综述 | Annu. Rev. Microbiol：食物如何影响肠道对致病菌的定殖抗性
编译：艾奥里亚，编辑：小菌菌、江舜尧。
原创微文，欢迎转发转载。
食物对健康的各个方面都有重大影响。最近的数据表明，食物成分也会影响肠道对致病菌感染的敏感性。本文中，我们就食物如何改变微生物菌群，粘膜防御以及这种影响如何影响细菌感染进行讨论。本文以鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella Typhimurium）作为一个范例，并以其他病原体作为补充，讨论了食物组成对定殖抗性、宿主防御和感染过程的影响，以及小鼠模型和实验食物选择上的优点和局限性，这些都可以用来解释其潜在的机制。
论文ID
原名：How Food Affects Colonization Resistance Against Enteropathogenic Bacteria
译名：食物如何影响肠道对致病菌的定殖抗性
期刊：Annual Review of Microbiology
IF：10.210
发表时间：2020.7
通信作者：Markus Kreuzer，Wolf-Dietrich Hardt
通信作者单位：苏黎世联邦理工学院
综述目录
1 细菌肠道感染对健康的影响
2 对感染的自然抵抗力
3 定殖抗性
4 宿主防御保护免受细菌肠道感染
5 影响微生物菌群和感染易感性的因素
6 食物的关键作用
7 食物成分如何影响肠道致病菌的感染抵抗力
8 微生物代谢物抑制毒力
9 微生物代谢物促进感染
10 微生物代谢物影响宿主防御
11 消化生理可以促进感染
12 研究小鼠对鼠伤寒沙门氏菌感染抵抗力的模型
13 目前小鼠模型评估感染耐药性的主要局限性
14 食品成分的控制
主要内容
1 细菌肠道感染对健康的影响
肠源性细菌是全世界食源性腹泻的主要原因。除了急性腹泻病之外，一些肠道病原体还可以在全身范围内传播，导致危及生命的感染，或增加应激性或炎症性肠道疾病等慢性后遗症的风险。由于大多数肠道致病菌缺乏疫苗，抗生素治疗无效，我们需要替代的预防或治疗方法。食物组合可能是一个有吸引力的选择。为了解释食物对肠道细菌感染的潜在影响，我们综述了肠道微生物菌群的保护功能和宿主响应，不同食物成分的影响，以及可用于机理研究的研究模型。
2 对感染的自然抵抗力
即使是在被肠道致病性细菌定居时，哺乳动物宿主通常对传染病仍具有很强的抵抗力（表1）。急性肠道疾病的发病率通常比肠道病原体暴露的发病率低得多。在非伤寒沙门氏菌感染的情况下，约1%的健康人群会发生粪便病原体脱落，腹泻病的发病率比接触率时要低10-100倍。因此，大多数宿主本身固有一定程度的病原菌抵抗力。这种感染抵抗力是由微生物菌群（定殖抵抗力）和宿主肠道生理和免疫系统产生的防御共同作用的结果。我们将先介绍这些机制，然后再讨论它们是如何受食物调节的。
3 定殖抗性
栖息在哺乳动物肠道中的成熟、复杂的微生物群阻止了外来肠道致病菌在肠腔中的生长和毒力因子的表达。这种保护被称为定殖抗性（CR）。CR归因于一系列不同的机制，包括以下几方面：
1. 抑制代谢：肠道微生物菌群将膳食纤维发酵并转化为短链脂肪酸（SCFA）。醋酸盐可以通过阻止甲硫氨酸的合成来抑制Escherichia coli的生长。丙酸通过对HilD进行翻译后修饰从而抑制III型分泌系统1（T3SS1），进而抑制Salmonella enterica subsp. enterica serovar Typhimurium（S. Typhimurium）的生长。
