CN110201003A - 微生物区系的组合物及与其相关的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供通过改变受试者中的微生物区系而治疗体重相关状况和代谢紊乱的方法和组合物。一个方面提供通过对受试者施用包括充分纯化的微生物区系的组合物而改变受试者中微生物区系的方法和组合物，所述微生物区系来自如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门和疣微菌门的门，或如拟杆菌目、疣微菌目、梭菌目和肠杆菌目的目，或如另枝菌属、梭菌属、埃希氏菌属和Akkermansia的属。另一方面包括用于改变微生物区系的药物组合物，包括治疗有效量的充分纯化的微生物区系和药学可接受的载体。另一方面包括用于治疗需要的受试者的疾病如肥胖症的方法，包括充分增加或减少受试者胃肠道中微生物区系的相对丰度而不需要手术或另外包括手术过程。本发明还提供改变受试者中微生物区系的方法，包括向受试者施用组合物而改变受试者中的微生物区系，使得所述微生物区系模拟在响应于胃旁路术或其它胃肠肥胖症治疗或代谢程序的受试者中发现的微生物区系。还提供改变微生物区系的相对丰度而改变代谢功能的方法和组合物以及改变短链脂肪酸的相对丰度而改变代谢功能的方法和组合物。

Description

微生物区系的组合物及与其相关的方法
本申请是申请日为2013年2月28日、申请号为2013800225456、发明名称为“微生物区系的组合物及与其相关的方法”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年2月29日提交的、名称为“微生物区系的组合物及与其相关的方法”的美国临时申请系列号61/604,824以及2013年2月28日提交的、名称为“微生物的组合物及与其相关的方法”的美国申请系列号13/780,284的优先权，这两份申请通过引用的方式全文结合至本文。
技术领域
本发明涉及用于体重减轻的包括微生物区系的方法和组合物，以及代谢疾病及其并发症，如肥胖症、II型糖尿病等的治疗。
背景技术
肥胖症是一种代谢疾病的合并症和代表最普遍的体重失调。且在西方国家，肥胖症是最重要的营养失调，其在中年人群中的患病率范围估计在30％-50％。从1960年开始，美国人中超重(定义为身体质量指数(BMI)等于或大于25kg/m2的人)和肥胖(定义为BMI等于或大于30kg/m2的人)的数量持续增加，且该趋势没有放慢。今天，大约有64.5％的美国成年人(约一亿九千九百万)被归类为超重或肥胖。由于肥胖的人的数量持续增加以及更多地了解肥胖对健康的负面作用，人们对肥胖症越来越关注。每年，肥胖症导致至少三十万美国人死亡，而患有肥胖症的美国成年人的保健费用总计多于1470亿美元(疾病防治中心(Center for Disease Control and Prevention))。特别是，严重肥胖(其中BMI等于或大于35的人)导致严重健康问题的重大风险。甚至轻度肥胖也增加了过早死亡、糖尿病、高血压、动脉粥样硬化、胆囊疾病和某些类型癌症的风险。由于它的高患病率和严重的健康后果，它的治疗应当具有高度的公共健康优先度。病患总体重少至5％的体重减轻将明显改善与肥胖症和代谢疾病(如II型糖尿病、高血压、高血脂、阻塞性睡眠呼吸暂停、胃食管反流病、呼吸困能等)相关的合并症。因此，处于不同阶段肥胖症病患的治疗引起了大量关注。
治疗严重肥胖和相关合并症的外科手术方法包括各种形式的胃肠旁路术(胃吻合)、胆胰分流术、可调节胃束带术、垂直胃捆绑术、胃折术以及袖状胃切除术(除去全部或一部分胃)。尽管可以使用传统的开放性外科手术技术实施这些手术，但是已经越来越多地以腹腔镜实施这些外科手术。主要由于腹腔镜外科医生使用更小的体腔壁开口来实施手术的能力，减少的术后恢复时间、明显减轻的术后疼痛和创口感染以及改善的美学结果是腹腔镜手术已经得到确认的益处。但是，这样的手术在手术过程中有多种并发症的风险，引起不期望的术后后果如疼痛、表面疤痕，并经常需要漫长的病患恢复期，特别是在肥胖患者中。因此，肥胖症患者很少寻求或接受手术干预，仅有少于大约1％的肥胖症患者利用手术治疗该疾病。此外，即使成功地进行手术并且初始体重减轻，治疗肥胖症的手术干预可能不会产生持续的体重减轻或合并症状况的改善，因此指示了病患对于另外的、不同的补充性或互补性肥胖症治疗的需要。
治疗肥胖症的非手术方法也得到了发展。但是，用于增加能量消耗而导致代谢结果改善(如，减少食物摄入、体重减轻、葡萄糖代谢等)的有效治疗已经集中在药物途径上，其具有多种技术上和生理学的限制。
因此，仍然需要用于体重减轻和治疗代谢紊乱(如肥胖症)的新方法和组合物。
发明内容
本发明一般地提供通过改变受试者的微生物区系来治疗体重相关状况和障碍的方法和组合物。一个方面提供了通过对受试者施用包含充分纯化的微生物区系的组合物来改变受试者中微生物区系的方法和组合物，所述微生物区系来自如拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和疣微菌门(Verrucomicrobia)的门，或如拟杆菌目(Bacteroidales)、肠杆菌目(Enterobacteriales)、梭菌目(Clostridiales)和疣微菌目(Verrucomicrobiales)的目，或如(Alistipes)另枝菌属、(Escherichia)埃希氏菌属、(Clostridium)梭菌或Akkermansia的属。另一方面提供一种用于改变微生物区系的药物组合物，包含治疗有效量的充分纯化的微生物区系和药学可接受的载体，所述微生物区系来自如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门和疣微菌门的门，或如拟杆菌目、肠杆菌目、梭菌目和疣微菌目的目，或如另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属或Akkermansia的属。本发明还提供用于治疗与体重增加相关的障碍或状况的方法或者用于需要这样治疗的受试者的体重减轻的方法，所述方法通过大幅提高所述受试者胃肠道中微生物区系的相对丰度而实现不需要外科手术过程或此外包括外科手术过程；所述微生物区系来自如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门和疣微菌门的门，或如拟杆菌目、肠杆菌目、梭菌目和疣微菌目的目，或如另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属或Akkermansia的属。
一个方面提供了通过施用以下a)-i)中的一种或多种来改变微生物区系的方法和组合物：a)充分纯化的疣微菌门微生物；b)充分纯化的肠杆菌目微生物；c)充分纯化的拟杆菌目微生物；d)充分纯化的梭菌目微生物；e)充分纯化的另枝菌属微生物；f)充分纯化的梭菌属微生物；g)充分纯化的Akkermansia微生物；h)充分纯化的埃希氏菌属微生物；和i)当对受试者施用时能够提高所述受试者中疣微菌门、疣微菌目、肠杆菌目、拟杆菌目和梭菌目微生物中至少一种的相对丰度和/或降低所述受试者中软壁菌门或Erysipelotrichales微生物的相对丰度的化合物。在一些实施方式中，所述方法和组合物可以任选地包括施用以下的一种或多种：a)当对受试者施用时改变拟杆菌门、疣微菌门、厚壁菌门、软壁菌门和变形菌门微生物中至少一种的相对丰度的化合物；b)充分纯化的拟杆菌门微生物；c)充分纯化的变形菌门微生物；d)充分纯化的厚壁菌门微生物和e)充分纯化的疣微菌门微生物。在全文中使用的术语“至少一种”应当被理解为包括至少两种、至少三种、至少四种等。
另一个方面提供通过降低厚壁菌门或软壁菌门微生物的相对丰度来改变微生物区系的方法和组合物。在一个示例性实施方式中，受试者中厚壁菌门或软壁菌门的相对丰度可以降低至少约5％。在一个具体的实施方式中，所述受试者中的Erysipelotrichales、乳杆菌属(Lactobacillus)或Allobaculum微生物中任一种或它们的组合的相对丰度可以降低例如至少约5％。
另一个方面提供通过向受试者施用一种组合物来改变受试者中的微生物区系的方法，所述组合物包含充分纯化的疣微菌门微生物、充分纯化的肠杆菌目微生物、充分纯化的拟杆菌目微生物和/或充分纯化的梭菌目微生物，从而治疗选自以下的疾病：肥胖症、代谢综合征、胰岛素缺乏、胰岛素抵抗相关疾病、葡萄糖不耐症、糖尿病、非酒精性脂肪肝和脂质代谢异常。所述组合物可以包括至少一种作为活菌株的充分纯化的疣微菌门微生物、充分纯化的肠杆菌目微生物、充分纯化的拟杆菌目微生物和/或充分纯化的梭菌目微生物。所述方法还可以包括提高增加受试者中如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门和疣微菌门的门，或如拟杆菌目、肠杆菌目、梭菌目和疣微菌目的目，或如另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属或Akkermansia的属的微生物的相对丰度(如，提高至少约5％)。
本发明公开的方法可以进一步包括将所述组合物递送至受试者中的目标位置。在一种实施方式中，所述组合物可以被直接递送至受试者的至少胃、小肠和大肠。所述组合物可以被配制成口服递送。
本方法还可以包括对受试者施用容积性泻药和/或抗生素和/或进行选自胃旁路术、十二指肠空肠旁路术、胆胰分流术、垂直袖状胃切除术、可调节胃束带术、垂直胃捆绑术、胃内球囊治疗法、胃折术、胃径和胃窦保留(Magenstrasse and Mill)、小肠移位(smallbowel transposition)、胆汁分流术、十二指肠腔内屏障(duodenal endoluminalbarrier)、胃肠道的类似操作及其它胃肠肥胖症治疗和代谢程序的外科手术。
另一方面包括用于改变微生物区系的药物组合物或另一种组合物，其包括治疗有效量的充分纯化的微生物区系和药学可接受的载体，所述充分纯化的微生物区系来自一种或多种如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门和疣微菌门的门，或如拟杆菌目、肠杆菌目、梭菌目和疣微菌目的目，或如另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属或Akkermansia的属。在其它实施方式中，治疗有效量的这样的组合物可以包含在受试者食用的食物、饮料、保健品和/或食品添加剂中。
再另一方面包括在需要这种治疗的受试者中治疗肥胖症的方法，所述方法通过大幅提高所述受试者的胃肠道中的疣微菌目、肠杆菌目、拟杆菌目和梭菌目中至少一种的相对丰度而实施，其不需要外科手术或此外包括外科手术。
所述方法还可以包括在施用所述组合物之前、同时和/或之后向所述受试者施用另外的药剂，如抗生素和/或容积性泻药。
另外的方面包括用于测量样品中软壁菌门、柔膜菌纲(Mollicutes)、疣微菌目、肠杆菌目、拟杆菌目和/或梭菌目的相对丰度的试剂盒。所述试剂盒可以包括至少一对与软壁菌门、柔膜菌纲、疣微菌目、肠杆菌目、拟杆菌目或梭菌目的核酸杂交的引物以及杂交试剂。
进一步的方面提供一种改变受试者中微生物区系的方法，包括通过向受试者施用一种组合物从而改变所述受试者中的微生物区系以使得所述微生物区系模拟在响应胃旁路术或其它胃肠肥胖症治疗或代谢程序的受试者中发现的微生物区系。
附图说明
从以下详细描述连同附图将更完整地理解本发明，其中，
图1是Roux en-Y胃旁路术之后胃肠解剖学的图形；
图2是显示了用于产生实验动物的过程的图。具体地，将小鼠分成三组：经受外科胃旁路术并以高脂饮食喂养的动物(RYGB)，经受假手术并以高脂饮食喂养的动物(SHAM)，以及经受假手术并限制热量的与RYGB动物具有相同体重的动物，即体重匹配的(WMS)；
图3A是RYGB、SHAM和WMS动物在胃旁路术或假手术后与手术前体重比较体重随时间变化的曲线图；
图3B是显示了RYGB、SHAM和WMS动物组在胃旁路术或假手术之后一周累积的食物摄入量的柱状图；
图3C是显示了图3B的RYGB、SHAM和WMS动物的一周累积粪便能量输出的柱状图；
图3D是显示了图3B的RYGB、SHAM和WMS动物在一周期间内的净能量摄入量的柱状图；
图3E是RYGB、SHAM和WMS动物在胃旁路术或假手术之后随时间的口服葡萄糖耐量变化的曲线图；
图3F是RYGB、SHAM和WMS动物在胃旁路术或假手术之后随时间的胰岛素耐量变化的曲线图；
图4是显示了在组织获取时测量的RYGB、SHAM和WMS动物中肝脏甘油三酯水平的柱状图；
图5是显示了在组织获取时测量的RYGB、SHAM和WMS动物中血清甘油三酯水平的柱状图；
图6是显示了在组织获取时RYGB、SHAM和WMS小鼠的瘦重和脂重与总体重相比的百分比的柱状图；
图7是显示了组织获取时在RYGB、SHAM和WMS动物的附睾和腹膜后脂肪垫中存在的脂肪组织与总体重相比的百分比的柱状图；
图8是显示了对来自动物的粪便样品中微生物区系进行分析的流程图；
图9是显示了来自比较动物的粪便微生物群落的基于Unweighted UniFrac分析的第一主坐标分析(PC1)的曲线图；
图10是显示了比较在所述动物的远端残胃/胃囊(DS/GP)、胆胰支(BP)、Roux支(Roux)、共用支(CL)、回肠、盲肠或结肠的内腔或粘膜中发现的微生物种群的基于Unweighted UniFrac分析的曲线图；
图11A是显示了使用取自手术前和手术后的RYGB、SHAM和WMS小鼠的粪便样品的系统发生信息的肠杆菌目种群的相对丰度的曲线图；
图11B是显示了RYGB、SHAM和WMS动物在胃旁路术或假手术之后肠杆菌目种群随时间的相对丰度与手术前丰度相比较的曲线图；
