去年，制药巨头辉瑞公司的科学家注意到一些奇怪的现象。在一次常规研究中，大鼠尿液中一种名为马尿酸的代谢物水平异常偏低。这是一种代谢异常现象，可能会干扰进一步的实验室结果。因此，科学家们深入研究。这些大鼠与另一组大鼠在北卡罗来纳州罗利市的同一设施中饲养。代谢物水平应该都相同。但奇怪的是，相关的大鼠是在一个特定的房间里饲养的。进一步调查发现了一个意想不到的罪魁祸首——这些大鼠携带独特的肠道微生物群组成，这些微生物群改变了它们的代谢。
“这真是一个惊喜，”辉瑞公司的首席科学家 Lora C. Robosky 评论道。Robosky 是该公司一个团队的成员，该团队正在研究光谱学和模式识别软件如何分析体液中的代谢物（称为代谢组学），以更好地选择药物化合物。在此过程中，该技术揭示了一个经常被忽视的因素，即个体对药物反应的来源——肠道菌群。
科学家们长期以来一直推测肠道细菌在人类健康中发挥作用。但是，这些微生物——通过喂养和身体接触从母亲传给婴儿——独特地适应肠道，并且不容易在肠道外进行研究。“值得注意的是，第一篇列举人类肠道微生物群的论文是几个月前才发表的，”圣路易斯华盛顿大学基因组科学中心主任 Jeffrey I. Gordon 说。通过基因组测序，斯坦福大学 Paul B. Eckburg 及其同事的论文估计，我们的肠道中至少有 400 种物种。每个物种都以不同的菌株存在，从而增加了变异性。在人类中，远端肠道中的微生物可能通过将糖分解为更易消化的形式，释放至少 20% 的热量。
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科学家们才刚刚开始阐明这些神秘的细菌如何影响健康。例如，两年前，威斯康星医学院的 David G. Binion 表明，肠道微生物产生的丁酸钠可以通过阻断 COX-2（一种与许多炎症性疾病有关的酶，也是诸如万络等药物的靶点）来抑制肠道中的血管生长。其他研究表明，特定菌株的大肠杆菌可以代谢二甲基胂（一种砷的衍生物）产生潜在的毒性化合物，这可能是肠道中砷致癌性的潜在原因。细菌也可能释放大豆等食物中的治疗性化合物。戈登和一些科学家推测，容易发胖的人可能患有特别节俭的肠道细菌，这些细菌正在导致肥胖。
尽管辉瑞公司的科学家没有调查他们不寻常的大鼠代谢药物的能力，但 Robosky 说，这一发现可能部分解释了为什么来自据推测相同的动物的数据有时会冲突。更重要的是，调查人员已经表明，肠道微生物会影响药物代谢，她补充道。然而，影响有多大仍然未知。
伦敦帝国学院代谢组学研究的先驱 Jeremy K. Nicholson 毫不怀疑细菌会显着影响人体对药物的反应方式。“决定代谢的很大程度上是环境因素：你的压力程度，你拥有的肠道微生物——这被证明非常重要，”他认为。例如，许多物种产生可以开启肝脏中解毒酶的化合物，并且某些微生物代谢物是人类代谢途径中必不可少的参与者。
Nicholson 推测，微生物菌群甚至可能影响某些在少数人身上会产生毒性的药物，例如具有心血管并发症的万络。但 Nicholson 指出，大多数识别个体差异的努力都集中在基因而不是基因-环境相互作用上，而后者可能更为重要。
为了进一步推进他的研究，Nicholson 一直与包括辉瑞和百时美施贵宝在内的多家公司合作，开发代谢组学技术，该技术可以识别代谢物模式，以预测药物化合物的毒性和所涉及的生化途径。但 Nicholson 表示，他和其他人正在朝着更广泛的理想努力：从统计学角度整合来自所有“组学”学科（如蛋白质组学和转录组学）的数据，以全面了解药物的生理效应。