2. 拮抗作用：许多Enterobacteriaceae科细菌表达产生很小的蛋白质，其被称为细菌素或结肠素，可杀死其他相关菌株。这可以细菌素可以杀死外来的肠道病原体。此外，许多细菌利用VI型分泌系统将效应蛋白注入靶细胞。因此，攻击细胞能够以一种依赖于接触的方式杀死即将到来的竞争对手。
3. 噬菌体：强毒力和温和性细菌噬菌体会降低特定细菌菌株的健康状态，包括微生物菌群和外来的肠道病原体菌株。在某些情况下，噬菌体甚至足以消除肠道病原体。
4. 营养物：原著微生物菌群造成的营养素枯竭是导致CR的一个主要因素。例如，共生大肠杆菌能够通过耗尽脯氨酸或糖，以此在与外来致病性大肠杆菌斗争过程中获胜。共生性Enterobacteriaceae科对铁或氧的竞争也可以防止肠道Salmonella的生长。
4 宿主防御保护免受细菌肠道感染
从外部看，病原体和共生细菌往往惊人地相似。因此，保护机制往往影响病原体的同时也在影响这共生细菌的生长，但这种影响程度不尽相同。许多宿主反应可以增强感染抵抗力（表2）：
1. 氧气供应：肠细胞被认为通过利用丁酸盐和参与耗氧的β氧化来维持肠腔的厌氧环境。这促进了严格意义上的微生物菌群厌氧成员的生长，从而增强了CR。
2. 胆汁酸：胆汁酸被释放到肠腔以帮助脂肪的消化。同时，它们可以杀死一些外来的病原体。然而，肠道微生物菌群也易受到胆汁的影响。在某些情况下，这会促进耐胆汁的肠道病原菌的感染。此外，胆汁酸可以诱导某些细菌的毒力基因表达。因此，他们是一把双刃剑。
3. 抗菌肽：这些是由潘氏细胞稳定产生的具有抗菌活性的小蛋白家族。它们受到微生物的刺激而表达上调，并通过浸润感染粘膜的吞噬细胞和肠细胞而增强。抗菌肽可以杀死传入的病原体。然而，在某些情况下，它们也会影响肠道微生物菌群的敏感微生物，促进或延长感染。
4. 分泌型IgA（SIgA）：曾经接触病原体或接种灭活细菌可产生O抗原特异性IgA。这可以将生长中的病原体细胞包裹成团块，从而防止其入侵组织。此外，包裹也增加了病原体从肠腔清除的可能性。
5. 粘液：粘液层限制病原体进入上皮细胞。它还可以作为分配SIgA和抗菌肽的支架。粘液层的保护功能在受微生物菌群和感染的过程中动态调节。
总的来说，人体固有的感染抵抗力依赖于一系列依赖微生物菌群和宿主的机制。由于它们高度互连的性质和它们的强烈调制，它们的相对重要性可能因不同机体而产生差异。
5 影响微生物菌群和感染易感性的因素
虽然在子宫内没有细菌存在，但每一种哺乳动物在其出生后都会被微生物侵占，并发育出具有成熟微生物的成熟肠道微生物菌群。相比于成年，新生儿更容易受到肠道致病菌的感染。同样，新生小鼠比成年动物更容易受到肠道Salmonella定殖和病原体系统性传播的影响。因此，微生物菌群和肠道防御系统的成熟对于建立感染抵抗力是必要的。
人类体内微生物菌群的建立大约需要三年时间才能达到一定的稳定性。母乳喂养是影响微生物菌群发育的主要因素。母乳是一种复杂营养素的混合物，其中包括乳糖、脂肪和糖蛋白等成分，以及母体抗体等。食物组成和免疫保护通常在决定婴儿微生物菌群和肠道成熟动力学方面占据主要因素。在完成微生物菌群建立的初始阶段之后，成分保持相对稳定。然而，抗生素或饮食等因素仍然可以改变微生物菌群的组成或其空间分布。现代医学同样也不例外，在835种人体靶向药物中，24%的药物在体外对40种选定的肠道微生物群细菌中的一种或多种表现出抗菌活性。随着人体微生物菌群的建立及成熟，生命早期微生物群联合的顺序可能会影响机体对感染的抵抗力。这种众多的调节因素及其序列可能解释了为什么成熟微生物菌群的确切组成和适应新物种的能力在健康个体之间存在显著差异，以及为什么某些微生物菌群组成（被称为肠型）比其他的更常见。类似的，双胞胎研究发现，即使在具有相同基因型的受试者中，相同的食物也会引发不同的生理反应。因此，这种反应必须受到非遗传因素的影响，如微生物菌群、寄主新陈代谢或先前的饮食习惯。
