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人类肠道中的微生物生态系统根本上受到其所获得资源的塑造。然而，尽管目前已掌握许多单项资源通量的定量信息，但对整体资源格局的综合性描述仍然缺乏。在此，我系统整合生理测量数据与食物组成数据，将饮食和消化过程映射为进入人类大肠的30余种主要资源的通量，其中包括碳水化合物、蛋白质、黏液、胆汁酸、离子和电子受体。通过将这一重建方法应用于美国人群的饮食差异，并分析由此产生的构成生物量元素的输入通量，我发现，对于大多数个体而言，微生物生长受到碳限制，而部分个体则受到磷限制；相比之下，在考虑宿主来源的尿素再循环后，氮并不构成限制。资源供给还决定了微生物营养缺陷性是否会施加生理约束。尽管氨基酸依赖通常可以由蛋白质来源的输入加以满足，但已表征的膳食钴胺素输入不足以解释粪便中的钴胺素库，这表明微生物合成所作的贡献要大得多。总体而言，这些结果为人类肠道建立了定量资源格局，界定了微生物生长所面临的生理约束，并为构建预测微生物组功能及其对宿主影响的模型提供了基础。
jbcremer{at}stanford.edu
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摘要
人体肠道中的微生物生态系统从根本上受到其所获得资源的塑造。然而，尽管目前已有许多单项资源通量的定量信息，但对总体资源景观的综合描述仍然缺乏。在此，我系统整合生理学测量数据与食物组成数据，将饮食和消化过程映射为进入人体大肠的30余种主要资源的通量，包括碳水化合物、蛋白质、黏液、胆汁酸、离子和电子受体。将这一重建方法应用于美国人群的饮食差异，并分析由此产生的生物量形成元素输入通量后，我发现，对于大多数个体而言，微生物生长受碳限制；而对于部分个体而言，磷则是限制性因素。相比之下，一旦将宿主来源的尿素再循环纳入考量，氮并不构成限制。资源供应还决定了微生物营养缺陷是否会施加生理约束。尽管氨基酸依赖通常可以通过蛋白质来源的输入得到满足，但已有表征的膳食钴胺素输入不足以解释粪便中的钴胺素总量，这表明微生物产生的钴胺素所占贡献要大得多。综上，这些结果为人体肠道构建了一个定量资源景观，界定了微生物生长所受的生理约束，并为预测微生物组功能及其对宿主影响的模型提供了基础。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
已声明的资助者信息
美国国立卫生研究院，
，R01GM149611
美国国家科学基金会
，PHY2309135
戈登与贝蒂·摩尔基金会
，2919.02
斯坦福大学 Bio-X Food@Stanford
版权
本预印本的版权所有者为作者/资助者，其已授予 bioRxiv 一项永久展示本预印本的许可。
本预印本依据
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发布于2026年10月7日。
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量化塑造人体肠道微生物组的资源景观
Jonas
Cremer
bioRxiv
2026.10.01.756135；
DOI：
https://doi.org/10.64898/2026.10.01.756135
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量化塑造人体肠道微生物组的资源景观
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关键词：人类肠道微生物组 · 资源通量 · 微生物生态学 · 营养限制 · 宿主-微生物互作
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.01.756135v1?rss=1