图11C是显示了沿胃肠道的长度RYGB与SHAM和WMS对照相比的肠杆菌目平均倍数变化的曲线图；
图12是显示了在手术前至手术后12周取得的样品中RYGB、SHAM和WMS小鼠中的细菌目的百分相对丰度的柱状图，上面的柱突出显示了肠杆菌目种群在RYGB动物中的增加，且下面的柱突出显示了疣微菌目种群在RYGB动物中的增加；
图13是显示了RYGB、SHAM和WMS小鼠的整个肠胃道中细菌目的相对丰度的柱状图，上面的柱突出显示了肠杆菌目种群在RYGB动物中的增加，且下面的柱突出显示了疣微菌目种群在RYGB动物中的增加；
图14是描绘细菌分类学层级中节点的系统发生树，所述节点在来自RYGB(*)、SHAM(**)和WMS(***)小鼠粪便样品的样品中明显富集；
图15显示了用于生成受体动物的程序的示意图。具体地，通过对无菌(GF)受体小鼠强喂来自RYGB、SHAM和WMS小鼠的盲肠内含物进行转移；
图16是在样品强饲处理之后的体重随时间与强喂处理前体重相比的百分变化的曲线图：RYGB-R接受来自RYGB小鼠的盲肠内含物，SHAM-R接受来自SHAM小鼠的盲肠内含物，无菌对照小鼠在不暴露于任何微生物的条件下饲养；
图17是强饲处理后13天，受体动物的体重与强饲处理前体重相比的百分变化的柱状图；
图18是显示了用来自RYGB(RYGB-R)、SHAM(SHAM-R)或对照(无菌)的样品强饲处理的动物的累积食物摄入量的柱形图；
图19是显示了受体小鼠的肥胖指数的柱形图。具体地，肥胖的减轻可以从RYGB小鼠的肠道微生物区系转移；
图20是显示了在组织获取时受体动物中的瘦蛋白(leptin)水平的柱形图；
图21是显示了在组织获取时测量的受体动物中血清甘油三脂水平的柱形图；
图22A是显示了在用双标记的水注射后5天，用来自RYGB(RYGB-R)、SHAM(SHAM-R)或对照(GF)的样品强饲处理的动物的能量消耗水平的柱形图；
图22B是显示了在用双标记的水注射后8天，用来自RYGB(RYGB-R)、SHAM(SHAM-R)或对照(GF)的样品强饲处理的动物的能量消耗水平的柱形图；
图23A是用来自RYGB(RYGB-R)、SHAM(SHAM-R)或对照(GF)的盲肠样品强饲2周后通过受体动物的间接量热法测定的呼吸商的72小时时程图；
图23B是显示了图23A的RYGB-R、SHAM-R和GF组之间呼吸商的总体差异的曲线图；
图23C是每个受体组中光周期和暗周期过程中呼吸商的平均差异；
图24A是每个供体组的总盲肠SCFA的柱状图；
图24B是显示了乙酸、丙酸和丁酸作为供体组中总SCFA的百分比的系列图；
图24C是每个受体组的总盲肠SCFA的柱状图；
图24D是显示了乙酸、丙酸和丁酸作为受体组中总SCFA的百分比的系列图；
图25是显示了在用RYGB、SHAM或WMS盲肠内含物样品强饲之后受体动物中的细菌目的相对丰度的柱形图，所述柱突出了RYGB动物中疣微菌目种群的增长。
本发明的详细描述
现在将描述某些示例性的实施方式以提供对本文公开的疗法和方法的结构、功能、制备和应用的原理的全面理解。这些实施方式的一个或多个实施例将在附图中举例说明。本领域技术人员将理解，本文具体描述和在附图中具体举例说明的疗法和方法是非限制性的示例的实施方式，而本发明的范围仅由权利要求书限定。结合一个示例性实施方式举例说明或描述的特征可以与其它实施方式的特征结合。这样的修改和变化有意包括在本发明的范围内。
本文引用的全部公开文献、专利和专利申请均通过引用的方式全文结合至本文。如在本说明书和所附的权利要求书中所使用的，除上下文另有明确规定之外，单数形式的术语“一个”、“一种”或“该”包括其复数形式。本发明中使用的这些术语遵循于本领域普通技术人员通常接受的标准定义。
研究表明，肠道微生物区系与人体之间的关系不仅仅是共生的(非有害共存)，而且通常是互助共生、共栖关系。尽管动物可以在没有肠道微生物区系的条件下生存，但微生物区系对宿主起到有益功能，如刺激免疫发展、阻止致病菌入侵、调控肠道的发育、发酵未利用的膳食物质、多糖和氨基酸的代谢、维生素(如生物素和维生素K)和类异戊二烯的合成、异型生物质的生物转化以及指导宿主存储脂肪。因此据信，肠道微生物区系组成的改变具有重要的健康效应。
事实上，已经发现，已观察到由于外科手术介入(如，胃旁路术)引起的体重减轻与肠道微生物区系之间的相关性。因此，所公开的本发明一般涉及在受试者中通过改变所述受试者的肠道微生物区系种群(其结果是改变所述受试者的能量平衡)用于体重减轻的治疗方法和用于治疗与体重增加相关的紊乱和状况(如，肥胖症、糖尿病以及其它代谢紊乱或肥胖症的合并症)的组合物。一般来说，为增加能量利用/消耗、减少体脂或促进体重减轻，可以改变特定细菌类群中微生物区系的相对丰度。改变微生物区系可以包括通过提高和/或降低一种或多种微生物区系的相对丰度来改变微生物区系的相对丰度。
本文使用的术语“代谢紊乱”指的是由以下情况引起或其特征为以下情况的紊乱、疾病和状况：异常的体重增加、能量利用或消耗，对摄入的或内源的营养物、能源、激素或身体内的其它信号传导分子的反应改变，或对糖类、脂质、蛋白质、核酸或其组合物的代谢改变。代谢紊乱与代谢途径中的缺乏或过度相关，导致对核酸、蛋白质、脂质和/或糖类的代谢不平衡。影响代谢的因素包括，但不限于，内分泌(激素)控制系统(如，胰岛素途径，肠内分泌激素包括GLP-1、PYY等)、神经控制系统(如GLP-1或大脑中的其它神经递质或调节蛋白)等。一些非限制性的例子可以是肥胖症、糖尿病(包括II型糖尿病)、胰岛素缺乏、胰岛素抵抗、胰岛素抵抗相关疾病、葡萄糖不耐受、X综合征、炎性和免疫紊乱、骨关节炎、血脂异常、代谢综合征、非酒精性脂肪肝、异常脂代谢、癌症、神经退行性疾病、睡眠呼吸暂停、高血压、高胆固醇、致粥样硬化性血脂异常、高血脂状态(如动脉粥样硬化、高胆固醇血症以及哺乳动物中的其它冠状动脉疾病)和其它的代谢紊乱。
紊乱还包括共同发生或丛生以及增加心脏疾病、中风、糖尿病和肥胖症风险的状况。具有如增加的血压、升高的胰岛素水平、腰部过多体脂或异常胆固醇水平这些状况中的仅一项即能够增加上述疾病的风险。综合起来，冠心病、中风、胰岛素低抗综合征和糖尿病的风险更高。
肥胖症在人群中的发病率不断升高已经导致作为肥胖症和相关合并症状况的治疗的外科手术(如肥胖病手术)的平行增长。在大多数病患中，外科手术可以实现持续的多达70％的过高体重的重量减轻，且比非手术方法更有效。已经发现，胃旁路术不仅可以导致早饱、饱食、增加能量消耗、改善葡萄糖代谢以及持久的体重减轻，还可以改变该受试者胃肠道中的微生物区系。因此，在示例性的实施方式中，改变受试者中微生物区系的方法可以用于治疗体重相关疾病，如肥胖症。
术语“治疗”、“处理”或“介入”是指向有状况或患有疾病或者有发生疾病或状况的倾向的受试者施用或递送一种或多种治疗剂、组合物或过程，其目的是预防、减轻、缓解、改变、改进、改善、改良、影响、减缓或停止疾病进程，减缓或停止疾病的恶化、状况或紊乱的至少一种症状、或状况或紊乱的倾向。
本文使用的术语“受试者”指的是任何活的生物体，包括但不限于，人，非人灵长目动物如黑猩猩和其它猿类和猴类，农畜如牛、绵羊、猪、山羊和马，驯养哺乳动物如狗和猫，实验室动物，包括啮齿类动物如小鼠、大鼠、兔子和豚鼠，等。该术语并不指明特定年龄和性别。在一种具体实施方式中，所述受试者是人。
微生物区系
本文公开了包括改变受试者中的微生物区系的方法和组合物。如本文中所使用的，术语“微生物区系”用于指可以在生物体的胃肠道中发现或在其中存在(定植)的一种或多种细菌群落。当提及多于一种微生物区系时，所述微生物区系可以是相同类型(菌株)或可以是类群的混合物，如拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、软壁菌门和疣微菌门的混合物。在一个方面，公开了改变受试者胃肠道中的微生物区系的相对丰度的方法和组合物，所述微生物区系来自如拟杆菌门、厚壁菌门、软壁菌门、变形菌门和疣微菌门的门，或目如拟杆菌目、Erysipelotrichales、梭菌目、肠杆菌目和疣微菌目的目，或如另枝菌属、梭菌属、埃希氏菌属、Allobaculum或Akkermansia的属。所述微生物区系的相对丰度可以通过以下方式改变：施用包括来自如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门和疣微菌门的门或如拟杆菌目、肠杆菌目、梭菌目和疣微菌目的目或如另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属或Akkermansia的属的微生物区系的药物组合物，或者施用显著提高来自如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门和疣微菌门的门或如拟杆菌目、肠杆菌目、梭菌目和疣微菌目的目或如另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属或Akkermansia的属的微生物区系的相对丰度或显著降低来自如厚壁菌或软壁菌门的门或如柔膜菌纲的纲或如Erysipelotrichales的目或如Allobaculum的属的微生物区系的相对丰度的化合物。
在另一方面，公开了选择性改变生物体胃肠道中的微生物区系的方法和组合物，所述微生物区系来自如拟杆菌、变形菌门、厚壁菌门、软壁菌门和疣微菌门的门，或目如拟杆菌目、肠杆菌目、Erysipelotrichales、梭菌目和疣微菌目的目，或属如另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属、Akkermansia或Allobaculum的属。拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、软壁菌门、疣微菌门、拟杆菌目、肠杆菌目、Erysipelotrichales、梭菌目、疣微菌目、另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属、Akkermansia或Allobaculum可以通过施用包含拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、疣微菌门、拟杆菌目、肠杆菌目、梭菌目、疣微菌目、另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属和/或Akkermansia的食物或食品补充剂而选择性地改变，或者可以显著提高或降低生物体的胃肠道中拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、软壁菌门、疣微菌门、拟杆菌目、肠杆菌目、Erysipelotrichales、梭菌目、疣微菌目、另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属、Akkermansia和/或Allobaculum的相对丰度。
另外，所述方法可以包括改变生物体胃肠道中的细菌类群，如改变细菌门、改变细菌纲、细菌目、细菌科、细菌属和/或细菌种。具体地，公开了五种细菌门：拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、软壁菌门和疣微菌门。所述方法和组合物包括改变生物体胃肠道中一种或多种细菌门(拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、软壁菌门和疣微菌门)的细菌纲、细菌目、细菌科、细菌属和/或细菌种。在示例的实施方式中，所述方法和组合物包括改变生物体胃肠道中拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、软壁菌门或疣微菌门的细菌纲、细菌目、细菌科、细菌属和/或细菌种。
所述疣微菌门是细菌领域新描述的、趋异的门。已经从酵母、土壤、粪便及淡水和海水中分离出疣微菌门微生物群落。此外，已经从温泉中发现极嗜酸的成员，其氧化并使用甲烷作为唯一的碳源和能源。疣微菌门中的一些种类携带与编码真核微管蛋白的基因同源的基因。Akkermansia在胃肠道中发现并与肠道健康相关，其可以降解粘蛋白并利用粘蛋白作为唯一的碳和氮燃料源。目前，基于16S rRNA基因文库研究，已经识别出疣微菌门中的六个单源分支(亚门、纲)。在一个示例性实施方式中，所述组合物可以改变来自疣微菌纲的细菌、来自疣微菌目的细菌、来自疣微菌科的细菌和/或来自Akkermansia属的细菌的相对丰度。
拟杆菌门包含三个大的细菌纲：拟杆菌纲(Bacteroidia)、黄杆菌纲(Flavobacteria)和鞘脂杆菌纲(Sphingobacteria)，它们分布在环境中，包括土壤中、沉积物中、海水中以及动物的肠中和皮肤上。优势的革兰氏阴性菌是研究得最好的门，因为它们在人肠中被普遍发现，在这里它们与人具有共栖的宿主-细菌关系。它们有助于分解食物和产生身体需要的有价值的养营和能量。来自另枝菌属的细菌通常是胆汁酸抗性的并可以在胆汁分流型手术之后增加。在一个实施方式中，所述组合物可以改变来自纲拟杆菌纲的细菌、来自拟杆菌目的细菌、来自理研菌科的细菌和/或来自另枝菌属的细菌的相对丰度。
变形菌门是最大的细菌门。作为一个组，这些生物体显示了极高的代谢多样性并代表了大多数已知细菌的医学、工业和农业重要性。这是在进化上、地质上和环境上都很重要的组。所有的变形菌门细菌都是革兰氏阴性的，其外壁由脂多糖组成。许多具有气体囊泡、鞭毛，或者能够通过滑动而移动；它们可能具有柄、其它附属物或具有形成多细胞子实体的能力。大多数成员是兼性或专性厌氧的、化能自养的和异养的，但是有例外。一些种能够实现光合作用，其它的在细胞内或细胞外存储硫。