6 食物的关键作用
食物可以对感染抵抗力产生重大影响。食物消化和上消化道的养分吸收限制了位于远端肠道的微生物菌群直接接触到的食物成分。相反，留在肠腔中的食物成分将变得可以被微生物菌群获得，并改变它们的生理和群落结构。本章节中，我们讨论了食物及其代谢产物对寄主响应和微生物菌群的影响，通过一些例子讨论食物成分是如何影响抗感染能力的。
植物细胞壁由复杂的碳水化合物（纤维）组成，即具有糖苷键或修饰的碳水化合物聚合物，不能被宿主的糖苷水解酶和多糖裂解酶切割。虽然人类只编码8种用于食物消化的糖苷水解酶，但人类微生物菌群的初级发酵菌编码更多的糖苷水解酶。这种高丰度的糖苷水解酶确保了微生物菌群可以接触到大多数复杂的碳水化合物，从而可以将营养物质提供给次级发酵者，并将SCFA提供给宿主。事实上，食物是根据其复杂的碳水化合物含量进行分级的。完全精制的食物几乎不含复杂的碳水化合物，而未经精制的食物往往含有更多的碳水化合物。根据这一结果，对34种食品级纤维进行筛选，确定了几种影响微生物菌群菌株的纤维（169种）。在无菌小鼠中的遗漏实验表明，一些菌株（B. vulgatus和B. cellulosilyticus）竞争豌豆纤维阿拉伯聚糖，而另一种菌株（B. ovatus）使用交替的多糖。因此，通过利用正交的酶组，菌株能够通过利用替代纤维来避免竞争。同样，膳食纤维摄入量低与SCFA产量下降有关，这反过来又会改变微生物组成，导致不利营养物质的利用，并导致微生物多样性的长期丧失。
6.2 抗性淀粉
淀粉是西方饮食中最流行的碳水化合物之一，其主要是葡萄糖聚合物的混合物，即20%~25%直链淀粉和75%~80%支链淀粉。理论上，它们的α（1→4）糖苷键可以被人α-淀粉酶水解。当被宿主降解淀粉时，淀粉以葡萄糖单体的形式被重新吸收。然而，当淀粉被包装成直链淀粉和支链淀粉的三维晶格时，就可以抵抗人类的消化。因此，大量未降解的淀粉将到达远端肠道，由专门的微生物群发酵，释放出单链脂肪酸、氢气和其他发酵产物。根据抗性淀粉的消化率，我们区分了五种对肠道微生物菌群有不同影响的抗性淀粉（RSI-RSV）。例如，RSII可以促进主要抗性淀粉降解菌的生长，如Ruminococcus bromii和Bifidobacterium。此外，抗性淀粉降解菌可以促进Bacteroides thetaiotaomicron，Eubacteriumrectale和Clostridium清除抗性淀粉降解所产生的副产物，并产生额外的丁酸盐。
6.3 不可吸收的碳水化合物
许多食物含有小碳水化合物或多元醇（FODMAP（可发酵的寡糖、双糖和单糖和多元醇）），它们不能被宿主有效地降解或再吸收，从而无法为大肠中的微生物群提供养分。乳制品的常见成分乳糖就是一个较为明显的例子。乳糖不耐受的人缺乏乳糖降解酶，这会使得乳糖进入大肠中，被微生物菌群发酵并释放出大量的气体，导致乳糖不耐受的典型症状。而FODMAP-营养不良可以帮助避免这种情况。
6.4 非钙化人工甜味剂
糖精（saccharin）、阿斯巴甜（aspartame）和三氯蔗糖（sucralose）等人工甜味剂同样也是较为明显的例子。它们不会被宿主吸收，因此会到达大肠。它们由大肠微生物菌群发酵并对该生态位下的微生物菌群组成造成影响，甚至会促进该生态位下微生物对葡萄糖耐受。除了它们的化学性质之外，微生物菌群可获得的营养物质量也尤为重要。正常情况下，与最佳体外条件下的生长相比，肠道中的细菌新陈代谢似乎以次最大速率进行（即，它不受酶的表达而是底物可用性的限制），留下额外的缓冲能力，以对增加的营养可用性做出快速反应。微生物菌群代谢的工程报告系统和定量数学模型对于破译特定代谢刺激的强度及其随时间的持久性将是重要的，以解释为什么某些食物干预会影响微生物菌群组成或抗感染能力，而其他的则不是。
