科学家们几十年来都知道，我们吃的东西会改变消化道中微生物的平衡。午餐时选择BLT三明治或酸奶冻糕会增加某些类型细菌的数量，减少其他类型细菌的数量——并且随着它们相对数量的变化，它们会分泌不同的物质，激活不同的基因并吸收不同的营养物质。
而且这些食物选择可能是一条双向街道。肠道微生物也被证明会影响饮食和行为，以及焦虑、抑郁、高血压和各种其他疾病。但是，这些数万亿微小的客人（统称为微生物组）究竟如何影响我们决定将哪些食物塞进嘴里的决定，一直是个谜。
现在神经科学家发现，特定类型的肠道菌群帮助宿主动物检测食物中缺少哪些营养物质，然后精确滴定宿主真正需要吃多少这些营养物质。“细菌对食欲的作用有点像优化汽车在不加油的情况下能行驶多久，”资深作者卡洛斯·里贝罗说，他在里斯本的尚帕利莫未知中心研究果蝇（一种果蝇）的饮食行为。
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在最近发表于PLOS Biology上的一篇论文中，里贝罗和他的团队展示了微生物组如何影响果蝇的营养决策。首先，他们给一组果蝇喂食含有所有必需氨基酸的蔗糖溶液。另一组果蝇得到一种混合物，其中包含一些制造蛋白质所需的氨基酸，但缺乏宿主自身无法合成的必需氨基酸。对于第三组果蝇，科学家们从食物中逐一去除必需氨基酸，以确定微生物组正在检测哪种氨基酸。
在各种饮食中摄入72小时后，所有三组果蝇都获得了一份自助餐，其中提供它们通常的含糖溶液以及富含蛋白质的酵母。研究人员发现，饮食中缺乏任何一种必需氨基酸的两组果蝇对酵母产生了强烈的渴望，以弥补缺失的营养。但是，当科学家增加在果蝇消化道中发现的五种不同类型的细菌时——植物乳杆菌、短乳杆菌、苹果醋杆菌、共生杆菌和粪肠球菌——果蝇完全失去了吃更多蛋白质的冲动。
研究人员发现，果蝇的氨基酸水平仍然很低，这表明细菌并非仅仅通过自身产生氨基酸来替代果蝇饮食中缺失的营养物质。相反，微生物充当小型代谢工厂，将它们获得的食物转化为新的化学物质：代谢物，研究人员认为这些代谢物可能是在告诉宿主动物它可以继续生存而无需氨基酸。里贝罗解释说，由于这种微生物的伎俩，例如，果蝇能够继续繁殖——即使氨基酸缺乏通常会阻碍细胞生长和再生，从而阻碍繁殖。
两种细菌特别有效地以这种方式影响果蝇的食欲：醋杆菌和乳杆菌。增加这两种细菌足以抑制果蝇对蛋白质的渴望，并增加它们对糖的食欲。这两种细菌还恢复了果蝇的繁殖能力，表明它们的身体正在执行通常在营养缺乏时受到限制的正常功能。“大脑如何处理营养信息的这种权衡非常有趣，我们的研究表明，微生物组在告诉动物该怎么做方面起着关键作用，”里贝罗说。
接下来，该团队去除了果蝇中处理氨基酸酪氨酸所需的酶，使得果蝇必须像其他必需氨基酸一样通过食物获得酪氨酸。令人惊讶的是，他们发现醋杆菌和乳杆菌无法抑制改良果蝇对酪氨酸的渴望。“这表明肠道微生物组已经进化到仅滴定正常的必需氨基酸摄入量，”里贝罗解释说。
这项研究为微生物及其宿主的共同进化增加了一个新的视角。“研究结果表明，动物和它们肠道中的常驻细菌之间存在一条独特的共同进化途径，并且存在关于饮食的自下而上的沟通，”安大略省麦克马斯特大学的神经科学家简·福斯特说，她与这项研究无关。
尽管这项研究没有具体说明沟通的确切机制，但里贝罗认为它可能采取不同的形式。该研究的有力证据表明，微生物衍生的代谢物将信息从肠道传递到大脑，告诉宿主它是否需要某种特定的食物。 “进化之谜之一是我们为什么失去了产生必需氨基酸的能力，”他说。“也许这些代谢物给了动物更多的余地，使其独立于这些营养物质，有时可以不用它们。”
他补充说，微生物可能有自己与大脑沟通的进化原因。一方面，它们以宿主动物吃的任何东西为食。另一方面，它们需要宿主动物具有社交性，以便这些客人可以在种群中传播。到目前为止，数据仅限于动物模型，但里贝罗认为，肠脑沟通可以为未来开发人类治疗方法提供沃土。“这是一个有趣的治疗窗口，有一天可以用来改善与饮食相关的行为，”他说。