在過去的五年中，MSU博士候選人Michael Coryell與他的顧問Seth Walk和委員會成員Timothy McDermott一起研究人類腸道微生物群在攝入砷后如何影響砷。現(xiàn)在，Coryell于12月21日以主要作者的身份在Nature Communications上發(fā)表了一篇論文，該論文詳細介紹了他對腸道微生物組如何對全面防止急性砷中毒至關重要的研究結果。

在過去20年中，聯(lián)邦有毒物質(zhì)和疾病登記處列出的毒性最強的化學品名單中，砷是最重要的，因為即使是慢性低水平也可能在以后的生活中導致癌癥或心血管疾病。

Coryell是微生物學和免疫學的博士候選人，也是密歇根州立大學農(nóng)業(yè)學院和文學與科學學院分子生物科學項目的研究員。他表示，他希望他的工作將有助于開發(fā)以益生菌和微生物群為重點的，減輕砷中毒的風險的治療方法。

“微生物組研究人員面臨的下一個重大挑戰(zhàn)之一就是將這樣的實驗室研究結果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實世界的解決方案，”Coryell說，他在2016年獲得了美國國立衛(wèi)生研究院頒發(fā)的Ruth L. Kirschstein個人預測國家研究服務獎。

過去的研究表明，環(huán)境中的微生物可以生物化學轉(zhuǎn)化土壤或巖石中的天然存在的砷 - 無論是毒性更低還是毒性更大 - 這是密歇根州立大學農(nóng)業(yè)學院土地資源和環(huán)境科學系麥克德莫特研究（McDermott researches）的課題。

MSU微生物學和免疫學系的副教授，該論文的高級作者Walk說，研究人員不太了解的是人體腸道中的微生物在砷吸收到體內(nèi)之前對砷的影響。

“影響疾病的因素有很多 - 一個人的環(huán)境，飲食，遺傳 - 但我們只能通過觀察不同飲食或飲用不同水源的人的不同基因型來評估人類研究中的一些內(nèi)容，”Walk說。

Coryell使用實驗室小鼠創(chuàng)建實驗控制來理清變量的影響。他發(fā)現(xiàn)抗生素破壞了腸道微生物組，使更多的砷在組織中積聚，而不是排泄出去。

“這是一個有趣的發(fā)現(xiàn)，因為它表明盡管腸道中存在一些微生物活動，但小鼠在剔除砷方面效果不佳，并且可能將更多的砷帶入其系統(tǒng)并在其組織中積聚更多，“Coryell說。

Coryell說，沒有任何微生物飼養(yǎng)的小鼠同樣受到影響。但是當引入人類微生物組的生物時，它們具有保護作用。

“這是一個很大的進步，”Walk說，“因為我們能夠看到無菌的老鼠在接受我們想要測試的不同人的微生物群后，根據(jù)老鼠得到的微生物群，他們受到了不同程度的保護。“

Walk說，這些結果表明，某些人的微生物組可能比其他人更具保護性，并且可能會回答這樣的問題：為什么一些飲用砷的共用水源的人會在以后的生活中發(fā)展疾病而其他人卻沒有。

“這個想法確實沒有納入任何流行病學研究或模型，”Walk說。“人們正在進入這個領域，但我們的數(shù)據(jù)非常明確地表明微生物群及其組成都很重要。

“因此，為了預測某些人患病的可能性，我們需要考慮微生物群以及它的保護程度，”他說。“這些結果有助于我們建立這個基礎。”

更好地了解微生物組如何防止像砷這樣的毒素可以使社區(qū)或村莊受益，特別是在更換水源并不總是切實可行或不可能的時候，Walk說。

“微生物群研究正在轉(zhuǎn)向以微生物群為重點的療法，因為我們知道它在其中發(fā)揮作用，清潔食物和水是蒙大拿州和世界各地的一個重要話題，”他說。