去年，製藥巨頭輝瑞公司的科學家注意到一些奇怪的現象。在一次常規研究中，大鼠尿液中一種名為馬尿酸的代謝物水平異常偏低。這是一種代謝異常現象，可能會干擾進一步的實驗室結果。因此，科學家們深入研究。這些大鼠與另一組大鼠在北卡羅來納州羅利市的同一設施中飼養。代謝物水平應該都相同。但奇怪的是，相關的大鼠是在一個特定的房間裡飼養的。進一步調查發現了一個意想不到的罪魁禍首——這些大鼠攜帶獨特的腸道微生物群組成，這些微生物群改變了它們的代謝。
“這真是一個驚喜，”輝瑞公司的首席科學家 Lora C. Robosky 評論道。Robosky 是該公司一個團隊的成員，該團隊正在研究光譜學和模式識別軟體如何分析體液中的代謝物（稱為代謝組學），以更好地選擇藥物化合物。在此過程中，該技術揭示了一個經常被忽視的因素，即個體對藥物反應的來源——腸道菌群。
科學家們長期以來一直推測腸道細菌在人類健康中發揮作用。但是，這些微生物——透過餵養和身體接觸從母親傳給嬰兒——獨特地適應腸道，並且不容易在腸道外進行研究。“值得注意的是，第一篇列舉人類腸道微生物群的論文是幾個月前才發表的，”聖路易斯華盛頓大學基因組科學中心主任 Jeffrey I. Gordon 說。透過基因組測序，斯坦福大學 Paul B. Eckburg 及其同事的論文估計，我們的腸道中至少有 400 種物種。每個物種都以不同的菌株存在，從而增加了變異性。在人類中，遠端腸道中的微生物可能透過將糖分解為更易消化的形式，釋放至少 20% 的熱量。
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科學家們才剛剛開始闡明這些神秘的細菌如何影響健康。例如，兩年前，威斯康星醫學院的 David G. Binion 表明，腸道微生物產生的丁酸鈉可以透過阻斷 COX-2（一種與許多炎症性疾病有關的酶，也是諸如萬絡等藥物的靶點）來抑制腸道中的血管生長。其他研究表明，特定菌株的大腸桿菌可以代謝二甲基胂（一種砷的衍生物）產生潛在的毒性化合物，這可能是腸道中砷致癌性的潛在原因。細菌也可能釋放大豆等食物中的治療性化合物。戈登和一些科學家推測，容易發胖的人可能患有特別節儉的腸道細菌，這些細菌正在導致肥胖。
儘管輝瑞公司的科學家沒有調查他們不尋常的大鼠代謝藥物的能力，但 Robosky 說，這一發現可能部分解釋了為什麼來自據推測相同的動物的資料有時會衝突。更重要的是，調查人員已經表明，腸道微生物會影響藥物代謝，她補充道。然而，影響有多大仍然未知。
倫敦帝國學院代謝組學研究的先驅 Jeremy K. Nicholson 毫不懷疑細菌會顯著影響人體對藥物的反應方式。“決定代謝的很大程度上是環境因素：你的壓力程度，你擁有的腸道微生物——這被證明非常重要，”他認為。例如，許多物種產生可以開啟肝臟中解毒酶的化合物，並且某些微生物代謝物是人類代謝途徑中必不可少的參與者。
Nicholson 推測，微生物菌群甚至可能影響某些在少數人身上會產生毒性的藥物，例如具有心血管併發症的萬絡。但 Nicholson 指出，大多數識別個體差異的努力都集中在基因而不是基因-環境相互作用上，而後者可能更為重要。
為了進一步推進他的研究，Nicholson 一直與包括輝瑞和百時美施貴寶在內的多家公司合作，開發代謝組學技術，該技術可以識別代謝物模式，以預測藥物化合物的毒性和所涉及的生化途徑。但 Nicholson 表示，他和其他人正在朝著更廣泛的理想努力：從統計學角度整合來自所有“組學”學科（如蛋白質組學和轉錄組學）的資料，以全面瞭解藥物的生理效應。