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《细胞》:肠道细菌可以实现跨越物种交流

发布日期:2019/3/4 15:11:11 文章来源:学术经纬 作者次数:555

              近几年,肠道细菌逐渐显露出各种“本领”,不仅帮助我们消化食物,还有很多重要的作用,例如调节人体的免疫系统。然而,根据发表在《细胞》上的一项最新研究,肠道细菌的交流能力高得出人意料:它们竟然可以实现跨越物种交流,对宿主的基因表达进行控制。

     

            美国凯斯西储大学(Case Western Reserve University)医学院、克利夫兰医学中心和哈佛医学院的科学家们组成的一支研究团队发现,肠道细菌分泌的一种分子会附着在宿主的多种蛋白质上,从而改变宿主调节自身基因表达的能力,影响宿主发育。

            用领导该项研究的作者Jonathan Stamler博士的话说,“肠道有着复杂的结构,许多研究人员都在寻找细菌会用什么样不同寻常的物质对人类健康造成可能的影响。”然而,这群科学家发现肠道细菌分泌的这种分子并非微生物才有的“非主流”化合物,却是哺乳动物(包括人类)各种组织中普遍存在的信使分子:一氧化氮。

     

            在哺乳动物细胞内,一氧化氮以一种被称为S-亚硝基化的方式对蛋白质提供修饰,调节蛋白质的稳定、定位和相互作用。据估计,整个蛋白质组的70%可能都受到S-亚硝基化的翻译后修饰,其影响涉及代谢、能量利用、运动甚至动物的寿命。

            而当科学家们在模式生物线虫的体内追踪肠道细菌分泌的一氧化氮时,发现这些微生物来源的一氧化氮分子可以对宿主的多种蛋白进行S-亚硝基化。可以说,肠道细菌们就像掌握了一门通用语言来与宿主基因进行交流。

            其中,研究人员选择了一种对发育至关重要的蛋白ALG1,观察这种蛋白会如何受到肠道细菌的影响。当研究人员把分泌一氧化氮的细菌喂食给线虫后,观察到分泌的一氧化氮分子附着到线虫的ALG1上。而过多的一氧化氮让线虫的正常发育受到影响,出现畸形。

            值得注意的是,ALG1是一种在进化上从线虫到人类高度保守的蛋白。换言之,在哺乳动物体内,当共生的微生物产生了过多的一氧化氮,这种蛋白或许也会通过同样的S-亚硝基化修饰受到影响,有可能也会导致发育问题。

     

            正如有人想到用植入益生菌的方式来改善消化或其他代谢问题,这项研究的新发现也让Stamler博士设想出一种潜在的治疗思路,或许可以给肠道接种细菌来调整一氧化氮的释放,利用这一物种间通用的信号通路改善人体健康。

            参考资料

            [1] Puneet Seth et al., (2019) Regulation of MicroRNA Machinery and Development by Interspecies S-Nitrosylation. Cell. DOI: 10.1016/j.cell.2019.01.037

            [2] New 'interspecies communication' strategy between gut bacteria and mammalian hosts uncovered. Retrieved Feb. 25, 2019 from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-02/cwru-nc022119.php

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