基于rRNA序列，变形菌门被分成6个部分，称作α到ζ。α、β、δ和ε部分是单源的。γ变形菌相对于β变形菌是近源的，即γ变形菌由β变形菌的几乎全部后代组成。在一个实施方式中，所述组合物可以改变来自γ变形菌纲的细菌、来自肠杆菌目的细菌、来自肠杆菌科的细菌和/或来自埃希氏菌属的细菌的相对丰度。
软壁菌门是缺乏细胞壁且不包含胞壁酸的细菌门。该门包括包含支原体属的柔膜菌纲。一些是各种动物和植物的寄生物，因而生活在宿主的细胞上或细胞中。单个生物体通常非常小，其尺寸典型地仅0.2-0.3μm且具有非常小的基因组。尽管大部分具有使得细胞壁稍微更具刚性的固醇类，但它们在形式上发生变化。许多能够通过滑行或扭动而游动。在一个实施方式中，所述组合物可以改变来自柔膜菌纲的细菌和/或来自Allobaculum属的细菌的相对丰度。
厚壁菌门是主要为革兰氏阳性的细菌的门。但是，少许具有导致它们革兰氏染色阴性的多孔假外膜。科学家曾经将厚壁菌门分类为包括所有革兰氏阳性细菌，但是最近已经将它们定义为具有被称为低-G+C的相关形式的核心组。它们主要是圆形细胞，称为球菌类(单数球菌)，或者是杆状形式(杆菌)。许多厚壁菌门产生内生孢子，其具有抗干燥性并能够在极端条件下存活，使得它们能够在各种环境中生存。该组典型地被分为厌氧性生物的梭菌纲(Clostridia)和专性或兼性厌氧性生物的芽孢杆菌纲(Bacilli)。梭菌纲包括毛螺旋菌科(Lachnospiraceae)，瘤胃菌科(Ruminococcaceae)和梭菌属。芽孢杆菌纲包括乳杆菌属。在一个实施方式中，所述组合物可以改变来自Erysipelotrichi纲的细菌、来自Erysipelotrichales属的细菌和/或来自Erysipelotrichaceae科的细菌的相对丰度。
在一个示例的实施方式中，公开的微生物区系可以是益生菌或是在相对丰度改变时可以赋予宿主健康益处的非致病菌。当口服施用时，益生菌株通常具有在通过消化道上部时存活的能力。它们是非致病的、非毒性的并且发挥对健康的有益作用，一方面，这可能是通过与消化道中的常居菌的生态相互作用，另一方面，这可能是通过它们经由“GALT”(肠相关淋巴组织)以积极的方式影响免疫和代谢系统的能力。取决于益生菌的定义，当给予充足数量时，这些微生物区系具有经过肠继续存活的能力。但是，它们不会大量地跨越肠屏障，且因此它们的主要作用在胃肠道的内腔和/或壁中被诱导。随后，它们形成了常居菌群的部分。这种定植(或暂时定植)使得益生微生物区系实现有益效果，如对菌群中存在的其它微生物的抑制和与肠的免疫系统的相互作用。
微生物区系的相对丰度
所述方法包括鉴定样品中的至少一种微生物区系。用于鉴定样品中微生物区系的这种方法可以包括提供包含一种或多种微生物区系的样品，和检测样品中的至少一种微生物区系。该方法的一个实施方式可以包括制备核酸样品，所述样品包含存在于样品中的至少一种微生物区系的身份分子指示物，以及检测所述身份分子指示物。例如，所述方法可以包括通过制备DNA样品来制备至少一种核酸样品。所述身份分子指示物可以是多态的多核苷酸，如rRNA基因(如16S rRNA基因)。所述身份分子指示物可以通过确定多态的多核苷酸(如16S rRNA基因，或其一部分或亚序列)的核苷酸序列而检测。用于检测身份分子指示物的另外的实施方式还可以包括使用选择性引物的PCR、使用选择性引物的定量PCR、DNA-DNA杂交、RNA-DNA杂交、原位杂交以及它们的组合。例如，可以通过与特异性探针杂交而检测多态的多核苷酸。在这样的实例中，所述特异性探针与多态性靶核酸(如16S rRNA基因)杂交。任选地，所述核酸可以与至少一种阵列杂交，所述阵列包含多个特异性探针，如，各自鉴定一种微生物区系的多个特异性探针。还可以使用蛋白质探针(如抗体)完成身份分子指示物的检测，所述蛋白质探针与多态性靶蛋白质(如，鉴定微生物区系的多态性靶蛋白质)结合。
改变微生物区系的方法还可以包括测量来自受试者的样品中的一种或多种微生物区系的相对丰度。如在文本中所使用的，术语“相对丰度”指的是在限定的位置或群落中一种生物体相对于其它生物体的常见性或稀有性。例如，可以通过一般地测量样品中与生物体的总存在量相比的特定生物体的存在量来确定所述相对丰度。
可以直接或间接测量微生物区系的相对丰度。直接测量可以包括基于培养的方法。间接测量可以包括比较身份分子指示物(如核糖体RNA(rRNA)基因序列)的广泛性，所述身份分子指示物相对于总体样品来说对于某一生物体或生物体组是特异性的。例如，拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、软壁菌门或疣微菌门特异性的rRNA在从盲肠样品中获得的rRNA基因序列的总数中的比例可以用于确定拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、软壁菌门或疣微菌门在盲肠样品中的相对丰度。
在一个实施方式中，个体受试者中的微生物区系(如拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、软壁菌门和疣微菌门)的相对丰度可以通过测量来自个体的样品中一种或多种具体微生物区系的比例以获得所述受试者的微生物区系谱来计算。所述相对丰度可以源自于样品中存在的微生物区系的总丰度。如本文中所使用的，“总丰度”通常指样品中的总生物体。如本文中所使用的，“微生物区系谱”指受试者中或来自受试者的样品中一种或多种微生物区系的相对丰度的表示，如图表。
可以通过从受试者中获得样品来测量微生物区系的相对丰度。所述样品可以是唾液，粪便和胃、肠和/或直肠内含物；来自于消化道组织(如口腔组织、食道、胃、小肠、回肠、盲肠、结肠和/或直肠)的组织样品；胃肠组织内的腹水；以及可能被熟悉微生物区系测定的人员所使用的其它任何样品。在一个示例的实施方式中，测量胃肠微生物区系的相对丰度。
所述方法还可以包括测量生物样品中微生物区系的相对丰度，鉴定一种或多种微生物区系以产生存在于特定受试者(如经受处理或治疗性干预的个体)或存在于所述受试者中的特定位置(如胃肠道)中的微生物区系的微生物区系谱，以及提供包含一种或多种充分纯化的微生物区系的组合物，所述微生物区系选自所述微生物区系谱，如拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、软壁菌门和疣微菌门。在某些实施方式中，所述方法可以包括鉴定和分类受试者中的微生物区系。典型地，使用不依赖于培养基的方法完成所述鉴定。例如，如在本文中所公开的，可以通过使用选择性引物的PCR、使用选择性引物的定量PCR、DNA-DNA杂交、RNA-DNA杂交和/或原位杂交来鉴定所述微生物区系。在一些情况中，所述杂交在微阵列上实施。此外，PCR或高通量测序方法可以在总细菌种群或者转录组学或蛋白质组学研究中检测过表达(overrepresent)或低表达(underrepresent)的基因，以鉴定总细菌种群中缺失的或增加的微生物转录物或蛋白质。可选地，可以通过测定微生物基因组的一部分(如16SrRNA基因)的核苷酸序列来鉴定一个或多个种。
所述方法还可以包括检测总微生物区系、单个微生物类群，如门/纲/目/科/属/种，或测量多于一种微生物类群的组合，所述微生物类群取自靶位置，或在某一活动(如摄取食物或体力活动)之前和/或之后或者治疗前或治疗后的特定时间获取，，或者在治疗前或治疗后，如治疗性干预，像药物治疗、胃旁路术、十二指肠空肠旁路术、胆胰分流术、垂直袖状胃切除术、可调节胃束带术、垂直胃捆绑术、胃内球囊治疗法、胃折术、胃径和胃窦保留、小肠移位、胆汁分流术、褐色脂肪组织调节(如控制活化、加强分化、补充植入等)、药物施用、支配至少一部分胃肠道的神经的电刺激、影响昼夜节律的治疗、胆汁酸调节、肠粘液产生和代谢以及十二指肠腔内屏障。
可以获得微生物区系的单个相对丰度或可以在一段延长的时间期间获得微生物区系的总丰度。微生物区系的丰度可以包括在动物(如，人)胃肠道内发现的任意微生物区系门/纲/目/科/属/种中的一种或多种，并可以通过本领域常规使用的方法(包括，以非限制性的方式举例，胃肠道内含物取样)实施。微生物区系的相对丰度或总丰度还可以包括测量样品中存在的总微生物区系。
还可以在某一活动之前、期间或之后确定一种或多种微生物区系水平的相对丰度。所述活动可以包括，但不限于，体力活动、食物摄取以及处理，如治疗性干预。
可以将一种或多种微生物区系的相对丰度(微生物区系谱)与微生物区系的相对丰度或总丰度的目标谱相比较。所述目标谱可以是获自具有相似体重、年龄、性别、种族等的一个或多个受试者的标准化微生物区系谱。所述目标谱可以是来自具有相似体重、年龄、性别、种族等的健康受试者的标准化微生物区系谱。所述目标谱可以是来自响应于处理或治疗干预或显示了处理或治疗干预的有益结果的具有相似体重、年龄、性别、种族等的健康受试者的微生物区系谱。在具体实施方式中，所述目标谱是来自响应于治疗干预的健康受试者的微生物区系谱，所述治疗干预如药物治疗、胃旁路术、十二指肠空肠旁路术、胆胰分流术、垂直袖状胃切除术、可调节胃束带术、垂直胃捆绑术、胃内球囊治疗法、胃折术、胃径和胃窦保留、小肠移位、胆汁分流术、褐色脂肪组织调节(如控制活化、加强分化、补充植入等)、药物施用、支配至少一部分胃肠道的神经的电刺激、影响昼夜节律的治疗、胆汁酸调节、肠粘液产生和代谢、十二指肠腔内屏障或胃肠道的类似操作。
术语“目标谱”意味着包含任何标准或正常的微生物区系谱，其可以用作针对其测定“改变的微生物区系谱”的基准。本领域技术人员可以以无数种方式选择基准目标谱，只要可以获得统计相关的测量。例如，目标谱或微生物区系的目标谱可以选择为由健康青年成人(如，25-30岁)展示的平均水平。可以基于具体应用选择其它的标准或正常目标谱。
可以通过取自代谢紊乱治疗之前、同时和/或之后的重复的微生物区系谱确定一种或多种微生物区系的相对丰度，所述代谢紊乱治疗如以下过程：如施用类似体重减轻补充剂的组合物或药剂、药物治疗、褐色脂肪组织调节(如受控活化、加强分化、补充植入等)、药物施用、支配至少一部分胃肠道的神经的电刺激、影响昼夜节律的治疗、胆汁酸调节、肠粘液产生和代谢、胃旁路术、十二指肠空肠旁路术、胆胰分流术、垂直袖状胃切除术、可调节胃束带术、垂直胃捆绑术、胃内球囊治疗法、胃折术、胃径和胃窦保留、小肠移位、胆汁分流术、十二指肠腔内屏障或胃肠道的类似操作。所述重复的微生物区系谱可以用于比较在治疗之前、同时和/或之后的微生物区系的相对丰度。获得治疗后的微生物区系谱并将其与治疗前的谱进行比较也可以用于确定或评估可能有用的微生物区系改变。所述微生物区系谱可以在治疗前至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31天或更多天获得。所述微生物区系谱可以在治疗后至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31天或更多天实施。所述微生物区系谱可以在治疗的同时获得。
不仅可以获得微生物区系的相对丰度，还可以获得一种或多种可能造成微生物区系的相对丰度变化的其它分子的测量值，例如，但不限于，微生物区系代谢产物、微生物区系成分、葡萄糖浓度、瘦蛋白水平或胰岛素水平。测量可能造成微生物区系的相对丰度或总丰度的其它分子的方法可以包括测量来自受试者的样品中的分子。所述样品可以是用于获得微生物区系的相对丰度的相同样品，或可以是不同的样品。所述样品可以是，例如，粪便、血液、胃内含物和肠内含物样品(如，腔内样品、粘液层样品、粘膜粘附样品等)。
所述方法和组合物可以包括改变一种或多种微生物区系的相对丰度至少提高或降低约一半，所述微生物区系如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门、软壁菌门和疣微菌门，或者拟杆菌目、肠杆菌目、Erysipelotrichales、梭菌目和疣微菌目，或者另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属、Allobaculum和Akkermansia属。一个示例的实施方式可以包括用于通过向受试者施用充分纯化的微生物区系(如，拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门和疣微菌门)改变微生物区系的相对丰度的方法或组合物。例如，可以向受试者施用充分纯化的拟杆菌目、肠杆菌目、Erysipelotrichales、梭菌目、疣微菌目、另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属、Allobaculum或Akkermansia微生物。取决于期望的结果(如，增加的能量利用(体重减轻))和个体受试者，所述个体受试者中的微生物区系的相对丰度可以被改变(如，提高)至少约1％到至少约1000％或更多。为治疗紊乱，所述相对丰度可以提高至少约5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、150％、200％、250％、300％、350％、400％、450％、500％、600％、700％、800％、900％、1000％、2000％、5000％或更多。在一个示例的实施方式中，疣微菌门的相对丰度提高至少约5％。在另一实施方式中，拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门和疣微菌门的至少一种的相对丰度提高至少约5％。在另一实施方式中，梭菌纲、拟杆菌目、肠杆菌目、梭菌目和疣微菌目中至少一种的相对丰度提高至少约5％。在另一实施方式中，Erysipelotichales和软壁菌门的至少一种的相对丰度降低至少约5％。
