你的药被菌群“偷吃”了吗？——MicrobeRX揭秘肠道微生物的代谢黑箱

肠道微生物组被誉为人体的“第二基因组”，其代谢活动对宿主健康有深远影响，涵盖营养吸收、药物代谢和免疫调节等多个方面。然而，目前对微生物组产生的代谢物及其生化机制的理解仍十分有限。传统代谢物检测技术（如质谱和核磁共振）存在瓶颈，难以全面注释代谢物，也无法区分宿主与微生物的代谢贡献。此外，代谢物水平受到宿主饮食、遗传因素和肠道微生物组的复杂相互作用影响，这使得建立代谢物丰度与微生物酶功能之间的直接联系变得极为困难。近年来，随着基因组学和化学信息学的发展，研究者开始利用这些新兴技术来预测细菌对生物和外源分子的代谢。现有的预测工具（如基于基因组注释的GutBug、基于酶和代谢途径的PRISM 4，以及基于宏基因组学的ENVIM）大多依赖于预先定义的底物-酶-产物关系，这限制了它们发现新代谢物的潜力。因此，开发一种能够全面预测人类和肠道微生物代谢物结构的新工具显得尤为迫切。

2025年3月19日，荷兰格罗宁根大学医学中心傅静远教授团队在《Microbiome》期刊上发表了题为“MicrobeRX: a tool for enzymatic-reaction-based metabolite prediction in the gut microbiome”的研究论文，该研究旨在预测人类与肠道微生物对药物和膳食化合物的代谢产物，并提供代谢途径、酶和微生物来源的全面注释。

该研究开发的MicrobeRX工具基于基因组规模代谢模型（GEMs）和化学反应规则（CSRRs），可精准预测人类与肠道微生物的代谢物结构。它融合了Recon3D模型中的人类代谢反应和AGORA2数据库中的微生物代谢反应，并配备多个分析模块，用于代谢物可视化、微生物分类关联、酶序列同源性分析及蛋白家族研究。MicrobeRX应用于DrugBank数据库中的1083种口服药物后，其预测的代谢物在物理化学性质和结构上与真实生物样本中的代谢物高度相似，预测性能显著优于现有工具。进一步研究发现，MicrobeRX不仅能预测人类和肠道微生物共有的代谢物，还能揭示两者特有的代谢转化途径。例如，某些药物可被人类和微生物共同代谢，而另一些则仅由微生物代谢。此外，MicrobeRX的预测结果展现出广泛的化学多样性，覆盖从小分子到复杂生物大分子的多种类型，其准确性和可靠性得到了进一步验证。

总之，该研究成功开发了基于酶促反应的肠道微生物组代谢物预测工具MicrobeRX。该工具整合了人类与肠道微生物的丰富代谢反应数据，并通过多个分析模块，实现了对代谢物的全面预测与深入分析。研究结果表明，MicrobeRX能够准确预测出与真实代谢物在物理化学性质和结构上高度相似的代谢物，其预测性能显著优于现有的代谢物预测工具。MicrobeRX的开发不仅为肠道微生物组代谢物的鉴定和功能解析提供了新的思路和方法，还为个性化营养、药物开发和药理治疗等领域的研究提供了有力支持。展望未来，随着基因组学和生物信息学技术的不断进步，MicrobeRX有望进一步完善和优化，从而为深入探索肠道微生物组与宿主健康之间的复杂关系提供更全面的见解。

原文链接：https://doi.org/10.1186/s40168-025-02070-5