饮食是影响肠道微生物群的主要因素，并可能为合理强化或破坏感染抗性提供一种手段。前者可能具有医学意义，而后者可能有助于建立临床前感染医学的动物模型，这往往需要促进病原体肠道定殖。
粘附性侵袭性大肠杆菌在发炎的肠道中重新编程其新陈代谢，以利用氨基酸，特别是饮食衍生的L-丝氨酸。在诱发肠病后，炎性环境不仅抑制了纤维降解的专性厌氧菌，而且还减少了纤维降解者释放的单糖的数量。L-丝氨酸促进致病性大肠杆菌或炎症肠道中的Citrobacter的肠道生长，而对于共生大肠杆菌而言似乎不利用这一途径。有趣的是，当从食物中去掉L-丝氨酸时，病原体负担和结肠炎都减少了。因此，某些食物成分可以直接促进肠道内病原体的生长。
7.2 食物效应减轻微生物介导的定殖抗性
饲料组成对微生物菌群组成有重要影响。值得注意的是，这些成分变化可以在很短的时间内对肠道微生物菌群造成影响。要达到一种新的稳定状态，细菌菌株在转向高脂肪、高糖饮食后平均需要3.5天。即使在不同基因型的近交系小鼠中，饮食也能够持续地改变微生物菌群。因此，食物组成是微生物菌群组成的关键决定因素。在许多情况下，我们还不知道新的微生物菌群组成是否（或如何）影响CR。但在达到新的平衡和有效利用养分之前，微生物菌群还需要适应一段时间。我们推测，这可能会留下一个动力学缺口，在那里有可用的未使用的营养物质来推动肠道病原体的定殖。因此，食物介导的微生物菌群组成的变化可作为暂时性缓解CR的替代标志物。
饮食中纤维的类型和丰富程度会导致微生物菌群组成的变化，同时改变对病原体感染的易感性。因此，减少纤维的摄入对人类微生物群的组成有很好的长期影响。尽管如此，也有研究观察到了对病原体感染的短期影响。在传统转向无纤维饮食的小鼠中，S. Typhimurium在其肠道定殖率提高了100到100,000倍，并促进了病原体引起的肠道疾病。此外，肠道中粘液降解物的增加伴随着保护性粘液层厚度的减少，也可能解释了为什么无纤维饮食会促进C. rodentium的感染。
众所周知，高脂肪的西式饮食会在几天内就可以改变微生物菌群组成。在传统小鼠转向高脂肪、低纤维的饮食时，也观察到了类似的变化。其中，这些变化伴随着S. Typhimurium在肠道定殖的增加以及肠病发病率增加。由于S. Typhimurium对胆盐的抵抗力要强于大多数微生物，因此补充脂肪、油酸或胆盐，这些物质被释放到小肠以溶解脂肪并促进脂肪消化，也会促进感染。
单链脂肪酸可直接影响肠道病原菌的生长。在小鼠感染模型中，Bacteroides spp.能够破坏鼠伤寒沙门氏菌细胞内pH稳态，从而降低了病原体在肠道中的生长。因此，增加肠道丙酸浓度可以保护小鼠免受鼠伤寒沙门氏菌感染。此外，已知丙酸和其他单链脂肪酸可在体外调节鼠伤寒沙门氏菌III型分泌系统的表达。这种毒力因子驱使病原菌在肠道组织中的侵袭并促进肠道疾病。我们很容易推测鼠伤寒沙门氏菌可能利用SCFA水平来调节体内毒力因子的表达。除此之外，最近的研究表明，饮食衍生的半乳糖醛酸与肠出血性大肠杆菌（EHEC）和C. rodentium在肠道内的定殖有关。果胶是一种富含纤维的聚合物，其主要成分是半乳糖醛酸，不能被宿主消化。在大肠中，这种聚合体被B.thaiotaomicron和许多微生物分解。由此产生的一些半乳糖醛酸似乎可供病原体使用。EHEC和C.rodentium以两种方式使用这种半乳糖醛酸，一种是作为营养物质促进肠腔生长，另一种是作为一种化学信号，降低肠细胞消失型III型分泌系统毒力相关位点的ExuR相关表达。因此，果胶或果胶降解微生物菌群的存在或不存在会影响宿主的感染敏感性。
