的抗菌活性，约三分之一的杀菌剂和工业化学品显示出抑制作用。尽管大多数化合物仅抑制少数菌株，但有24种表现出广谱毒性，抑制了超过三分之一的菌株。
具有广谱抑制活性的化合物包括抗寄生虫药氯硝柳胺、塑料添加剂双酚AF、阻燃剂四溴双酚A、杀虫剂甲氨基阿维菌素苯甲酸盐、杀菌剂氟菌唑以及杀虫剂氯丹。此外，150种细菌-化学品相互作用显示出超过90%的生长抑制率，表明这些污染物具有强大的抗菌活性，可能驱动肠道微生物间的竞争优势或劣势。
研究进一步发现，影响某物种的化合物数量与其在人类微生物组中的相对丰度呈正相关，而非与普遍性相关。这意味着，无论是窄谱还是广谱活性的化学品，都可能通过差异生长抑制和选择作用，显著改变微生物组的组成。在由20种肠道细菌组成的合成群落实验中，双酚AF和四溴双酚A的暴露引发了群落层面的响应，且群落环境能重塑细菌在化学压力下的适应性结果。
为探究拟杆菌目对污染物高敏感性的机制，研究团队构建了普氏拟杆菌的转座子突变体库，包含超过3,000个非必需基因的插入突变。通过竞争实验发现，双酚AF、氯硝柳胺和四溴双酚A在低浓度下表现出最强的选择压力。值得注意的是，氯硝柳胺诱导的最强选择压力导致超过90%的突变体在NQ542_01170基因上发生插入，该基因编码一种转录调节因子，与拟杆菌属的 AcrR 外排泵抑制物同源。失去该调节因子不仅增加了对多种污染物的耐受性，还赋予了对抗生素环丙沙星的耐药性，揭示了污染物暴露与抗生素耐药性之间通过共享耐受和外排途径的潜在联系。
在另一物种脆弱拟杆菌中发现的保守污染物耐受机制进一步证实，外排泵调节是拟杆菌目应对化学压力的通用策略。此外，污染物暴露还显著富集了支链氨基酸降解途径中的基因突变，表明化学污染物可能通过改变细菌的代谢输出和次级代谢途径，重塑肠道内的选择景观。
尽管该研究是在体外特定浓度下进行的，但结果强烈提示，工业和农业化学品可能通过调节外排泵和代谢途径，深刻影响肠道菌群的进化与功能，进而改变宿主与微生物的相互作用。对于中国从业者而言，随着国内对食品安全和环境健康关注度的提升，这一发现提醒我们需重新评估日常化学品暴露对肠道微生态的长期潜在风险，并在相关行业标准制定中考虑微生物组安全性。