通过模型探讨成瘾机制背后的微生物群作用

成瘾.

(资料图片仅供参考)

方 法

Methods

研究人员开发了一个三组分的框架来模拟宿主-微生物组相互作用及其对宿主行为的影响。

1

将宿主行为建模为空间中的连续特征。

2

宿主体内含有N个微生物菌株，随着宿主行为的改变，不同微生物菌株的丰度也会发生变化。

3

考虑微生物组对宿主行为的影响，模拟了微生物菌株分泌化合物，影响宿主奖励和戒断回路的功能，产生正向或负向的反馈（例如奖励或厌恶），从而调节宿主行为。

在.

结 果

Results

基于方法中描述的模型，研究人员给出了从模型结果中观察到的宿主与微生物群的现象，如下：

1

微生物能够反应宿主行为的变化

在微生物菌株之间的竞争行为中，当其中一个菌株通过改变宿主行为而获得额外资源时，这种微生物效应就会被显现出来，反映为它在群落中的比例会增加，从而增强其继续影响宿主的能力，进一步诱使宿主继续新的行为。

如下图，模拟了两个微生物菌株之间对宿主资源的竞争，这些竞争源于宿主行为。

当微生物提供的优势超过产生这种影响的成本时，它对宿主状态的影响可能是有益的

a| 模型插图。蓝色和黄色分别代表两个不同的菌株，其中蓝色的菌株可能在影响宿主的行为：它在增殖时提供正反馈，诱导宿主继续其行为趋势，在下降时提供负反馈，诱导宿主逆转其行为趋势。

b| 绘制了经过100000个时间步长后影响宿主的菌株比例的热图。宿主的行为在x轴上沿着0到1之间随机游走，代表资源的消耗。

c| 绘制了在模拟的100000个时间步长里，微生物效应的大小与宿主行为轨迹的关系。

2

宿主-微生物群的相互作用可能会加剧成瘾行为

建立了一个简单的宿主行为模式，包括三个阶段：

宿主处于某种平衡状态

宿主逐渐改变行为.

结 论

Conclusion

模型结果表明，微生物组对宿主行为的反馈可以加重成瘾行为，使戒断更加困难，并增加复发的风险。而微生物组的丰度是这个过程的关键参数，低丰度会导致长期成瘾。

这种反馈有正向和负向，微生物组产生的代谢产物可以通过调节奖励回路对宿主行为提供正向或负向的反馈。由此，宿主-微生物群落相互作用产生了一个正反馈循环，改变了生态系统。

基于对成瘾机制的微生物组研究，也揭示了可能的成瘾治疗途径，增加微生物组的丰富度和功能多样性可能有助于成瘾的缓解和预防。而宿主的状态（包括生理和心理）与微生物群落多样性是息息相关的，比如压力和焦虑也会出现低多样性的微生物群落。

这些结论也反向验证了这个模型框架的优势：

关注宿主-微生物组相互作用，特别是微生物引起的环境变化；

可以设定时间步长，有助于研究长期的动态变化；

用于建模复杂的生态系统，包括许多竞争的物种。这个模型可以被看作是一种生态位建设，其中一个物种群体在某个环境中构建了一个有利的生态位。

关键词：