9 微生物代谢物促进感染
在大多数情况下，外来引入的肠道病原体在定殖的肠道中只发现有限数量的碳水化合物。然而，如果抗生素破坏了微生物菌群，微生物代谢酶就会继续分解复杂的碳水化合物，而不能利用它们。被释放出来的碳水化合物又可以促进鼠伤寒沙门氏菌在肠腔中的生长。因此我们推断，其他类型的微生物菌群破坏可能也有类似的影响。遗传证据表明，大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌利用一种特殊类型的无氧呼吸来促进其最初的生长。具体而言，他们使用hyb氢化酶从分子氢中提取电子，然后将电子被导向frd延胡索酸还原酶。这个过程产生足以获得代谢物或生成ATP的质子梯度。因此，氢在营养匮乏的环境中为鼠伤寒沙门氏菌或大肠杆菌提供能量，以促进期在最初阶段的生长。
在感染的后期阶段，当肠道炎症开始时，病原体似乎会切换到另一种模式，利用不同的电子供体和受体的类型的能量代谢，这些类型中的很多都是由宿主的防御提供的。在最初的生长过程中，小鼠伤寒沙门氏菌和Shigella flexneri的感染也可能通过微生物群衍生的丁酸盐和分子氧的β氧化来促进，分子氧可以在肠上皮表面获得。因此，特定微生物吸附代谢物的可用性（或缺乏可用性）可以调节给定宿主的CR程度。
10 微生物代谢物影响宿主防御
微生物菌群衍生的单链脂肪酸（SCFA）是公认的寄主生理调节器。丁酸是结肠细胞的重要能量来源，缺乏丁酸盐可以导致盲肠腔中氧气的形成，从而促进氧依赖型鼠伤寒沙门氏菌的生长。因此，微生物群衍生的丁酸盐可以帮助维持不利于Salmonella的肠道细胞生理。肠上皮和肠相关免疫系统的细胞表达许多单链脂肪酸受体，调节免疫反应和适应粘膜生理。因此，SCFA能够通过调控调节性T细胞、树突状细胞和肠道上皮细胞等（这些细胞被认为可以调节对沙门氏菌或Yersinia enterocolitica等病原体的感染抵抗力），进而降低对炎症性肠病的易感性。
次级胆汁酸主要由肠道微生物菌群通过去共轭或去羟基化将胆汁酸分解形成。食用高脂肪饮食后，次级胆汁酸水平升高，对肠道生理有许多影响。例如，isoallolithocholicacid和3-oxolithocholicacid在体外和体内表现出明显的抗炎特性。Isoallolithocholic acid能够促进调节性T细胞的分化，而 3-oxolithocholic acid 能够抑制Th17细胞分化。此外，次级胆汁酸可以通过抑制依赖NLRP3的炎症小体的产生来减少炎症反应。另一方面，次级胆汁酸也可以直接影响诸如Enterococcus spp.在内的病原体进而降低感染。
11 消化生理可以促进感染
消化生理对抵抗感染具有额外的影响。例如，高脂肪、低纤维的饮食不仅会触发胆盐的释放（影响微生物菌群、病原体和粘膜免疫防御），而且还会降低肠道运动。较慢的肠道转运可进一步降低对感染的抗性。这与使用阿片类药物治疗的豚鼠和小鼠易感性的增加是一致的。肠腔流动的变化同样也会影响微生物菌群的生长。
12 研究小鼠对鼠伤寒沙门氏菌感染抵抗力的模型
临床研究和动物实验有助于评估食物对生理和健康的影响。本章节中，我们基于小鼠模型，以鼠伤寒沙门氏菌小肠结肠炎为例，来探究口胃感染的易感性。
当采用常规复合微生物菌群标准的C57BL/6小鼠口服感染鼠伤寒沙门氏菌时，仅有5-10%的小鼠在4天内出现肠腔内病原体的生长和肠病。由此让人联想到，该菌株在人类中所观察到的低发病率。然而，这些低发病率对于旨在评估潜在机制的实验性感染来说是一个重大挑战。
