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微生物如何重组人体化学

2020-02-27 09:47:50 • 来源：

我们微生物群落的组成(生活在我们体内和自身的细菌，病毒和其他微生物的独特群落)与炎症性肠病到运动成绩等各种事物都有不同程度的证据相关联。

但是，如此微小的生物究竟如何对人产生如此巨大的影响呢?

加利福尼亚大学圣地亚哥分校的研究人员创建了有史以来第一张小鼠的每个器官中所有分子的图谱，以及它们被微生物修饰的方式。在一个令人吃惊的例子，他们发现微生物控制的结构胆汁酸两种小鼠和人。

该研究于2020年2月26日在《自然》杂志上发表，该研究由圣地亚哥加州大学斯卡格斯药学院和药学科学学院的协作质谱创新中心教授兼主任彼得·多雷斯坦(Pieter Dorrestein)博士和罗伯特·奎因(Robert Quinn)领导。博士，密歇根州立大学助理教授。

Dorrestein说，当您改变诸如胆汁酸之类的分子的结构时，您可能会改变细胞彼此之间的交谈方式以及在给定的时间“打开”或“关闭”哪些基因。这可能会对身体功能和疾病的发展产生巨大影响。

“我们听到了很多关于人类基因如何影响我们的健康和行为的消息，因此当我们想到体内的分子外观和行为方式可能不像我们的基因那样令人震惊时，可能是因为另一活生物。”多雷施泰因说。

绘制小鼠分子和微生物的图谱

研究小组比较了无菌(无菌)小鼠和具有正常微生物的小鼠。他们使用了一种称为质谱的实验室技术来表征每个小鼠器官中的非生命分子。他们通过将它们与GNPS数据库(由Dorrestein和合作者开发的众包质谱库)中的参考结构进行比较，来识别尽可能多的分子。他们还通过对作为细菌类型条形码的特定遗传区域进行测序，确定了哪些微生物与这些分子共存。

他们总共对来自四只无菌小鼠和四只具有正常微生物的小鼠的29个不同器官的96个部位的768个样品进行了分析。结果是在带有微生物的正常小鼠体内发现的所有分子图，以及在没有微生物的整个小鼠体内发现的分子图。

对比图谱发现，多达70%的小鼠肠道化学成分是由其肠道微生物组决定的。即使在遥远的器官，例如子宫或大脑中，带有肠道微生物的小鼠中约有20%的分子也不同。

细菌修饰胆汁酸

绘制完这些图后，研究人员发现了一个特定的分子家族，当存在微生物时，它们似乎有显着不同：胆汁酸。胆汁酸主要是由小鼠或人的肝脏产生的，它们有助于消化油脂。它们还可以在全身传递信息。

该团队在具有正常微生物群的小鼠中发现了以前未知结构的胆汁酸，但在无菌小鼠中却没有。众所周知，宿主肝酶会在胆汁酸中添加氨基酸，特别是氨基酸甘氨酸和牛磺酸。但是，在微生物群落正常的小鼠中，研究小组发现细菌正在用其他氨基酸(苯丙氨酸，酪氨酸和亮氨酸)标记胆汁酸。

奎因说：“在170年的时间里，已经发表了超过42,000篇有关胆汁酸的研究论文。” “然而这些修改却被忽略了。”

对人类健康的影响

好奇的是，如果人类中发现了相同类型的微生物修饰的胆汁酸，研究人员使用了他们创建的工具质谱搜索工具(MASST)来搜索1,004个通过质谱分析的公共样本数据集。他们还通过质谱分析了大约3,000份粪便样品，这些样品已提交给美国加州大学圣地亚哥分校医学院的大型公民科学项目 “ 美国肠道项目”。

他们的发现是：研究人员在小鼠中观察到的独特的微生物修饰的胆汁酸也存在于数据集中所有人类样品中的25.3%。这些新的胆汁酸在婴儿和炎症性肠病或囊性纤维化患者中含量更高。

胆汁酸可以将信息从肠道传递到身体其他部位的一种方式是通过称为法尼醇X受体的特定肠道受体。胆汁酸结合并激活受体，然后抑制负责制造更多胆汁酸的基因。受体还有助于调节肝脏中甘油三酸酯的水平和肠道中的体液调节，使其在肝病和肥胖症中很重要。目前正在开发几种药物，通过激活法呢素X受体来治疗肝脏疾病。

果然，在实验室中生长的小鼠和人类细胞中，Dorrestein，Quinn及其研究小组发现，新发现的微生物修饰的胆汁酸强烈刺激法呢类X受体，从而降低了肝脏中产生胆汁酸的基因的表达。

这项研究提出了许多关于微生物可能在驱动肝脏和其他疾病以及影响治疗药物活性方面的作用的问题，例如针对法呢素X受体的药物。

Dorrestein说：“这项研究提供了一个清晰的例子，说明微生物如何影响人类基因的表达。” “我们仍然不知道这可能带来的下游后果，或者我们如何能够干预以改善人类健康。”

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