另一方面包括联合治疗以调整受试者中的脂肪存储、能量利用和/或体重减轻。在一个示例的实施方式中，用于增加能量利用、减少体脂或促进体重减轻的组合可以包括将所公开的方法和组合物与一种程序或疗法联合，所述程序或疗法如药物治疗、胃旁路术、十二指肠空肠旁路术、胆胰分流术、垂直袖状胃切除术、可调节胃束带术、垂直胃捆绑术、胃内球囊治疗法、胃折术、胃径和胃窦保留、小肠移位、胆汁分流术、褐色脂肪组织调节(如受控活化、加强分化、补充植入等)、药物施用、支配至少一部分胃肠道的神经的电刺激、影响昼夜节律的治疗、胆汁酸调节、肠粘液产生和代谢、十二指肠腔内屏障或胃肠道的类似操作。例如，包含充分纯化的微生物区系(如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门、疣微菌门、拟杆菌目、肠杆菌目、梭菌目、疣微菌目、另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属或Akkermansia)的组合物可以在胃分流术或其它胃肠或肥胖症治疗程序之前、同时或之后施用给受试者。
微生物区系组合物和联合组合物
本发明提供可以直接或间接改变微生物区系的相对丰度至预定水平(如，治疗水平)持续预定时间量(如，直到使用下一剂量)的组合物。所述预定水平可以从导致治疗响应(如，体重减轻)的所测量的微生物区系相对丰度而获得。
在一个方面，组合物可以直接改变微生物区系的相对丰度，如通过施用被受试者消耗的药物组合物或食品、饮料、膳食补充剂和/或食品添加剂中的微生物区系。所述组合物可以包括作为全菌的微生物区系。微生物区系也可以是存活的(活的)、休眠的、无活性的或死的细菌。在一个示例的实施方式中，所述组合物包括来自如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门和疣微菌门的门或如拟杆菌目、肠杆菌目、梭菌目和疣微菌目的目或如另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属和Akkermansia的属的微生物区系的活菌株。
所述组合物还可以包括细菌菌株的混合物。所述混合物可以包括存活的(活的)、休眠的、无活性的或死的微生物区系或其任何组合。在一些实施方式中，所述微生物区系可以包括活菌株的混合物或组合。
来自不同门(如拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、软壁菌门和疣微菌门)的细菌的组合也可以在一些应用中显示协同作用(即，比单独使用时细菌的加性效应更高的效应)。此外，可以使用来自不同门、不同纲、不同目和不同科的细菌的组合。例如，除了作为单独成分对哺乳动物发挥作用外，组合还可以影响其它微生物区系，如通过产生用作其它微生物区系的能量源的代谢产物或者维持有利于或不利于其它微生物区系的生理学状态。在一种实施方式中，所述组合物包括两种或更多种菌株的混合物。
当所述组合物包括一种或多种微生物区系的组合时，所述微生物区系可以来自相同或不同的门/纲/目/科/属/种。在一个示例的实施方式中，所述组合物包括至少一种来自如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门和疣微菌门的门或如拟杆菌目、肠杆菌目、梭菌目和疣微菌目的目或如另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属和Akkermansia的属微生物区系。在另一实施方式中，所述组合物包括疣微菌门，如疣微菌目。在另一实施方式中，所述组合物包括疣微菌门，如Akkermansia。在再另一实施方式中，所述组合物包括疣微菌门及拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门的至少一种或多种。在另一实施方式中，所述组合物包括拟杆菌门，如拟杆菌目。例如，所述组合物可以包括另枝菌属。在另一实施方式中，所述组合物包括肠杆菌目，如埃希氏菌属。在另一实施方式中，所述组合物可以包括厚壁菌门，如梭菌属。
在一个示例的实施方式中，所述组合物可以包括来自疣微菌纲的细菌、来自疣微菌目的细菌、来自疣微菌科的细菌和/或来自Akkermansia属的细菌。在另一实施方式中，所述组合物可以额外地包括来自拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门的至少一种或多种的细菌。在另一实施方式中，所述组合物可以包括来自γ变形菌纲的细菌、来自肠杆菌目的细菌、来自肠杆菌科的细菌和/或来自埃希氏菌属的细菌。在再另一实施方式中，所述组合物可以包括来自拟杆菌纲的细菌、来自拟杆菌目的细菌、来自理研菌科的细菌和/或来自另枝菌属的细菌。在另一实施方式中，所述组合物可以包括来自梭菌纲的细菌、来自毛螺旋菌目的细菌、来自瘤胃菌科的细菌和/或来自梭菌属的细菌。
在另一示例的实施方式中，所述组合物可以包括来自拟杆菌纲的细菌、来自拟杆菌目的细菌、来自理研菌科的细菌和/或来自另枝菌属的细菌。在另一实施方式中，所述组合物可以额外地包括来自疣微菌门、厚壁菌门和变形菌门的至少一种或多种的细菌。在另一实施方式中，所述组合物可以包括来自γ变形菌纲的细菌、来自肠杆菌目的细菌和/或来自肠杆菌科的细菌。在再另一实施方式中，所述组合物可以包括来自疣微菌纲的细菌、来自疣微菌目的细菌和/或来自疣微菌科的细菌。在另一实施方式中，所述组合物可以包括来自梭菌纲的细菌、来自毛螺旋菌目的细菌、来自瘤胃菌科的细菌和/或来自梭菌属的细菌。
在另一实施方式中，所述组合物可以包括来自梭菌纲的细菌、来自梭菌目的细菌、来自毛螺旋菌科的细菌、来自瘤胃菌科的细菌和/或来自梭菌属的细菌。在另一实施方式中，所述组合物可以额外地包括来疣微菌门、拟杆菌门和变形菌门中的至少一种或多种的细菌。在另一实施方式中，所述组合物可以包括来自γ变形菌纲的细菌、来自肠杆菌目的细菌和/或来自肠杆菌科的细菌。在再另一实施方式中，所述组合物可以包括来自疣微菌纲的细菌、来自疣微菌目的细菌和/或来自疣微菌科的细菌。在再另一实施方式中，所述组合物可以包括来自拟杆菌纲的细菌、来自拟杆菌目的细菌和/或来自理研菌科的细菌。
在另一实施方式中，所述组合物可以包括来自两个或更多个门的细菌。例如，所述组合物可以包括来自拟杆菌门的细菌和来自疣微菌门的细菌。在另一实施方式中，所述组合物可以包括来自两个或更多个纲的细菌。例如，所述组合物可以包括来自梭菌纲的细菌和来自拟杆菌纲的细菌。在另一实施例中，所述组合物可以包括来自梭菌纲的细菌和来自疣微菌纲的细菌。在另一实施例中，所述组合物可以包括来自两个或更多个目的细菌。例如，所述组合物可以包括来自拟杆菌目的细菌和来自肠杆菌目的细菌。在另一实施例中，所述组合物可以包括来自疣微菌目的细菌和来自肠杆菌目的细菌。在另一实施方式中，所述组合物可以包括来自两个或更多个属的细菌。例如，所述组合物可以包括另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属和Akkermansia中的两种或更多种。
所述微生物区系可以是充分纯化的。本文中使用的术语“充分纯化的”表示在样品中大幅富集的细菌菌株或多于一种细菌菌株(拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门或疣微菌门)的混合物。所述样品可以是目标细菌菌株或菌株混合物充分纯化或富集的，使得所述样品存在至少约50％、60％、70％、80％、85％、90％、95％、99％或更多的期望的菌株或少于约40％、30％、20％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％或更少的非期望的菌株或其它菌株。在一个示例的实施方式中，组合物包括充分纯化的疣微菌门微生物。例如，所述组合物包括充分纯化的Akkermansia微生物。在另一实施方式中，组合物包括充分纯化的肠杆菌目微生物。例如，所述组合物包括充分纯化的埃希氏菌属微生物。在另一实施方式中，组合物包括充分纯化的拟杆菌目微生物。例如，所述组合物包括充分纯化的另枝菌属微生物。在另一实施方式中，组合物包括充分纯化的梭菌纲微生物。例如，所述组合物包括充分纯化的梭菌属微生物。在另一示例的实施方式中，所述组合物包括充分纯化的疣微菌门微生物和至少一种或多种充分纯化的拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门微生物。另一实施方式涉及用于改变微生物区系的药物组合物，包括治疗有效量的充分纯化的微生物区系，如疣微菌门、拟杆菌目、梭菌目、肠杆菌目、另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属和/或Akkermansia微生物。
方法和组合物还可以包括通过显著改变微生物区系的相对丰度来治疗体重相关疾病(如肥胖症)，其通过提高或降低受试者胃肠道中来自门(如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门、软壁菌门和疣微菌门)或纲(如柔膜菌纲)或目(如拟杆菌目、肠杆菌目、Erysipelotrichales、梭菌目和疣微菌目)或属(如另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属、Allobaculum和Akkermansia)的微生物区系而不需要外科手术过程或此外包括手术过程。在一个实施方式中，所述方法和组合物可以包括提高疣微菌门和/或肠杆菌目的相对丰度。所述方法和组合物可以进一步包括提高拟杆菌门的相对丰度。在另一实施方式中，所述方法和组合物可以包括提高疣微菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和/或变形菌门的相对丰度。在一个示例的实施方式中，所述方法和组合物可以进一步包括提高拟杆菌目、肠杆菌目、梭菌纲、梭菌目、疣微菌纲、疣微菌目、另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属和/或Akkermansia的相对丰度。在另一实施方式中，方法和组合物可以提高肠杆菌目的相对丰度。在另一实施方式中，方法和组合物可以提高埃希氏菌属的相对丰度。在另一实施方式中，方法和组合物可以提高另枝菌属的相对丰度。在另一实施方式中，方法和组合物可以提高梭菌属的相对丰度。在另一实施方式中，方法和组合物可以提高Akkermansia的相对丰度。在再另一实施方式中，所述方法和组合物可以包括降低厚壁菌门和/或软壁菌门的相对丰度。在另一实施方式中，方法和组合物可以降低Erysipelotrichales的相对丰度。在另一实施方式中，方法和组合物可以降低柔膜菌纲的相对丰度。在另一实施方式中，所述方法和组合物可以降低Allobaculum的相对丰度。
改变微生物区系相对丰度的方法和组合物能够导致改变的代谢功能。例如，改变代谢功能可以包括增加能量消耗和/或增加葡萄糖代谢。能量消耗可以增加至少约5％、6％、7％、8％、9％、10％、15％或20％。微生物区系的相对丰度可以被改变，使得至少一种细菌类群具有至少2的LDA。在一个实施方式中，可以通过提高受试者胃肠道中的丙酸产生细菌的相对丰度来改变微生物区系的相对丰度。例如，可以提高大肠杆菌的相对丰度。可以增加丙酸产生细菌以使得胃肠道中丙酸盐的水平增加至少约50％、60％、70％、80％、90％、99％、100％或150％。在另一实施方式中，可以改变微生物区系的相对丰度以减少受试者胃肠道中的乙酸盐。在另一实施方式中，可以改变受试者胃肠道中的短链脂肪酸的比率。例如，可以通过操作受试者胃肠道中的细菌来改变该比率。可选地，可以通过产生细菌来改变环境中短链脂肪酸的比率而改变所述比率。在另一实施例中，可以向受试者施用短链脂肪酸的混合物。
另一方面包括包含间接改变微生物区系相对丰度的化合物或试剂的组合物，如通过施用影响一种或多种特定微生物区系(如拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、软壁菌门和疣微菌门)的生长、存活、存留、转运或存在的化合物或试剂。在一个实施方式中，所述组合物可以提高细菌的相对丰度。例如，所述组合物可以提高来自拟杆菌纲、γ变形菌纲、梭菌纲和/或疣微菌纲的细菌或来自拟杆菌目、肠杆菌目、毛螺旋菌科和/或疣微菌目的细菌或来自理研菌科、肠杆菌科、梭菌科和/或疣微菌科的细菌或来自另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属和/或Akkermansia的细菌的相对丰度。在一个实施方式中，所述组合物可以降低细菌的相对丰度。例如，在一个实施方式中，所述组合物可以降低来自Erysipelotrichi纲的细菌、来自Erysipelotrichales目的细菌和/或来自Erysipelotrichaceae科的细菌的相对丰度。在另一实施例中，所述组合物可以降低来自柔膜菌纲的细菌和/或来自Allobaculum属的细菌的相对丰度。
所述化合物或试剂可以是抗生素处理和/或抗菌剂。抗生素也可以包括天然存在的抗菌剂(如蛙皮素、防御素及其它)或改变所述微生物区系的相对组成的专门的营养混合物。所述化合物或试剂也可以是益生元。术语“益生元”指增加肠内益生菌数量的成分。因此，本文使用的益生元可以指特异于被认为具有积极价值的细菌(如疣微菌门)的任何非存活的成分。施用一种或多种益生元化合物可以选择性地提高体内一种或多种特定微生物区系的相对丰度或总体生长，导致显著的健康益处，如体重减轻。益生元的一些非限制性例子可以包括细菌细胞壁成分(如肽聚糖)、细菌核酸(如DNA和RNA)、细菌膜成分以及细菌结构成分(如蛋白质、碳水化合物、脂质和这些的组合，如脂蛋白、糖酯和糖蛋白)。其它例子还可以包括有机酸、无机酸、碱、蛋白质和肽、酶和辅酶、氨基酸和核酸、糖类、脂质、糖蛋白、脂蛋白、维生素、生物活性化合物、包含无机成分的代谢产物、小分子、例如含氮分子(nitrousmolecule)或含亚硫酸的分子、抗性淀粉、马铃薯淀粉或高直链淀粉、改性淀粉(包括羧基化淀粉、乙酰化淀粉、丙酸化淀粉和丁酸化淀粉)、非消化的寡糖，如低聚果糖、低聚葡萄糖、低聚木糖、低聚半乳糖、阿拉伯糖基木聚糖、阿拉伯半乳聚糖、半乳甘露聚糖、聚葡萄糖、低聚果糖、菊糖以及这些的衍生物，但是不排除能够发挥益生元作用的其它寡糖、其它可溶纤维及其组合。
