产物交叉喂养与肠道微生物组的体外生物膜模型中的社区稳定性

肠道微生物组是一个高度复杂的微生物社区，对人类健康和疾病有着重要影响。健康人群中主要的两个门是拟杆菌门和厚壁菌门，而在各种疾病状态下，变形菌门等次要门的丰度则较高。尽管肠道微生物组已经得到了广泛研究，但关于物种间相互作用在促进微生物组稳定性和功能中的作用，仍知之甚少。我们开发了一个简单的肠道微生物组社区的生物膜代谢模型，包含了一个代表性的拟杆菌（Bacteroides thetaiotaomicron）、厚壁菌（Faecalibacterium prausnitzii）和变形菌（Escherichia coli），以研究物种间代谢产物交叉喂养在社区稳定性、稳健性和灵活性中的假定作用。模型预测只有在存在四个基本的交叉喂养关系时，这三种物种才可以共存。我们发现交叉喂养可以在生物膜厚度和营养水平的大幅变化下保持共存的稳健性。然而，模型预测表明社区组成和短链脂肪酸水平只能在小范围的代谢产物摄取速率下受到强烈影响，表明我们的交叉喂养机制可能缺乏灵活性。我们的模型预测为产物交叉喂养的影响提供了新的见解，并提出了可以实验验证的关于肠道微生物组社区稳定性的假设。