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微生物存在于人體、植物、土壤、海洋等各種環(huán)境中，這些微生物群落的集合被稱為微生物組。近年來，微生物組研究成為一個熱門，去年10月份，Science和Nature兩大期刊同時發(fā)文，倡議開展浩大的微生物組研究，以理解和利用微生物組——棲息在多種多樣生態(tài)系統(tǒng)（如人類腸道和海洋）的微生物群落，來改善人類健康、農(nóng)業(yè)、生物能源和環(huán)境（相關(guān)閱讀：Science、Nature發(fā)文倡議微生物組研究）。今年5月份，美國白宮宣布啟動"國家微生物組計劃"，這是奧巴馬政府繼腦計劃、精確醫(yī)學(xué)、抗癌"登月"之后推出的又一個重大國家科研計劃。

近期，有研究人員制備了一種新的體外模型，使微生物組研究超越了種群豐度相關(guān)性，并朝著"調(diào)查宿主-微生物相互作用的分子機(jī)制"這條道路邁進(jìn)。令人興奮的是，最近許多研究將腸道微生物和人類健康聯(lián)系起來。這些研究大多數(shù)都依賴于宏基因組分析，來推斷微生物物種的相對豐度和不同健康狀態(tài)之間的聯(lián)系。雖然提供了豐富的主要信息，但是這些結(jié)果并不能確定一種疾病的原因，只是指出了一種相關(guān)性。為了確定原因，研究人員需要通過用實驗方法，操縱不同的變量，以試圖梳理分析宿主-微生物相互作用的細(xì)節(jié)——這些實驗不能輕易地在動物身上完成。  

目前，盧森堡大學(xué)的研究人員在《Nature Communications》雜志上報道了一種新的人類腸道微流體模型，稱為HuMiX，可模擬腸道的條件和流程，從而讓我們對影響人類-微生物相互作用的變量進(jìn)行系統(tǒng)的操縱。HuMiX具有三個隔離層，第一層用于灌注基質(zhì)，第二層用于人類上皮細(xì)胞培養(yǎng)，第三層用于培養(yǎng)微生物。這些隔離層是由多孔膜分開的，這種多孔膜模仿健康上皮細(xì)胞層，每一層都有進(jìn)水口和出水口，以操縱培養(yǎng)基的物理化學(xué)參數(shù)。該設(shè)備還包含氧傳感器，并能容納一個電極來測量經(jīng)上皮電阻，用以描述細(xì)胞的生長和分化。  

研究人員對設(shè)備內(nèi)的共培養(yǎng)條件進(jìn)行優(yōu)化，用于有氧和厭氧條件，研究人員通過利用該設(shè)備重復(fù)了以前公布的人類和動物實驗，并比較了由此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄組和代謝產(chǎn)物，證明HuMiX能夠概括正常的腸道反應(yīng)。根據(jù)Wilmes介紹，在所有情況下，數(shù)據(jù)都顯示出了強(qiáng)勁的一致性。  

在驗證"該設(shè)備可作為一個優(yōu)秀的人類腸道模型"的過程中，該研究團(tuán)隊對來自themulti-omics研究的一些數(shù)據(jù)變得非常好奇。特別是，腸道上皮細(xì)胞與乳酸菌的共培養(yǎng)，可導(dǎo)致多個miRNA的表達(dá)發(fā)生改變，包括一些目前用于胃腸道癌癥的生物標(biāo)志物。因此，研究人員建議，HuMiX可能促進(jìn)生物標(biāo)記物的鑒定，并促進(jìn)微生物組為基礎(chǔ)的療法的測試。