还可以在食品、饮料、膳食补充剂和/或食品添加剂中提供所述化合物或试剂，或者所述化合物或试剂可以用于改变食品、饮料、膳食补充剂和/或食品添加剂。
再另一方面涉及包括直接和间接改变微生物区系的相对丰度的成分组合的组合物。在一个实施方式中，微生物区系与一种或多种化合物或试剂(如促进一种或多种特定微生物区系的生长、存活、存留、转运或存在的益生元，另称为“合生元”)组合施用。所述组合可以导致更显著的健康益处，如更多或更快的体重减轻。
所述组合物可以是一种或多种微生物区系与促进微生物区系的生长、存活、存留、转运或存在的一种或多种化合物或试剂的组合，所述微生物区系例如来自如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门和疣微菌门的门或如拟杆菌目、肠杆菌目、梭菌目和疣微菌目的目或如另枝菌属、梭菌属、埃希氏菌属和Akkermansia的属的至少一种微生物区系。所述化合物或试剂可以是抗生素处理和/或抗菌剂(如25-50mg/kg/天的青霉素，40-60mg/kg/天的万古霉素以及25-50mg/kg/天的四环素(见，如Nelson's Pocket Book of PediatricAntimicrobial Therapy,2002-2003,第15版，J.Bradley&J.Nelson,eds.,LippincottWilliams和Wilkins))、益生元(包括细菌成分，如细细菌胞壁成分(如肽聚糖)、细菌核酸(如DNA和RNA)、细菌膜成分和细菌结构成分(如蛋白质、糖类、脂质和它们的组合，如脂蛋白、糖酯和糖蛋白)、细菌代谢产物、有机酸、无机酸、碱、蛋白质和肽、酶和辅酶、氨基酸和核酸、糖类、脂质、糖蛋白、脂蛋白、糖酯、维生素、生物活性化合物、包含无机成分的代谢产物、小分子，例如含氮分子或含亚硫酸的分子、抗性淀粉、马铃薯淀粉或高直链淀粉、改性淀粉(包括羧基化淀粉、乙酰化淀粉、丙酸化淀粉和丁酸化淀粉)、非消化的寡糖，如低聚果糖、低聚葡萄糖、低聚木糖、低聚半乳糖、阿拉伯糖基木聚糖、阿拉伯半乳聚糖、半乳甘露聚糖、聚葡萄糖、低聚果糖、菊糖以及这些的衍生物，但是不排除能够发挥益生元作用的其它寡糖、其它可溶纤维及其组合)。
上述组合物还可以包括例如氨基酸、氨基糖、糖醇、蛋白质、糖类、二糖、寡糖、多糖、核酸、缓冲剂、表面活性剂、脂质、脂质体、其它赋形剂以及它们的混合物。其它有用成分可以包括类固醇、消炎剂、非类固醇抗炎剂、止痛剂、细胞、抗炎剂、生长因子、生长因子片段、小分子创伤愈合刺激剂、激素、细胞因子、肽、抗体、酶、分离的细胞、血小板、免疫抑制剂、核酸、细胞类型、病毒、病毒颗粒、必需营养成分、矿物质、金属或维生素以及它们的组合。此外，所述组合物可以包括稀释剂，如水、盐水或缓冲液。
筛选改变微生物区系的化合物或试剂
如上所公开的，多种化合物或试剂可以用于改变受试者中的微生物区系。这样的化合物或试剂可以包括但不限于抗生素处理和/或抗菌剂，益生元，如细菌细胞壁成分、细菌核酸(如DNA和RNA)、细菌膜成分和细菌结构成分(如蛋白质、糖类、脂质和它们的组合，如脂蛋白、糖酯和糖蛋白)、有机酸、无机酸、碱、蛋白质和肽、酶和辅酶、氨基酸和核酸、糖类、脂质、糖蛋白、脂蛋白、糖酯、维生素、生物活性化合物、包含无机成分的代谢产物、小分子如含氮分子或含亚硫酸的分子、抗性淀粉、马铃薯淀粉或高直链淀粉、改性淀粉(包括羧基化淀粉、乙酰化淀粉、丙酸化淀粉和丁酸化淀粉)、非消化的寡糖，如低聚果糖、低聚葡萄糖、低聚木糖、低聚半乳糖、阿拉伯糖基木聚糖、阿拉伯半乳聚糖、半乳甘露聚糖、聚葡萄糖、低聚果糖、菊糖以及这些的衍生物，但是不排除能够发挥益生元作用的其它寡糖、其它可溶纤维及其组合。
本文提供的方法还可以包括筛选和测试化合物或试剂改变受试者中选择的微生物区系的相对丰度的能力。本文提供的一些方法是用于测试药物组合物的改变微生物区系的能力的筛选方法，所述微生物区系来自如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门、软壁菌门和疣微菌门的门或如拟杆菌目、肠杆菌目、Erysipelotrichales、梭菌目和疣微菌目的目或如另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属、Allobaculum和Akkermansia的属。本文提供的其它方法还可以包括测试食品、饮料、膳食补充剂和/或食品添加剂中的化合物或试剂的改变微生物区系的能力。这样的方法从而鉴定能够提高或降低一种或多种微生物区系的相对丰度的药物组合物或食品、饮料、膳食补充剂和/或食品添加剂，所述微生物区系来自如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门、软壁菌门和疣微菌门的门或如拟杆菌目、肠杆菌目、Erysipelotrichales、梭菌目和疣微菌目的目或如另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属、Allobaculum和Akkermansia的属。
多种诊断因子中的任意一种可以作为功效的指示物进行监测，如本领域已知的那些。例如，体重变化、血压、血清胰岛素/葡萄糖水平、能量消耗、呼吸、气色、温度或可以被测量以确定化合物或试剂的功效的其它诊断指示物。此外，来自受试者的样品中一种或多种成分的存在或不存在或者其水平也可以是用于确定化合物或试剂的功效的因子。典型的样品可以包括血液样品和尿液样品，其中可以通过实施例如血液操作盘(blood panel)或尿液操作盘诊断测试来确定一种或多种成分的存在或不存在或者其水平。指示受试者健康的示例成分包括但不限于：白细胞计数、红细胞比容和蛋白质浓度。在一个示例的实施方式中，监测体重减轻或疾病减轻被用作化合物或试剂功效的指示物，所述化合物或试剂作为药物或食品、饮料、膳食补充剂和/或食品添加剂。
所述方法还可以包括监测生物样品中微生物区系的相对丰度。例如，如本文所公开的，可以通过使用选择性引物的PCR、使用选择性引物的定量PCR、DNA-DNA杂交、RNA-DNA杂交和/或原位杂交来监测所述微生物区系。此外，PCR或高通量测序方法可以在总细菌群体或者转录组学或蛋白质组学研究中检测超表达或低表达的基因，以鉴定总细菌群体中缺失的或增加的微生物转录物或蛋白质，从而监测特定微生物区系的相对丰度的变化，所述微生物区系来自如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门、软壁菌门和疣微菌门的门或如拟杆菌目、肠杆菌目、Erysipelotrichales、梭菌目和疣微菌目的目或如另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属、Allobaculum和Akkermansia的属。可选地，可以通过测量总细菌群体中特定微生物基因组(如16S rRNA基因)的相对丰度来监测一种或多种微生物区系的相对丰度。
本文提供了一种用于监测施用的疗法的功效的试剂盒，如通过选择的微生物区系的变化所测量的。所述试剂盒可以测试来自受试者的样品中一种或多种微生物区系的相对丰度，所述微生物区系来自如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门、软壁菌门和疣微菌门的门或如拟杆菌目、肠杆菌目、Erysipelotrichales、梭菌目和疣微菌目的目或如另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属、Allobaculum和Akkermansia的属。在一些实施方式中，所述试剂盒可以包括用于检测微生物区系的相对丰度的试剂、装置或成分以及对照，所述微生物区系来自如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门、软壁菌门和疣微菌门的门或如拟杆菌目、肠杆菌目、Erysipelotrichales、梭菌目和疣微菌目的目或如另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属、Allobaculum和Akkermansia的属。示例的试剂盒可以包括测量如本文提供的功效指示物的试剂、装置或成分，且可以任选地包括一种或多种组分，如用于检测样品中选择的微生物区系或选择的微生物区系的相对丰度的使用说明、装置或成分，以及任选地，包括用于获取和/或处理来自受试者的样品的装置。在一个实施方式中，所述试剂盒可以包括与来自种疣微菌目、拟杆菌目、梭菌目、Erysipelotrichales或肠杆菌目物种的核酸选择性杂交的引物和杂交试剂。
制剂
本文公开的组合物可以配制为药物组合物。这样的药物组合物可以包括药学可接受的载体。一个示例的实施方式涉及用于改变微生物区系的药物组合物，其包括治疗有效量的充分纯化的微生物区系和药学可接受的载体，所述微生物区系来自如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门、软壁菌门和疣微菌门的门或如拟杆菌目、肠杆菌目、Erysipelotrichales、梭菌目和疣微菌目的目或如另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属、Allobaculum和/或Akkermansia的属。如在本文中所使用的，“药学可接受的载体”包括生理相容的任何和所有溶剂、分散介质、涂层、抗菌剂和抗真菌剂、等渗和吸收延迟剂等等。在一个实施方式中，本发明的制剂和组合物可以并入适于递送至受试者的药物组合物中。药物组合物还可以包括药学可接受的载体。如在本文中所使用的，“药学可接受的载体”包括生理相容的任何和所有溶剂、分散介质、涂层、抗菌剂和抗真菌剂、等渗和吸收延迟剂等等。药学可接受的载体的例子包括以下的一种或多种：水、盐水、磷酸盐缓冲盐水、葡萄糖、甘油、乙醇等等，以及它们的组合。在许多情况下，优选地所述组合物中包括等渗剂，如糖，多元醇如甘露醇、山梨醇或氯化钠。
所述组合物可以被配制成多种形式。这些包括，例如，液体、半固体和固体制剂形式，如液体溶液(如可注射和可输注溶液)、分散液或悬浮液、片剂、丸剂、粉末、脂质体、栓剂和其它制剂。所述组合物可以被配制用于高药物浓度。所述组合物进一步可以是在操作和储存条件下为无菌和稳定的。可以通过将组合物与上述列举的一种成分或其组合(如所需要的)并入需要量的合适溶剂中，随后进行过滤除菌来制备无菌注射溶液。
所述组合物的示例性形式可以取决于预期的递送模式和治疗应用。在一个实施方式中，所述组合物被配制用于口服递送。一些组合物可以是基于药剂递送(如在2010年10月22日提交的、名称为“pill catcher”的美国专利申请号12/976,648中所公开的)以及延释方法的形式。在一个实施方式中，所述基于药丸的递送可以是使得递送发生在胃肠道内的精确位置的系统的一部分。在另一实施方式中，所述组合物可以被配制成延释制剂。在另一实施方式中，所述组合物可以被包封在包衣中，其直到离开病患的胃才开始降解。在另一实施方式中，所述组合物可以与保护所述组合物避免快速释放的载体一起制备，如控释制剂，包括植入物、透皮贴剂和微包封递送系统。可以使用可生物降解的、生物相容的聚合物，如乙烯-醋酸乙烯酯、聚酐、聚乙醇酸、胶原蛋白、聚原酸酯和聚乳酸。用于制备这种制剂的许多方法已经被授予专利权或是本领域技术人员公知的。见，如，Sustained and ControlledRelease Drug Delivery Systems,J.R.Robinson,ed.,Marcel Dekker,Inc.,纽约，1978。“持释”指的是相对于通过组合物的常规制剂的递送所实现的释放，所述组合物或其活性化合物在延长的时间期间内释放。
另一类型的组合物包括可激活的形式，如用处于休眠或非活性状态(如，冻干状态)的微生物区系配制所述组合物。在组合的组合物中，所述微生物区系可以是处于休眠或非活性状态，或者培育微生物区系的化合物或试剂可以是非活性的。在一个示例的实施方式中，所述组合物可以被配制为包括至少一种休眠或非活性微生物区系以及培育微生物区系的非活性化合物或试剂。
所公开的组合物和组合的组合物也可以被配制成食品、饮料、膳食补充剂和/或添加剂。这样的组合物是适于人和/或动物消费的那些。本领域技术人员可以容易地知道可以用在口服或可摄取制剂中并被认为适于人和/或动物施用的微生物区系的特定制剂。许多组合物被用于制造食品或食品添加剂/补充剂；因此，另一重要方面是提供包括微生物区系的人或动物食品或食品添加剂/补充剂以增加哺乳动物的体重减轻，所述微生物区系来自如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门和疣微菌门的门或如拟杆菌目、肠杆菌目、梭菌目和疣微菌目的目或如另枝菌属、梭菌属、埃希氏菌属和Akkermansia的属。