在这个经典的肠道感染模型中，单剂链霉素可以破坏复杂的微生物群，从而允许鼠伤寒沙门氏菌在肠道内定殖。通过减少其在肠道内定殖的初始生长需求，该模型允许非常快速和可重复性的肠道定殖，同时满足在差异度很小的小鼠肠道内进行肠道炎症动力学的研究。正如最近综述所表述的，这有助于破译病原体在毒力因子表达、宿主免疫响应的潜在机理，以及支持鼠伤寒沙门氏菌在炎症肠道中生长的代谢策略。然而，由于抗生素的使用，这个模型对于那些完整的微生物菌群时，不适合用于研究食物是如何影响最初的病原体生长。
12.2 高脂肪饮食模型
如上文所述，将常规饲养的小鼠切换为高脂、低纤维的西式饮食习惯时可降低其感染病原菌的抗性。与上文所阐述的链霉素模型相比，鼠伤寒沙门氏菌在高脂肪饮食模型中的定殖动力学较慢，仅在感染后72h达到109cfu/g粪便。该模型非常适合于研究脂肪对感染易感性的影响。显性肠病需要48小时才能发展。由于微生物菌群仅受到轻微抑制，但其他方面基本完好无损，动物间的变异性高于链霉素小鼠模型。可以想象，一些微生物在西式饲料喂养后甚至会保留CR。肠道微生物菌群中存在的共生大肠杆菌被视为可以预防西式饮食饲喂后的鼠伤寒沙门氏菌感染。考虑到这些因素，高脂饮食模型应适用于研究食物成分和微生物菌群对病原菌肠道定殖的影响。
12.3 具有稳定微生物的小鼠，其复杂性降低
这种低复杂性微生物群（LCM）小鼠表现出中等水平的感染抵抗力。口服感染（未经抗生素预处理）后，鼠伤寒沙门氏菌的定殖量与链霉素模型相当，但定殖速率较慢，在感染2-3天后才出现肠道炎症。与常规小鼠共生活可部分恢复LCM小鼠对口服鼠伤寒沙门氏菌的抵抗力。此外，在急性感染结束后，需要转移微生物菌群（与O抗原诱导的IgA一起）以清除肠腔中的病原体。
Olio-MM12小鼠携带从小鼠身上分离的12株细菌，代表了小鼠微生物菌群的典型系统型。和谐所有的菌株都是可培养、可遗传且可进行基因组测序，这为微生物菌群功能的全系统分析提供了独特的机会。与链霉素预处理的小鼠或无菌动物相比，Olio-MM12小鼠的肠道定殖延迟和炎症动力学表现为中等程度的CR。加入3株兼性厌氧菌可完全恢复鼠伤寒沙门氏菌的感染抗性。仅添加Deferribacteres中的Mucispirillum schaedleri，能够通过竞争能量和电子受体来源和抑制鼠伤寒沙门氏菌毒力因子表达两种方式来部分恢复感染抵抗力。
12.4 无菌小鼠
缺乏微生物菌群的无菌小鼠在没有任何预处理的情况下容易感染鼠伤寒沙门氏菌和肠病，感染动力学至少与链霉素预处理的小鼠相当。因此，在没有微生物菌群的情况下，无菌小鼠可以用来分析鼠伤寒沙门氏菌的感染情况。然而，肠道相关免疫系统的不成熟状态，微生物菌群的缺乏以及无菌小鼠的许多其他发育和生理缺陷，使关于定殖宿主正常感染的数据的解释变得混乱。
12.5 人为设定的微生物菌群
原则上，无菌小鼠可以与人类微生物菌群联系在一起。为了避免即使在关联之后可能仍然存在的混杂效应，可以尝试通过例如聚乙二醇处理来替换被定居的小鼠的微生物菌群。然而，捐赠者微生物菌群的个体间差异以及与移植整个人类微生物菌群相关的技术挑战可能仍将是主要障碍。
综上所述，有许多小鼠模型可以用来研究小鼠的感染抵抗力，以及食物成分或微生物菌群如何影响这种抵抗力。然而，没有一种模型能满足所有目的。必须仔细考虑它们的优点和局限性。
13.1 解剖上的差异
一般来说，人类和小鼠的胃肠道在解剖学上非常相似。然而，小鼠小肠的绒毛含量远高于人类，且缺乏人类小肠的粘膜褶皱。此外，小鼠盲肠能够进行发酵，是沙门氏菌感染的主要部位。鼠伤寒沙门氏菌或C. rodentium与人类盲肠有很大不同的特性。老鼠缺乏与人类阑尾相似的器官，并显示出不同程度的结肠分区。这种差异会对微生物菌群和感染抵抗力产生同样的影响，在解释与人类疾病相关的小鼠感染数据时应该重视这一点。
