哪些微生物會影響我們的基因？

我們的基因型和表型并不是完全由我們本身的基因決議的，而可能由其他生物的基因配合決議。

沒有人是一座孤島，從出生之日起您就與微生物群落密不成分。在我們體內共生著數以萬億計的微生物群落，它們包羅細菌、真菌和病毒，寄生在我們的皮膚、生殖器、口腔和消化道等部位。現實上，人體細胞并不是人體內數目最多的細胞，共生微生物的數目遠遠跨越人體細胞的數目[1]，此中腸道微生物約占人體微生物總重的80%。它們是一個復雜的生態系統，一個復雜的社會，幫忙人體塑造了消化系統、免疫系統、神經系統等身體部位，造福人類。但共生的微生物仍然可以自當作一體，為了拓展本身的好處，在保存和演化的疆場上彼此合作和競爭。它們可所以我們的合作伙伴，但紛歧定老是我們的伴侶。即使在最協調的共生關系中，也會有沖突、自私和變節。

_{圖1. 我們所處在的微生物宇宙。 | 圖片來歷：Nature}

在共生菌最多的腸道中，微生物可以或許等閑地在益生與致病之間切換腳色。此刻已有很多疾病被認為是受到腸道微生物群的影響，例如癌癥、自身免疫性疾病、多發性硬化癥和自閉癥譜系障礙等。此外有些腸道微生物還會影響一些藥物的感化[2]。不管是在細胞數目上，仍是擁有的編碼卵白質的基因數目上，寄生在人體的微生物群落都跨越人體自己。此刻，科學家們正在思慮：掌控人體的，除了我們本身，是否還有共生微生物？近日，Nature登載的兩篇最新研究揭開了腸道微生物節制人體的部門奧秘。

2020年2月26日在Nature上線的文章Global chemical effects of the microbiome include new bile-acid conjugations中，加州大學圣地亞哥分校的Pieter Dorrestein博士和Robert Quinn博士的研究團隊建立了有史以來第一張小鼠全器官的分子化合物圖譜，以及它們被微生物潤色的體例。令人驚奇的是，他們發現微生物節制著小鼠體內膽汁酸的多種新型氨基酸潤色布局，這些新型布局也存在于人體中[3]。

研究人員對小鼠的29個分歧器官的96個部位上768個樣品進行了闡發，它們別離來自4只無菌小鼠和4只具有正常微生物（SPF）的小鼠。操縱質譜信息學的方式，研究人員標識表記標幟出每只小鼠器官中的非活性分子，并將獲得的數據與GNPS數據庫（由Dorrestein和合作者開辟的質譜庫）中的參考布局進行比力。最終，研究人員在有微生物和沒有微生物的小鼠體內別離獲得了分子圖譜。對比圖譜后發現，多達70％的小鼠腸道化學當作分是由其腸道微生物組決議的。即使在遠端器官，例如子宮或大腦中，帶有腸道微生物的小鼠中也約有20％的分子與無菌小鼠分歧 (圖2) 。

_{圖2. meta-mass-shift化學闡發成果顯示在無菌或SPF小鼠中消化道分歧區段已知質量差別的光譜計數}

研究人員更進一步從圖譜的區別中發現了一個特定的分子家族，在有微生物和沒有微生物的小鼠之間存在顯著差別，那就是膽汁酸。膽汁酸本家兒如果由小鼠某人的肝臟發生的，幫忙油脂的消化，同時可以作為旌旗燈號分子在全身傳遞信息。研究小組在具有正常微生物群的小鼠中發現了以前未知的膽汁酸潤色布局，但在無菌小鼠中卻沒有。凡是宿本家兒肝酶會在膽汁酸中添加氨基酸，出格是甘氨酸和牛磺酸。可是，在微生物群落正常的小鼠中，研究小組發現了其他氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸和亮氨酸）標識表記標幟的膽汁酸，在無菌小鼠中卻沒有，這提醒微生物決議了膽汁酸的新型氨基酸潤色。這為微生物對人類健康的影響供給了更多可能。

研究人員同樣好怪杰體中是否也有不異類型的微生物潤色的膽汁酸，為此他們建立了質譜搜刮東西（MASST），并搜刮了公共樣本數據集中1004個經由過程質譜闡發的人體樣本。他們還經由過程質譜闡發了大約3000份糞便樣本，樣原本源于加州大學圣地亞哥分校醫學院的大型公平易近科學項目“American Gut Project”。研究人員發此刻小鼠中不雅察到的怪異微生物潤色膽汁酸也存在于25.3％的人類樣本中，這種潤色的膽汁酸在嬰兒和炎癥性腸病或囊性纖維化患者中含量更高。