可消费的组合物可以被配制成包括甜味剂、稳定剂或粘合剂、湿润剂和/或天然和/或人工调味剂。所述组合物还可以包括天然和/或人工着色剂和防腐剂。在一种实施中，所述组合物可以包括单糖、二糖和多糖，例如但不限于，蔗糖(糖)、右旋糖、麦芽糖、糊精、木糖、核糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖、舒可慢(sucromalt)、果糖(左旋糖)、转化糖、玉米糖浆、麦芽糊精、低聚果糖糖浆、部分水解淀粉、玉米糖浆固形物、聚葡萄糖、可溶性纤维、不溶性纤维、天然蔗汁、明胶、柠檬酸、乳酸、天然色素、天然调味剂、分馏椰子油、巴西棕榈蜡或它们的组合。
剂量
微生物区系组合物还可以包括“治疗有效量”或“有效量”。“治疗有效量”指在需要的剂量下及时间段内，有效实现期望的治疗结果的量。组合物的治疗有效量可以根据多种因素(如个体的疾病状态、年龄、性别和体重以及所述组合物在个体中引起期望的反应的能力)而变化。治疗有效量也是其中组合物的治疗有益效果超越所述组合物的毒性或有害作用的量。在一个示例的实施方式中，微生物区系组合物的治疗有效量是其中提高一种或多种微生物区系的相对丰度的量。例如，治疗有效量的疣微菌门提高了受试者中疣微菌门的相对丰度。
组合物的剂量可以取决于组合物中存在的微生物区系的类型。剂量还可以根据受试者中存在的一种或多种微生物区系的相对丰度决定。剂量还可以通过额外的处理或治疗干预来决定，所述处理或治疗干预例如以下过程：施用类似体重减轻补充剂的组合物或药剂、药物治疗、褐色脂肪组织调节(如受控活化、加强分化、补充植入等)、药物施用、支配至少一部分胃肠道的神经的电刺激、影响昼夜节律的治疗、胆汁酸调节、肠粘液产生和代谢、胃旁路术、十二指肠空肠旁路术、胆胰分流术、垂直袖状胃切除术、可调节胃束带术、垂直胃捆绑术、胃内球囊治疗法、胃折术、胃径和胃窦保留、小肠移位、胆汁分流术、十二指肠腔内屏障或胃肠道的类似操作。
在一种实施方式中，所述组合物可以有效改变一种或多种微生物区系的相对丰度。在另一种实施方式中，所述组合物可以有效提高受试者中的微生物区系的相对丰度。在一种实施方式中，所述组合物可以提高或降低受试者中的微生物区系的特定菌株的相对丰度，所述微生物区系来自如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门、软壁菌门和疣微菌门的门或如拟杆菌目、肠杆菌目、Erysipelotrichales、梭菌目和疣微菌目的目或如另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属、Allobaculum和Akkermansia的属。在一种示例的实施方式中，所述组合物可以提高受试者中的微生物区系的相对丰度，所述微生物区系来自如拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门和疣微菌门的门或如拟杆菌目、疣微菌目、梭菌目和肠杆菌目的目或如另枝菌属、埃希氏菌属、梭菌属和Akkermansia的属。
在另一实施方式中，所述组合物还可以有效改变受试者中的微生物区系，以使得在施用所述组合物后，受试者中的微生物区系模拟响应于胃旁路术或其它胃肠或肥胖症治疗过程的受试者中存在的微生物区系。所述组合物可以有效改变微生物区系以模拟具有相似体重、年龄、性别、种族等的正常、健康受试者的微生物区系。在一个示例的实施方式中，所述微生物区系可以被改变、增加或减少以模拟具有相似体重、年龄、性别、种族等的一个或多个受试者，所述受试者响应了用于治疗肥胖症、糖尿病、其它代谢紊乱或肥胖症的合并症的手术过程或治疗干预(如胃旁路术或其它胃肠肥胖症治疗或代谢程序)或显示了有利结果。在一个示例的实施方式中，所述组合物可以有效改变受试者中的微生物区系以模拟在受试者中存在的微生物区系，如响应于手术程序(如胃旁路术或其它胃肠肥胖症治疗或代谢程序)的受试者。
可以调整给药方案以提供最适宜的期望反应(如治疗反应或预防反应)。例如，可以递送单一大丸剂，可以随时间递送多个分开的剂量或者所述剂量可以如治疗情况的紧急性所指示的按比例地减少或增加。特别有利的是配制单位剂型的肠胃外组合物以便于剂量的递送和均匀性。如在本文中所使用的单位剂型指的是适于作为用于待治疗的哺乳动物受试者的单一剂量的物理离散单元；每一单元包含与需要的药学载体结合的经计算以产生期望的治疗效果的预定量的活性化合物。用于本发明的单位剂型的规格由下述内容规定或直接取决于下述内容：(a)活性化合物的独特性质和将要实现的具体治疗效果或预防效果，和(b)组合这种活性化合物用于个体治疗的领域中固有的限制。
当应用于本发明提供的方法时，组合物的示例剂量范围可以是每天约0.001至约100mg/kg体重，每天约0.01至约50mg/kg体重，如每天约0.05至约10mg/kg体重，以一个或多个剂量递送，如1-3个剂量。在一个示例的实施方式中，所述组合物包括以1-3个剂量递送的每天约0.01至约50mg/kg体重范围的充分纯化的疣微菌门微生物或者充分纯化的疣微菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门微生物中的一种或多种。准确的剂量将取决于递送的频率和模式、被治疗的受试者的性别、年龄、体重和一般状况，被治疗的状况的性质和严重性，将治疗的任何合并症和本领域技术人员已知的其它因素。
在一个实施方式中，组合物包括总浓度在约0.001mg/kg至约100mg/kg的范围中的充分纯化的微生物区系，如疣微菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和/或变形菌门。在另一实施方式中，所述组合物包括总浓度在约0.1mg/kg至约50mg/kg的范围中的充分纯化的微生物区系，如疣微菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和/或变形菌门。在再另一实施方式中，所述组合物包括总浓度在约1mg/kg至约10mg/kg的范围中的充分纯化的微生物区系，如疣微菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和/或变形菌门。
递送
可以通过本领域已知的多种方法递送或施用所述微生物区系组合物。术语“递送”、“递送至”、“施用”和“施用于”在本文中可互换使用。如本领域技术人员所意识到的，递送的途径和/或模式将根据期望的结果变化。在一个实施方式中，所述微生物区系组合物是经口递送。在另一实施方式中，所述微生物区系是口服递送。递送的再另一模式可以包括递送至肠的方法和组合。
所述微生物区系组合物可以被递送至受试者内的靶区域和/或结构。在胃肠道内可以被靶向的区域可以包括但不限于，胃、胆胰支(limb)、Roux支、共用支、回肠、盲肠或结肠。可以靶向于构成具有特定pH范围、温度、湿度和代谢产物内含物的分化生态区位的结构。与改变的微生物区系谱相关的疾病或状况可以表现出新微生物的存在、正常微生物的缺乏或者微生物比例的变化。
微生物区系组合物的递送可以被靶向于受试者中的一个或多个区域。所述区域可以包括但不限于胃肠道中的区域。在一个示例的实施方式中，所述递送被靶向于口腔，胃肠道中的胃、胆胰支、Roux支、共用支、小肠、回肠、盲肠、大肠或结肠。所述递送还可以靶向于受试者中的一个或多个组织。所述组织可以包括胃肠道中的任何组织，如胃、胆胰支、Roux支、共用支、小肠、回肠、盲肠、大肠或结肠。
可以在治疗处理之前、同时或之后递送所述组合物，所述治疗处理例如以下过程：施用类似体重减轻补充剂的组合物或药剂、药物治疗、褐色脂肪组织调节(如受控活化、加强分化、补充植入等)、药物施用、支配至少一部分胃肠道的神经的电刺激、影响昼夜节律的治疗、胆汁酸调节、肠粘液产生和代谢、胃旁路术、十二指肠空肠旁路术、胆胰分流术、垂直袖状胃切除术、可调节胃束带术、垂直胃捆绑术、胃内球囊治疗法、胃折术、胃径和胃窦保留、小肠移位、胆汁分流术、十二指肠腔内屏障或胃肠道的类似操作。在一种实施方式中，可以在治疗前的至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31天或更多天递送所述组合物。在另一种实施方式中，可以在治疗后的至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31天或更多天递送所述组合物。在再另一实施方式中，可以在治疗处理的同时递送所述组合物。在另一实施方式中，所述组合物可以在持续直到实现期望的结果(如，体重减轻、糖尿病改善、已经获得目标群体、目标群体得到维持等)的处理期间递送。
微生物区系组合物的递送也可以重复一次或多次。所述微生物区系组合物的重复递送可以是在代谢紊乱治疗之前和/或之后的一次或多次。所述重复的递送可以是与初始递送相似的方式。
所述微生物区系组合物还可以与可能包括治疗剂、预防剂或诊断剂的药剂一起施用，所述治疗剂、预防剂或诊断剂选自小分子，核酸，蛋白质，如多肽的益生元，包括细菌成分(如细菌细胞壁成分(如肽聚糖)、细菌核酸(如DNA和RNA)、细菌膜成分以及细菌结构成分(如蛋白质、碳水化合物、脂质和这些的组合物，如脂蛋白、糖酯和糖蛋白))、细菌代谢产物、有机酸、无机酸、碱、蛋白质和肽、酶和辅酶、氨基酸和核酸、糖类、脂质、糖蛋白、脂蛋白、糖酯、维生素、生物活性化合物、包含无机成分的代谢产物、小分子(例如含氮分子或含亚硫酸的分子)、抗性淀粉、马铃薯淀粉或高直链淀粉、改性淀粉(包括羧基化淀粉、乙酰化淀粉、丙酸化淀粉和丁酸化淀粉)、非消化的寡糖如低聚果糖、低聚葡萄糖、低聚木糖、低聚半乳糖、阿拉伯糖基木聚糖、阿拉伯半乳聚糖、半乳甘露聚糖、聚葡聚糖、低聚果糖、菊糖以及这些的衍生物的益生元，但是不排除能够发挥益生元作用的其它寡糖、其它可溶纤维及其组合。在一个实施方式中，递送的药剂是递送的小分子，所述小分子具有低的口服生物利用度并对宿主肠的微生物区位起作用。低的口服生物利用度在药物中通常是不希望的，因为经肠吸收是大多数口服治疗的目标。
所述微生物区系组合物还可以在与上述化合物或试剂相同的组合物中被施用，或者可以与在微生物区系组合物之前、同时和/或之后施用的化合物或试剂分别施用。可以在施用化合物或试剂之前至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31天或更多天施用所述微生物区系组合物。还可以在施用化合物或试剂之后至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31天或更多天施用所述微生物区系组合物。可以与化合物或试剂的施用同时施用所述微生物区系组合物。
所述组合物还可以由至少部分可植入的系统递送。所述可植入的系统可以是本领域已知和使用的任何系统。所述系统可以包括可编程的泵(如通常用于向糖尿病患者递送胰岛素的那些)。这些部件中的一种或多种可以是模块化的并与可能包括端口、针、贴片等等的经皮递送系统连接。在一个示例的实施方式中，所述可植入的系统包括储库和端口。该储库可能包括用于容纳所述组合物的可再填充或可重装载容器。在另一实施方式中，所述系统可以包括导管。在另一实施方式中，所述可植入系统是经腔(translumenal)导管。所述系统还可以被配置成以规定的剂量和/或规定的间隔递送所述组合物。所述规定的剂量和/或规定的间隔可以由本领域技术人员确定。
基于上述实施方式，本领域技术人员将领会到本发明的更多特征和益处。因此，除由所附的权利要求所表示的之外，本发明不受实施例或附图中具体显示和描述的内容所限制。本文引用的所有公开文献和参考资料明确地通过引用的方式全文合并至此。
实施例
实施例1：材料和方法
动物：从杰克逊实验室购买22-26周龄的雄性C57BL/6J食源性肥胖(DIO)小鼠。这些小鼠从6周龄开始以60％的高脂饮食(HFD；Research Diets,D12492,新布朗斯维克,NJ)喂养直至达到40-50克的手术体重。所有的动物研究根据马萨诸塞州综合医院下属委员会关于研究动物护理指南进行并且在经认可的方案下使用。雄性的、年龄相配的(7-10周)、无菌Swiss Webster小鼠从Taconic获得并在经认可的哈佛医学院IACUC方案下使用。
将RYGB组的动物禁食过夜并用异氟烷麻醉。将腹部裸露并刚好在屈氏韧带远端做单一横切。最接近的肠部分(胆胰(BP)支)再吻合至横切远端～9cm(6个棉签(Q-tip))的空肠段以产生“Y”型连接。胃的腺体或非腺体部分被双重缝合并横切以分别形成残胃和胃囊。在胃囊处做一切口，且横切肠的远端段(近端Roux(Rx)支)与胃吻合。在体壁和皮下闭合前对所有的吻合复查渗漏。
假手术的动物(SHAM)在手术前以与RYGB动物相似的方式处理，并进行同样的肠横切-吻合。胃以与RYGB动物相似的方式进行操作，但是对胃不进行横切或切口。见图2。
所有动物都被肌肉注射给药0.05mg/kg的丁丙诺啡用于预防和/或减轻手术后疼痛。手术后，将动物单个地安置在铁网地面上并用流质食物(Vital HN，雅培实验室，哥伦布，俄亥俄州)喂养最多两周直到完全改回高脂饮食(HFD)。每周监测体重。手术后3周，随机挑选一组体重稳定的SHAM动物，以RYGB日食物摄入量的1/3的日限制饮食喂养，以减轻体重并将体重保持在约30-33克的正常体重，从而匹配RYGB动物的体重(体重匹配假手术组，WMS)。见图2。为了间接热量测定试验，对动物喂食粉末的、辐照形式的小鼠膳食9F(Labdiet5020)。
粪便取样和处理。将每周的粪便样品直接收集至无DNA酶和RNA酶的管中并储存在-80℃直到处理。使用Powersoil细菌DNA提取试剂盒(Mobio，卡尔斯巴德，加利福尼亚州)提取DNA并使用通用细菌引物对DNA进行PCR扩展，所述引物靶向于16S rRNA基因的可变区域4，热循环仪方案如下：94℃变性3分钟，35个循环的94℃45秒、50℃30秒和72℃90秒，以及在72℃的最后退火温度下10分钟。汇集每个样品的三次重复反应结果并用1.5％琼脂糖凝胶的凝胶电泳确认扩增。用Ampure XP试剂盒(Agencourt，Danvers，MA)纯化16s rRNADNA扩增子，并使用Quant-iT Picogreen dsDNA分析试剂盒(Invitrogen，Mobio，卡尔斯巴德，加利福尼亚州)定量。使用Illumina Hi-Seq平台对扩增子测序。多变量统计分析用于比较处理组之间的微生物组合物。使用QIIME软件包以及定制的Perl脚本对16S rRNA基因序列进行分析以分析α(样品内)和β(样品间)多样性。
