微生物与人类之间存在着一种关系，尤其是在肠道中。有些关系可以是 互利的，带来更好的健康，而有些则可能具有致病性。为了最大限度地从这些微生物共生关系中获益，研究人员试图了解哪些细菌之间会相互作用，更重要的是，哪些条件最有利于它们的协同努力。
不幸的是，这项任务并不容易。肠道长度约为六到七米，可能存在各种不同的环境条件。有些区域是酸性的，有些是碱性的。营养物质的水平也不同。氧气也起着作用，因为小肠通常充满氧气，而结肠则主要是厌氧的。根据该元素 的量，不同的细菌可能会选择协同工作，或者仅仅是自给自足。
弄清楚最佳组合并非易事，并且基本上不可能在人体内确定。然而，研究人员致力于开发 基于实验室的系统 来模拟肠道的工作方式以及微生物在肠道中的相互作用。这使得科学家们能够了解肠道内发生的情况。它还提供了改变条件以确定哪些效应可以导致共生的机会。这些模型还允许引入各种微生物物种，以确定它们是否对人群和我们的健康有任何影响。
最引人入胜的模型之一恰好没有任何生物成分。相反，整个肠道系统是使用 计算机 构建的。代谢的各种组成部分来自各种其他来源，包括科学文献以及关于人类生物功能的大量数据库。一旦组装完成，整个系统就被称为 代谢重建。
一旦开发出重建模型，研究人员就可以玩转各种因素来确定系统将如何响应。这可以包括饮食的变化、药物的添加以及微生物实体的添加。在后一种情况下，这种方法有助于了解诸如 肺结核 和与 囊性纤维化 相关的感染性细菌等病原体。
上周，卢森堡的一个研究团队开发了一个全新的系统来研究细菌是如何相互作用的。他们没有选择生物模型，而是选择了一种计算机程序形式的合成模型。他们的结果揭示了一个小群体是如何协同工作，使肠道环境健康的。
实验的第一阶段包括设计一个计算机化的肠道。他们已经通过对肠道细胞内发生的代谢过程的 研究 取得了进展。他们所需要做的就是添加细菌信息并调查可能发生的情况。
研究小组成对引入了 11 种不同的细菌。然后，他们可以确定共生的机制，或者相反的，拮抗的机制。他们选择的细菌都是已知稳定存在于胃肠道中的物种。有些是无害的细菌，称为共生菌。有些则具有益生菌的性质。然后是病原体。这三种类型都存在于我们每个人体内，因此该团队认为这可以很好地代表我们体内发生的情况。
结果在一定程度上是符合预期的。共生菌为其他物种带来了益处，并最终为人类肠道带来了益处。益生菌以社区为中心，因此它们与其他益生菌物种协同作用以茁壮成长。至于病原体，它们试图与其他物种竞争，以便获得立足点并开始制造麻烦。但尽管这并不令人意外，但还有其他令人着迷的发现等待被发掘。
第一个发现揭示了身体如何操纵微生物来诱导物种之间的竞争。它通过为某些细菌提供食物，但不为其他细菌提供食物来实现这一点。这种“胡萝卜加大棒”的概念显然使得某些物种，主要是病原体，处于劣势。至于益生菌，它们很高兴收到食物并生长。
另一个发现涉及如何形成良好的互利环境。研究人员只需要消耗一种特定的资源：氧气。不知何故，氧气减少导致细菌互相寻找并形成互利伙伴关系。这主要是为了防止某些物种因饥饿而死亡，因为它们在没有氧气的情况下无法有效生存。至于发生了哪些共生关系，分隔线再次沿着生态线的。益生菌和共生菌建立了良好的“友谊”；病原体则倾向于失败。
虽然这乍一看可能显得奇怪，但研究人员意识到这是一种社会现象，与人类世界发生的情况并无不同。当人类独自拥有充足的食物、水和住所时，我们倾向于在没有他人互动的情况下也能过得很好。但如果其中一个因素消失了，互利共生就会发生。人们倾向于通过提供一些东西来帮助他人，以提高生活质量。这本质上是微生物层面的情况。当最重要的元素之一消失时，细菌倾向于聚集在一起形成联盟，以提高生存机会。
总体结果揭示了微生物层面的互利共生的一种潜在途径。诚然，这是一个计算机模型，因此其结果必须带有局限性地接受。然而，这些发现确实为如何研究微生物相互作用以改善人类健康提供了一些希望。无论是通过促进共生细菌、引入益生菌还是通过治疗来对抗病原体，这项研究都为肠道的生态环境以及我们体内发生的复杂性——并在一定程度上是简单性——提供了一些视角。