13.2 微生物菌群的宿主特异性适应
Firmicutes和Bacteroidetes在人体和小鼠中为优势门，但在属水平上存在差异，标准实验鼠与野生小鼠的微生物菌群具有显著性差异。卫生隔离和有效控制是现代养鼠业的一个重要特征。将小鼠进行卫生隔离--如单独关在笼子里--能够维持可重复的、指定的、无病原体的微生物群。由于微生物菌群组成和特定病原体的存在与否在对肠道免疫反应有相当大的影响，因此有必要使用同窝幼畜作为对照来测量宿主基因如何影响粘膜免疫、微生物菌群组成，以及肠道病原体感染等。然而，这种对老鼠相关微生物的精心控制同样存在缺点：它阻止了新菌株的从头联系，并减少了科学界研究的微生物群的多样性。
对E. coli的经典研究表明，菌株的差异可以产生重要的生理影响，同时，某些E. coli菌株可以增强小鼠或鸡对沙门氏菌感染的抵抗力。此外，菌株往往在宿主内以可察觉的速度进化。因此，相关微生物群菌株的特殊特征及其随时间的演变很可能决定单个宿主的感染抵抗力。然而，在经典的16s群落分析中，这种菌株水平的微生物菌群多样性并没有引起注意。
13.3 宿主群体的遗传多样性
以小鼠为研究对象的大多数实验工作都使用了几个近亲交配的小鼠品系。对基因组成几乎相同的小鼠的关注推动了免疫防御分子基础方面的重要进展。然而，这可能会降低我们评估宿主基因型在形成微生物菌群中的全部作用，以及对不同食物的响应及其对感染抵抗力的影响的能力。
综上所述，我们的结论是，目前的小鼠育种和饲养技术是研究微生物菌群-宿主-病原体相互作用的几个良好控制的例子的理想选择。为了全面评估相互作用，我们必须重新引入微生物菌群和宿主多样性。这将有助于将老鼠模型研究的结果转化为人类和其他动物。
由于饮食影响微生物菌群组成并影响感染肠道抗性，因此对研究中使用的饮食进行标准化和规范定义具有十分重要的意义。封闭式饮食配方，如广泛使用的食物饮食，具有一致的常量营养素组成，但由于谷物、油脂和脂肪等成分的自然变化，其化学组成无法长时间的保持一致。Chow控制日粮最初是为了优化蛋白质摄入量和小鼠的生长而制定的。尽管这种饮食的化学成分控制不佳，但许多小鼠研究已经使用这种普通食物作为不同模型的对照饮食。我们不能排除这种化学可变性可能会影响感染实验的重复效果。例如，纤维含量和组成在不同的老鼠咀嚼之间可以有很大的不同。无纤维饮食可以降低传统小鼠对口服鼠伤寒沙门氏菌感染的CR。未来的研究应该通过选择适当的对照饮食进而更详细地评估不同纤维的影响。开放式配方不会因批次不同而有所不同，但在宏量和微量营养素成分上可能会有细微的变化。它们可能会为封闭式饮食配方提供有趣的替代品。另一方面，由于它们不使用天然食品成分，它们不能完全代表正常的食品化学成分及其多样性。
食物准备过程也会影响饮食特征。高压灭菌会降低矿物质供应和维生素B1、B5、A、D、E和K的含量。但这可以通过外加过量的维生素来补偿，类似地，Maillard反应可以产生丙烯酰胺（一种潜在的遗传毒素，神经毒素和致癌物）。在啮齿动物饲料NIH-31高温（110°C、121°C、127°C和132°C）高压灭菌 20分钟时，与辐照对照饲料相比，小鼠的丙烯酰胺水平和肝脏DNA加合物增加。烹饪使结晶淀粉转化，因此更多的淀粉可以被淀粉酶降解，并在小肠中重新吸收。与未烹调的块茎饮食相比，这可以降低食用熟食的小鼠的Bacteroidetes丰度和微生物菌群的α多样性。因此，连续9天进食生食或熟食的人类受试者表现出明显的OTU特征。
你可能还喜欢