食物摄入量和粪便分析。一个亚组的动物用于进行食物摄入和粪便分析。将动物单独地安置在铁网地面上。每隔一天称量食物并针对散落进行调整。收集所有的粪便球，称重并提交至阿肯色州大学进行粪便热量测定、粗脂肪和粗氮分析。样品量允许下，还测量粪便pH值。
组织收获和肠轴取样。在手术后12-15周之间将动物处死。在安乐死之前，将动物禁食两小时，使用手持式血糖仪(Alpha-Trak,雅培实验室，雅培公园，伊利诺伊州)从尾尖测量血糖水平，腹腔注射100mg/kg戊巴比妥钠麻醉并通过心脏放血进行安乐死。将血收集在含有EDTA的管中并将血浆储存在-80℃。收集以下肠段进行细菌DNA分析：胃囊、残胃、BP支、Roux支、共用支(BP/Rx吻合处远端前3cm)、远端回肠、1/2盲肠和结肠。在SHAM和WMS动物中也收集各支代表性的段。用提取缓冲液(200mM NaCl，200mM Tris，20mM EDTA，pH 8.0)冲洗每一段以获取腔内细菌内含物。然后纵切各段，用乙醇清洗的显微镜载玻片刮掉粘膜以获得粘膜粘附的细菌样品。盲肠和结肠与肠的其余部分独立地收集以避免污染。所有的内含物和粘膜粘附样品在液氮中速冻并储存在-80℃直到使用上述相同的PowerSoil DNA提取试剂盒提取DNA。在另一亚组动物中，使用与微pH电极(赛默飞世尔科技，罗切斯特，NY)连接的pH计测量胃肠道不同节段的pH值。除了肠取样外，收集附睾和腹膜后脂肪垫并称重以作为内脏脂肪率的生物标志。通过NMR(Bruker TD Minispec，比尔里卡，马萨诸塞州)确定全身的瘦体重和脂肪量。
生化测定。使用小鼠超灵敏胰岛素ELISA(Alpco，塞伦，NH)测量血浆胰岛素。使用相应的试剂盒(Wako Chemical，里士满，VA)测定血清中的空腹TG和非酯化脂肪酸(NEFA)。在55℃下，在乙醇氢氧化钾中孵育过夜提取肝甘油三酯，并使用游离甘油试剂(Sigma，圣路易斯，MO)测量游离甘油。通过ELISA(Crystal Chem,Inc.，伊利诺斯，IL)测量血浆瘦蛋白。
无菌小鼠实验。来自各组(RYGB、假手术和非手术食源性肥胖(DIO)小鼠)的供体动物以与所有其它小鼠相同的方式处理，除了存储盲肠内含物并混合在还原的厌氧PBS缓冲液中。该样品在厌氧室中均浆，并将得到的浆液通过强鉰施用于无菌的、7-13周龄、雄性Swiss Webster受体小鼠(每组5-6只动物)。将小鼠以1-2只/笼安置在铁网地面上，喂食热压处理的啮齿动物饲料。一组未接种的小鼠用作对照。在2周的定植期内，每周记录体重和累积食物摄入量。在第-1天和强饲后的1、2、3、7和13天收集粪便球。在第13天，对动物撤去食物过夜。在第14天，将动物从微型分隔装置移出并转移至操作间，在其中使用手持式血糖计(Alpha-trak，雅培实验室)从取自尾尖的血液中获得空腹血糖值。用异氟烷麻醉动物。进行终端血液采集，收获组织，并对肝和内脏(腹膜后和附睾)脂肪垫进行称重。
双标记的水。双重标记的水使用3：1稀释的O-18水(97％；剑桥同位素实验室，安多佛，MA；OLM-240-97-1)和重水(Sigma,#151882-10G)制备，无菌过滤，并储存在氧化乙烯灭菌的具有卷压盖的安瓿注射瓶中。在实验前的1-2天收集注射前的基线样品。在强饲供体样品微生物区系之后，对动物腹腔注射60μL(66μg)的双标记水示踪剂并记录注射时间。在注射后60-90分钟之间收集注射后血液样品，并作为最大的平衡示踪剂稀释使用。然后在注射后第5、8和14天收集血液样品。精确记录各次血液样品收集的时间。在10,000rcf下将血液样品离心5分钟以分离血浆并储存在-80℃直到分析。将第-1、0、5、8天的样品送至Metabolic Solutions(安多佛，MA)用于示踪剂分析。
为确定CO2的产生率(rCO2)，相对于时间绘制来自各动物的血液样品的氘和O-18水平的对数以获得线性斜率，其代表了示踪剂从身体库消除的速度。将这些样品与国际标准(Vienna Standard Mean Ocean Water)进行比较。根据改良的Speakman,Nair和Goran公式(Am J Physiol264:E912-E917，1993)计算CO2产生率(rCO2)：
rCO2＝(N/2.196)x(k0-1.0472kd)，其中N＝[(N0)+(Nd/1.0427)]/2。
用0.85的RQ估计值计算能量消耗的估计值。基于氘和氧-18的平均的库尺寸确定总的体内水分。
间接热量测定。在安置在16笼CLAMS(综合实验室动物检测系统；哥伦布，OH)中之前，动物在无菌容器中运送，并在开始测量前保持静止1小时。流速被设定为0.6L/min。每天检查动物的食物和水；两只动物需要再填充食物。一只GF-R动物将大量食物啃嚼到散落桶中且在两天期间内均需要再填充；再平衡食物重量比例中的误差导致食物摄入量的人为增加。因此，动物的食物摄入量数据从研究中排除。
短链脂肪酸分析。将盲肠内含物样品保持冷冻在-80℃下直至分析。将样品冷冻室移除并称重，并向每一份解冻的样品中加入500μL的水(HPLC级)。将样品涡旋1分钟直到材料均质化。通过加入50μL的50％硫酸将悬浮液的pH值调节至2-3。将酸化的样品在室温下放置5分钟，且每分钟进行短暂的涡旋。然后以5000g将样品离心10分钟。将400μL的澄清上清液转移至Eppendorf管中用于进一步处理。对于挥发性提取物，加入50μL的内标物(1％的2-甲基戊酸溶液)和400μL的无水乙醚。将管涡旋30秒，然后以5000g离心10分钟。将1μL的上部醚层注射至色谱中进行分析，并与包含10mM的乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、戊酸、异己酸、己酸和庚酸(Matreya,Pleasant Gap PA)的内标对照溶液进行比较。
使用岛津GC14-A系统和火焰电离检测器(FID)(岛津公司，京都，日本)进行色谱分析。对于挥发性酸，使用涂覆0.25μm膜厚度的30m×0.25mm的熔融石英毛细管柱(NukolTM)(Supelco Analytical,Bellefonte,PA)。氮气用作载气。炉温是170℃，且FID和注射口温度被设定为225℃。注射的样品体积是1μL，且每一分析的运行时间是10分钟。使用岛津C-R5A多能色谱仪进行色谱图和数据整合。标准混合物中酸的保留时间和峰高度用作未知样品的参照。这些酸通过它们特定的保留时间鉴别，且浓度被测定和表示为每克样品的mM浓度。
RNA提取和qPCR。使用Trizol(Invitrogen，卡尔斯巴德，加利福尼亚)从大多数组织中提取RNA。使用脂质组织RNeasy Qiagen试剂盒(Valencia,CA)提取脂肪组织RNA。1μg的RNA用于cDNA扩增，其根据制造商的说明书(Invitrogen，卡尔斯巴德，加利福尼亚)使用SuperScript III First-Strand分析系统和随机六聚体引物进行。使用应用生物系统公司(卡尔斯巴德，加利福尼亚)出售的引物用50ng的cDNA进行qPCR。通过ΔΔCT方法(应用生物系统公司公报#2)分析基因表达，其采用合适的对照条件作为校准器。β-肌动蛋白用作看家基因。
统计分析。对于体内生理学实验，所有的数据都被表示为平均值+SEM。使用GraphPad Prism(v.5)进行统计。显著性接受为P<0.05。
实施例2：供体分析
将小鼠分成3组：经受外科胃旁路术并以高脂饮食喂养的动物(RYGB)、经受假手术并以高脂饮食喂养的动物(SHAM)以及经受假手术并与RYGB动物体重匹配的动物(WMS)。见图2。
每周对动物称重并与手术前体重进行比较。图3A显示了直到手术后10周三组小鼠每周相对于手术前体重的百分变化。SHAM组的体重稳定地增加至高于手术前体重。RYGB组和WMS组手术后体重显著降低。RYGB组在两周后降低至手术前体重的大约70％，而WMS组稳定地降低一直到手术后10周。完全的体重匹配发生并稳定到手术后6周(食物限制后的3周)。
表1：一周食物摄入量和粪便热量测定分析。数值表示为平均值±SEM。未以相同字母注释的数据显著不同(P<0.05ANOVA)。
如表1中所示的，RYGB组的净能量摄入低于SHAM组和高于WMS组。
图3B显示了三组的食物摄入量。星号用于标识显著性差异。RYGB组的食物摄入量同SHAM组没有显著不同，但对WMS组喂食少～25％的食物以匹配RYGB组的体重。在它们的粪便中，RYGB组比SHAM组和WMS组明显损失更多能量。见图3C。图3D显示了每组的净能量摄入量，其被计算为食物摄入量与粪便能量输出之间的差值。RYGB组的净能量摄入量明显低于SHAM组的净能量摄入量而明显高于WMS组的净能量摄入量。见图3D。
如在表2中所示的，在手术后15周，以高脂饮食喂养的RYGB小鼠与SHAM动物相比表现出较低的血糖和胰岛素水平，而与低脂饮食动物的水平相似。如通过胰岛素抗性的稳态模型评估(HOMA-IR)所表示的，RYGB组相对于SHAM组在胰岛素敏感性上具有明显的提高。
表2：2小时禁食血浓度。数值表示为平均值±SEM。未以相同字母注释的数据显著不同(P<0.05ANOVA)。
在手术后15周测量3组小鼠的葡萄糖耐量和胰岛素耐量。图3E显示了RYGB组和WMS组相对SHAM组之间的口服葡萄糖耐量的提高。图3F显示了RYGB组与SHAM组和WMS组相比的胰岛素敏感性的明显提高。
测量每组动物的肝脏和血清的甘油三酯水平。SHAM组动物比RYGB和WMS动物具有更高的肝脏甘油三酯(图4)和血清甘油三酯(图5)。
在手术后12-15周，从三组小鼠尸体解剖的全身瘦重和脂重确定身体组成。图6显示了RYGB组比SHAM组具有明显更少的脂肪质量。RYGB组比WMS组和SHAM组也具有更高瘦重。
此外，从收集自三组动物的附睾和腹膜后脂肪垫来确定肥胖指数。RYGB组和WMS组比SHAM组具有明显更低的脂肪率百分比。见图7。
实施例3：供体微生物区系谱
手术后每周从三组动物收集粪便样品以测量胃旁路术对总体微生物多样性的时间效应。图8图解了用于分析粪便样品的方案。
对获自胃囊、远端残胃、BP支、Rx支、共用支(BP/Rx吻合处远端前3cm)、远端回肠、1/2盲肠和结肠内含物的分离的细菌DNA样品中的微生物多样性进行比较。来自样品的细菌DNA通过用于手术的主轴(PC)的未加权UniFrac分析进行分析。图9示出了显示在RYGB或假手术操作之前和之后的动物中微生物种群变化的基于UniFrac的分析。样品轴的簇集表明手术前相似的微生物生态学，而在手术后一周内在RYGB群落中有明显变化，该变化随时间持续并在5周后稳定。
有趣的是，假手术对粪便微生物种群有很小但等同的作用，不依赖于食物限制。此外，SHAM组和WMS组之间微生物生态学差异是最小的。以高脂饮食喂养的接受胃旁路术的供体(RYGB)的样品与以低脂饮食喂养的接受胃旁路术的动物(LF-RYGB)的样品簇集在一起，表明手术对于形成肠道微生物群落的作用不依赖于饮食。见图9。
图10显示了三个处理组的收集微生物内含物的各个位置的UniFrac群体比较，这些位置是：胃囊、远端残胃、BP支、Rx支、共用支(BP/Rx吻合处远端的前3cm)、远侧回肠、1/2盲肠和结肠，表明了在RYGB之后沿肠道长度的其中微生物生态群发生最大变化的位置(远端片段：回肠、盲肠、结肠；以及残胃；腔内含物和粘膜粘附群体)。也有证据说明WMS动物中沿着小肠整体(BP、Roux、共用支和回肠)的粘膜粘附菌落的微生物群落的变化。线性判别分析(LDA)效应量(LEfSe)方法用于鉴定它们的相对丰度在取自RYGB、SHAM和WMS组的粪便样品中变化显著的细菌类群和物种水平显型。LDA评分>2显示了显著变化。如在表3中所示，在RYGB之后，遍及胃肠道的另枝菌属和Akkermansia有明显增加。
表3：处理之间具有差异相对丰度的分类学组
图11A显示了表明RYGB手术之后微生物多样性的变化的一个分类群。在手术后RYGB动物的粪便样品中看到肠杆菌目的百分变化。事实上，手术前存在的肠杆菌目分类群的百分比在所有动物中都极低。图11B显示了手术前和手术后12周内取自RYGB、SHAM和WMS动物的粪便样品中肠杆菌目的相对丰度。RYGB动物中的肠杆菌目的相对丰度在手术后提高，且提高的水平得到维持。图11C显示了横跨胃肠道长度的腔内含物和粘膜的相对丰度，将RYGB动物与SHAM和WMS对照进行比较。
图12进一步显示了RYGB、SHAM和WMS小鼠手术前以及手术后每周直到手术后12周收集的粪便样品中细菌目的平均相对丰度。有趣的是，RYGB显示了在饮食引起的单纯体重减轻之后没有看到的多微生物种群普遍性的独特增加和降低，包括：肠杆菌目、疣微菌目和拟杆菌目种群的增加和厚壁菌门的梭菌目、乳杆菌目(Lactobacillales)和Erysipelotrichales的减少。图13中也看到肠杆菌目、疣微菌目和拟杆菌目群体的普遍性提高以及梭菌目、乳杆菌目和Erysipelotrichales的丰度降低，其中细菌目的平均相对丰度从自以下不同胃肠区域收集的内含物进行分析：胃囊、远端残胃、BP支、Rx支、共用支(BP/Rx吻合处远端前3cm)、远端回肠、1/2盲肠和结肠。WMS小鼠仅表现出粘膜层中的疣微菌目(如，Akkermansia)的增加，而RYGB小鼠表现出到处增加。见图13。
