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细菌和基因:肠道细菌研究向前迈进了一步

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肠道菌群是生活在人类胃肠道内的细菌生态系统,最近已被证明可以释放化学信号,改变我们的基因。剑桥附近的Babraham研究所进行的研究表明,微生物群中的某些细菌会释放一种称为短链脂肪酸(SCFAs)的分子。这些酸能够通过影响巴豆酸化(附着在我们基因组上的化学标记)来修饰基因活性。


细菌和我们身体之间的关系已经被充分证明。这个生态系统,包含更多的细胞比人体,能影响我们的一切过敏反应对我们的心理健康.对微生物群的研究甚至已经开始有所成果治疗使用对于这些细菌,通过粪便移植,这可能在分层医学中发挥重要作用。微生物群的遗传效应还没有得到很好的研究,但我们的基因和细菌之间的关系可能对现代医学非常重要。


从九头蛇到人类:生命各个层面的肠道细菌

微生物群在出生后不久就形成了(尽管一些研究表明起源更早),我们的环境是决定我们体内细菌种类和数量的最重要因素。然而,基因确实有一定的影响。这种影响在动物生活的各个层面都能看到。研究使用简单的动物,如九头蛇,(一种淡水生物,最常被研究的明显无法死亡)的研究表明,在决定生物群组成方面,物种相似性甚至可以胜过严格执行的环境因素1


在更复杂的动物中,仍然可以看到遗传因素的影响。加州大学洛杉矶分校的科学家最近进行的一项研究检查了小鼠体内的微生物群组成,发现在微生物群中发现的许多菌株的遗传力(与遗传相关的变异比例)是可变的,遗传率在26%到65%之间2


人类的遗传性研究被证明存在分歧。双胞胎研究是研究基因对人类影响的重要工具。这些比较单卵双胞胎(同卵双胞胎)或异卵双胞胎(异卵双胞胎),使研究人员能够尽可能地排除环境对特定因素(如微生物群)的影响,从而允许纯遗传影响进行分析。这些研究的结果往往缺乏适当的统计能力,无法梳理出任何有意义的基因-微生物群关系3.4.由当时在康奈尔大学的Ruth Ley教授领导的一项更大规模的研究旨在通过使用涉及1000多个粪便样本的高强度研究来澄清这一问题5.由此产生的数据确定了单个细菌物种的相同可变遗传力。研究人员更详细地检查了遗传力最高的克里斯滕森氏菌。注意到,这个家族在低体重个体中富集。


作者假设C. minuta可能通过影响宿主的新陈代谢来影响BMI。他们将一种与肥胖有关的细菌微生物组添加到缺乏天然微生物组的无菌小鼠的肠道中。在一些小鼠中,这种微生物组随后补充了C. minuta。与不含C. minute的小鼠相比,这些小鼠在大量进食后体重增加较少,这表明这些细菌确实可能对宿主代谢产生影响。有趣的是,C. minuta也会产生SCFAs,在Babraham的研究中,这种分子被证明会导致基因修饰。C. minuta是否通过修饰SCFA影响BMI ?这种高度遗传的细菌是否有尚未被发现的更广泛的影响?这一切都还不清楚。事实是,所有这些科学都是非常新的——C. minuta只是发现毕竟是在2012年。


可以确定的是,我们所携带的细菌和我们身体细胞之间的关系远比我们之前认为的更密切,更相互作用。如果未来的医学治疗想要创造个性化的药物——为每个患者定制治疗,同时考虑基因型和表型——那么每个人的微生物群的贡献就不应该被忽视。


参考文献

1.弗朗恩,S., &博世,t.c.(2007)。基础后生水螅类物种特异性细菌菌群的长期维持。美国国家科学院学报,104(32),13146-13151。

2.Org, E,公园,B·W。Joo) J·W·J。Emert, B。,施瓦茨曼,W,康,E . Y。…德雷克,t.a.(2015)。宿主-肠道菌群相互作用的遗传和环境控制。基因组研究,25(10),1558-1569。

3.特恩宝,P. J.,哈马迪,M.,亚岑年科,T., Cantarel, B. L.,邓肯,A., Ley, R. E.,…& Egholm, M.(2009)。肥胖和瘦弱双胞胎的核心肠道微生物群。自然杂志,457(7228),480-484

4.Yatsunenko, T., Rey, F. E., Manary, m.j., Trehan, I., Dominguez-Bello, M. G., Contreras, M.…希思,a.c.(2012)。不同年龄和地理位置的人类肠道微生物组。自然杂志,486(7402),222-227。

5.古德里奇,j.k.,沃特斯,j.l.,普尔,a.c.,萨特,j.l.,科伦,O.,布莱克曼,R.……& Spector, t.d.(2014)。人类基因塑造了肠道微生物群。细胞,159(4),789-799。

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Ruairi J Mackenzie
Ruairi J Mackenzie
高级科学作家
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