膽汁酸在脂肪代謝中起著很是主要的感化，它可以或許經由過程激活腸道內的膽汁酸受體將信息從腸道傳遞到身體其他部位，膽汁酸受體激活后也會負反饋按捺膽汁酸的排泄。同時，它還有助于調節肝臟中甘油三酯的程度和腸道中的體液，是以在肝病和肥胖癥中飾演著主要的腳色。今朝正在開辟的幾種藥物中也有很多是經由過程激活膽汁酸受體來治療肝臟疾病的[4]。而這項研究發現，微生物潤色的膽汁酸會強烈刺激受體，從而按捺肝臟中發生膽汁酸的基因表達。這一發現為微生物在驅動肝臟和其他疾病，以及影響治療藥物活性方面的感化提出了更多的可能性，也為將來針對受體的藥物設計指出一種新的偏向。

以上兩篇研究表白，微生物既可以或許影響人類基因的表達也可能造當作基因突變。這申明，我們的基因型和表型并不是完全由我們本身的基因決議的，而可能由其他生物的基因配合決議。固然今朝我們仍然不知道事實有幾多微生物可以或許調控人類的基因，也不知道這些調控對下流基因能發生什么樣的后果，或者說我們應該若何干涉干與才能改善人類健康，但這依然為將來治療人類疾病供給了新的偏向。

跟著越來越多的證據表白腸道微生物群對健康的主要性，有關腸道微生物的各項研究在近幾年均呈現出井噴之勢。這些研究將微生物組與各類人類慢性疾病進行聯系，研究人員往往操縱嘗試動物模子為微生物組在慢性疾病中的感化供給證據。可是，很多的因果推論在人群中驗證卻比力堅苦。在本年1月23日的Cell雜志中，加拿大阿爾伯塔大學的Jens Walter傳授就頒發文章，對腸道菌群研究進行了反思。他認為很多研究人員試圖用人類微生物群相關（Human-microbiota-associated，HMA）嚙齒動物中獲得的數據來詮釋宿本家兒病理和微生物種群改變之間的關系，但這種跨物種的推論是令人難以信服的，而且強調了腸道微生物組在人類疾病中的感化[8]。而《Nature》的這兩篇文章剛好能在這方面進行彌補——它們別離在人的樣本和人的類器官模子中找到了相對應的證據，表白這些微生物可以直接調控人體細胞或令其突變，這足以證實腸道微生物在人類健康中飾演著主要的腳色。

關于人體微生物的研究固然已經進行了很多年，但今朝依然處在起步階段，微生物對人類的影響很可能遠遠超出了我們的想象。本次分享的這兩篇研究都只描述了共生細菌對人體健康的調控，但作為一個共生的整體，影響將會是彼此的，我們的飲食習慣、衛生習慣等等也可以垂手可得地對身體上的共生菌發生影響。這種彼此的影響事實誰是因，誰是果？我們身上事實有幾多共生菌，它們哪些是有益的，哪些是有害的？或者在什么前提下是有益的，在什么前提下是有害的？我們應該如何做才能與我們體內的共生菌和平共處，達到共贏？才能使我們活得更健康，避免生病？也許此刻是時辰從體內微生物的角度從頭熟悉自我了。

_參考文獻

_{[1] AroraTSinghSSharmaRK.Probiotics: interaction with gut microbiome and antiobesity potential.Nutrition.2013;29:591–596}

_{[2] Heintz-Buschart A, Wilmes P. Human Gut Microbiome: Function Matters. Trends Microbiol. 2018;26(7):563–574.}

_{[3] Quinn RA, Melnik AV, Vrbanac A, et al. Global chemical effects of the microbiome include new bile-acid conjugations [published online ahead of print, 2020 Feb 26]. Nature. 2020;10.1038/s41586-020-2047-9. doi:10.1038/s41586-020-2047-9}

_{[4] Ridlon JM, Kang DJ, Hylemon PB, Bajaj JS. Bile acids and the gut microbiome. Curr Opin Gastroenterol. 2014;30(3):332–338.}

_{[5] Pleguezuelos-Manzano C, Puschhof J, Huber AR, et al. Mutational signature in colorectal cancer caused by genotoxic pks+ E. coli [published online ahead of print, 2020 Feb 27]. Nature. 2020;10.1038/s41586-020-2080-8. doi:10.1038/s41586-020-2080-8}

_{[6] Nougayrede, J. P. et al. Escherichia coli induces DNA double-strand breaks in eukaryotic cells. Science 313, 848-851, doi:10.1126/science.1127059 (2006).}

_{[7] Arthur, J. C. et al. Intestinal inflammation targets cancer-inducing activity of the microbiota. Science 338, 120-123, doi:10.1126/science.1224820 (2012).}

_{[8] Walter J, Armet AM, Finlay BB, Shanahan F. Establishing or Exaggerating Causality for the Gut Microbiome: Lessons from Human Microbiota-Associated Rodents. Cell. 2020;180(2):221–232. doi:10.1016/j.cell.2019.12.025}

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