图14显示了描述RYGB、SHAM和WMS小鼠的粪便样品中存在的微生物类群的相对丰度的层次结构的进化分枝图。显示了RYGB小鼠中拟杆菌门、疣微菌门、变形菌门和厚壁菌门，SHAM小鼠中厚壁菌门和软壁菌门，以及WMS小鼠中拟杆菌门和厚壁菌门的普遍性。标记了重要的门，其后括号中为属。
实施例4：受体分析
存储来自各组供体动物(RYGB操作和假手术操作的(SHAM))的盲肠内含物并通过强饲施用给无菌受体小鼠以产生RYGB-R和SHAM-R小鼠。未接种的无菌小鼠(未示出)也用作对照。见图15。
在转移微生物区系之前以及在转移微生物区系之后的第1、7和13天对动物称重，并将这些体重与强饲处理前的体重进行比较。图16显示了三组小鼠随时间(强饲之前至强饲后13天)的体重百分变化。SHAM-R和无菌组中的体重证明了与强饲之前体重相比的微小的、非显著的变化。RYGB-R组在强饲后体重减轻了大约5％。RYGB-R受体动物的最终体重明显降低，而无菌和SHAM-R受体动物的最终体重与它们的强饲前体重相比没有显著不同(图17)。
将受体动物单个地安置在铁网地面上以在定植后的第0、7和13天对食物摄入量进行称量。图18显示了三组在两周定植期间的总食物摄入量。RYGB-R组的食物摄入量与无菌组的食物摄入量没有明显不同，而SHAM-R组的食物摄入量明显低于GF组的食物摄入量。
表4：转移的微生物区系对葡萄糖代谢和脂肪含量的作用。数值表示为平均值±SEM。未以相同字母注释的数据显著不同(P<0.05ANOVA)。
如在表4中所示的，来自RYGB供体的微生物区系的受体动物明显降低脂肪垫重量。从三组受体动物收集的附睾和腹膜后脂肪垫确定肥胖指数。无菌组和RYGB-R受体组比SHAM-R组具有明显更低的脂肪率。见图19。此外，如通过胰岛素抗性的稳态模型评估(HOMA-IR)所指示的，RYGB-R组相对于SHAM-R组在胰岛素敏感性上有改善的趋势。图20显示了在研究结束时从受体动物获得的血浆瘦蛋白水平，所述受体动物定植有来自RYGB或SHAM操作的供体的盲肠内含物。瘦蛋白水平似乎与受体动物的肥胖指数相关。
测量每组受体动物血清中的血清甘油三酯水平。如在图5中显示的供体动物一样，SHAM-R动物比RYGB-R和无菌动物具有更高的甘油三酯。见图21。
通过双标记水测量每组受体动物的能量消耗。RYGB-R动物表现出比SHAM-R动物和无菌动物更高能量消耗的非明显趋势。见图22A和22B。以VCO2/O2计算呼吸商(RQ)或呼吸交换率作为燃料的底物氧化的指标。图23A和23B显示了与用SHAM微生物区系定植的受体动物的RQ值相比，用RYGB微生物区系定植两周后受体动物中总体更低的RQ值。图23C显示了在光和暗期间RQ差异明显；在光期间RQ降低倍数更高。综合来看，图23A-C证明了与SHAM-R动物相比，RYGB-R动物中对于脂质氧化的优先性，特别是在每天的昼夜循环的光期间。
测量供体动物和受体动物的盲肠短链脂肪酸(SCFA)组成。见图24A-D。测量总的盲肠SCFA(图24A和24C)以及总SCFA中乙酸、丙酸和丁酸的百分比(图24B和24D)。见图24A-D。乙酸、丙酸和丁酸水平的相对比例在供体组和受体组中都维持，而具有增加的丙酸产生和降低的乙酸产生。在受体动物组中，SHAM-R动物比无菌动物产生明显更多的SCFA，而RYGB-R产生中间量。这种差异在供体组中没有这样明显。
实施例5：受体动物微生物区系谱
强饲后，以1、2、3、7和13天的间隔从RYGB盲肠内含物、SHAM盲肠内含物或WMS盲肠内含物的受体动物收集粪便样品以确定来自受体动物的未操作的、正常胃肠解剖结构中转移的盲肠内含物的微生物多样性的持续性。
对从RYGB-R、SHAM-R和WMS-R受体动物收集的粪便样品的分离细菌DNA样品中的微生物多样性进行比较。图25显示了细菌目的相对丰度。不同于图12中RYGB动物中肠杆菌目的增加，RYGB-R实验组显示了到定植期结束时，该特定细菌目的丰度降低。有趣的是，在整个定植期间，疣微菌目组维持增长的丰度，这相对于SHAM-R和WMS-R样品是独特的。表5显示了RYGB-R组的整个胃肠道中，另枝菌属和Akkermansia的总体明显增长。
表5：受体动物之间具有差异相对丰度的分类学组。

Claims (43)

1.一种改变受试者中微生物区系的方法，包括向所述受试者施用包含充分纯化的疣微菌门微生物的组合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述充分纯化的疣微菌门微生物是充分纯化的疣微菌科微生物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述组合物进一步包括充分纯化的拟杆菌门微生物、充分纯化的厚壁菌门微生物和充分纯化的变形菌门微生物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述施用组合物的步骤包括将所述组合物递送至受试者的至少胃、小肠和大肠。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述充分纯化的疣微菌门微生物是活菌株。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述受试者中疣微菌科的相对丰度增加至少约5％。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括向受试者施用抗生素和/或容积性泻药。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述施用组合物的步骤导致厚壁菌门、软壁菌门或Erysipelotrichales的相对丰度降低。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括实施外科手术，所述外科手术选自胃旁路术、十二指肠空肠旁路术、胆胰分流术、垂直袖状胃切除术、可调节胃束带术、垂直胃捆绑术、胃内球囊治疗法、胃折术、胃径和胃窦保留、小肠移位、胆汁分流术、十二指肠腔内屏障和胃肠道的类似操作。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述受试者患有选自以下的疾病：肥胖症、代谢综合征、胰岛素缺乏、胰岛素抵抗相关障碍、葡萄糖不耐症、糖尿病、非酒精性脂肪肝和脂质代谢异常。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述组合物口服服用。
12.一种改变受试者中微生物区系的方法，包括向所述受试者施用包含充分纯化的肠杆菌目微生物的组合物。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述组合物进一步包含充分纯化的疣微菌门微生物、充分纯化的厚壁菌门微生物和充分纯化的拟杆菌门微生物中的至少一种。
14.一种用于改变微生物区系的药物组合物，包括：
治疗有效量的充分纯化的疣微菌门微生物、充分纯化的拟杆菌门微生物、充分纯化的厚壁菌门微生物和充分纯化的变形菌门微生物中的至少一种；以及
药学可接受的载体。
15.根据权利要求14所述的组合物，其中，所述充分纯化的疣微菌门微生物是疣微菌目微生物，所述充分纯化的拟杆菌门微生物是拟杆菌目微生物，所述充分纯化的厚壁菌门微生物是梭菌目微生物以及所述充分纯化的变形菌门微生物是肠杆菌目微生物。
16.根据权利要求14所述的组合物，其中，所述充分纯化的疣微菌门微生物是Akkermansia，所述充分纯化的拟杆菌门微生物是另枝菌属微生物，所述充分纯化的厚壁菌门微生物是梭菌属微生物以及所述充分纯化的变形菌门微生物是埃希氏菌属微生物。
17.根据权利要求14所述的组合物，其被配制用于口服递送。
18.根据权利要求14所述的组合物，进一步包含治疗有效量的化合物以改变拟杆菌门、疣微菌门、厚壁菌门、软壁菌门和变形菌门中的至少一种。
19.一种在需要治疗的受试者中治疗肥胖症的方法，包括：在无外科手术过程的情况下或在外科手术过程之外充分提高所述受试者胃肠道中的疣微菌门、拟杆菌门、变形菌门和厚壁菌门中的至少一种的相对丰度或此外包括手术过程。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述充分提高受试者中疣微菌门、拟杆菌门、变形菌门和厚壁菌门中的至少一种的步骤包括向受试者施用包含充分纯化的疣微菌门微生物、充分纯化的拟杆菌门微生物、充分纯化的变形菌门微生物和充分纯化的厚壁菌门微生物中的至少一种的组合物。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述组合物进一步包含充分纯化的另枝菌属微生物、埃希氏菌属微生物、梭菌属微生物或Akkermansia。
22.根据权利要求19所述的方法，其中，疣微菌目、拟杆菌目、肠杆菌目或梭菌纲中的至少一种的相对丰度被提高至少约5％。
23.根据权利要求19所述的方法，其中，肠杆菌科、理研菌科、梭菌科或疣微菌科中的至少一种的相对丰度被提高至少约5％。
24.根据权利要求19所述的方法，其中，所述手术过程选自胃旁路术、胆胰分流术、垂直袖状胃切除术、可调节胃束带术、垂直胃捆绑术、胃内球囊治疗法、胃折术、胃径和胃窦保留、小肠移位、胆汁分流术、十二指肠腔内屏障。
25.根据权利要求19所述的方法，进一步包括向所述受试者施用抗生素。
26.根据权利要求19所述的方法，进一步包括施用化合物以改变拟杆菌门、疣微菌门、厚壁菌门、软壁菌门和变形菌门中的至少一种。
27.一种用于测量样品中疣微菌门、变形菌门、拟杆菌门、软壁菌门和厚壁菌门中的至少一种的相对丰度的试剂盒，包括：
与疣微菌门、变形菌门、拟杆菌门、软壁菌门或厚壁菌门的核酸特异性杂交的一对引物，以及
杂交试剂。
28.一种改变受试者中的微生物区系的方法，包括：
向所述受试者施用一种组合物，从而改变所述受试者中的微生物区系，使得所述微生物区系模拟在响应于胃旁路术或其它胃肠肥胖症治疗或代谢程序的受试者中发现的微生物区系。
29.根据权利要求29所述的方法，其中，所述组合物改变选自拟杆菌门、疣微菌门、厚壁菌门、软壁菌门和变形菌门的至少一个门或目。
30.根据权利要求30所述的方法，其中，所述施用组合物的步骤导致拟杆菌门、疣微菌门、厚壁菌门和变形菌门的相对丰度提高。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述施用组合物的步骤导致厚壁菌门、软壁菌门和Erysipelotrichales中的至少一种的相对丰度降低。
32.根据权利要求29所述的方法，其中，所述组合物包含充分纯化的选自拟杆菌门、疣微菌门、厚壁菌门和变形菌门的微生物区系。
33.根据权利要求33所述的方法，其中，所述组合物进一步包含改变拟杆菌门、疣微菌门、厚壁菌门、软壁菌门和变形菌门中的至少一种的化合物。
34.根据权利要求29所述的方法，进一步包括施用改变拟杆菌门、疣微菌门、厚壁菌门、软壁菌门和变形菌门中的至少一种的化合物。
35.一种组合物，包含以下的一种或多种：
a)充分纯化的疣微菌门微生物；
b)充分纯化的变形菌门微生物；
c)充分纯化的拟杆菌门微生物；
d)充分纯化的厚壁菌门微生物；
e)充分纯化的另枝菌属微生物；
f)充分纯化的埃希氏菌属微生物；
g)充分纯化的梭菌属微生物；
h)充分纯化的Akkermansia，以及
i)当施用于受试者时提高所述受试者中的疣微菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门中的至少一种的相对丰度和/或降低所述受试者中软壁菌门和Erysipelotrichales的相对丰度的化合物；
以及任选地包含以下的一种或多种：
i)当施用于受试者时改变拟杆菌门、疣微菌门、厚壁菌门、软壁菌门和变形菌门中至少一种的相对丰度的化合物；
j)充分纯化的拟杆菌门微生物；以及
k)充分纯化的变形菌门微生物。
36.一种改变受试者中微生物区系的方法，包括施用以下的一种或多种：
a)充分纯化的疣微菌门微生物；
b)充分纯化的变形菌门微生物；和
c)当施用于受试者时，提高所述受试者中的疣微菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门中的至少一种的相对丰度和/或降低所述受试者中软壁菌门和Erysipelotrichales的相对丰度的化合物；
以及任选地施用以下的一种或多种：
d)当施用于受试者时，改变拟杆菌门、疣微菌门、厚壁菌门、软壁菌门和变形菌门中至少一种的相对丰度的化合物；
e)充分纯化的拟杆菌门微生物；
f)充分纯化的厚壁菌门微生物；和
g)充分纯化的变形菌门微生物。
37.一种改变受试者的代谢功能的方法，包括选自以下的步骤：
a)提高所述受试者胃肠道中的产丙酸细菌的相对丰度；
b)减少所述受试者胃肠道中的乙酸盐；以及
c)改变所述受试者胃肠道中短链脂肪酸的比率，
其中，所述代谢功能被提高。
38.根据权利要求38所述的方法，其中，所述产丙酸细菌是大肠杆菌。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，通过操作所述受试者胃肠道中的细菌来改变所述短链脂肪酸的比率。
40.根据权利要求38所述的方法，其中，通过产生和使用细菌来改变环境中短链脂肪酸的比率而改变所述短链脂肪酸的比率。
41.根据权利要求38所述的方法，其中，通过向受试者施用一种或多种短链脂肪酸的混合物来改变所述短链脂肪酸的比率。
42.根据权利要求38所述的方法，其中，通过测量体重、食物摄入量或能量消耗来确定代谢功能。
43.根据权利要求38所述的方法，其中，通过测量葡萄糖代谢，包括胰岛素的产生或分泌，或者胰岛素敏感性来确定代谢功能。
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