發(fā)現(xiàn)腸道細(xì)菌和哺乳動(dòng)物宿主之間新的種間交流策略
腸道中的細(xì)菌不僅可以幫助消化宿主胃中的食物,還可以告訴哺乳動(dòng)物宿主的基因該做什么。今天發(fā)表在Cell上的一項(xiàng)研究描述了一種“種間交流”形式,其中細(xì)菌分泌一種特定的分子 - 一氧化氮 - 這使得它們能夠與宿主的DNA進(jìn)行交流并控制它們,并暗示兩者之間的對(duì)話可能廣泛影響人類健康。
凱斯西儲(chǔ)大學(xué)醫(yī)學(xué)院,大學(xué)醫(yī)院克利夫蘭醫(yī)學(xué)中心和哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員追蹤了微小蠕蟲(秀麗隱桿線蟲,一種常見的哺乳動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室模型)內(nèi)腸道細(xì)菌分泌的一氧化氮。腸道細(xì)菌分泌的一氧化氮附著在成千上萬的宿主蛋白上,完全改變了蠕蟲調(diào)節(jié)其自身基因表達(dá)的能力。
該研究首次顯示腸道細(xì)菌可以利用哺乳動(dòng)物(包括人類)中普遍存在的一氧化氮網(wǎng)絡(luò)。一氧化氮以嚴(yán)格調(diào)節(jié)的方式附著于人體蛋白質(zhì) - 稱為S-亞硝基化的過程 - 并且中斷廣泛地涉及諸如阿爾茨海默氏癥,帕金森氏癥,哮喘,糖尿病,心臟病和癌癥的疾病。
研究結(jié)果表明,一氧化氮是腸道細(xì)菌與哺乳動(dòng)物宿主交流的一般機(jī)制。之前解決與腸道細(xì)菌之間的通信線路的工作主要集中在細(xì)菌分泌的稀有分子上。高級(jí)作者,凱斯西儲(chǔ)大學(xué)醫(yī)學(xué)院轉(zhuǎn)化分子醫(yī)學(xué)研究所主任,哈靈頓發(fā)現(xiàn)主席,醫(yī)學(xué)博士Jonathan Stamler表示,新發(fā)現(xiàn)類似于發(fā)現(xiàn)跨物種共同的化學(xué)語言,而不是單一詞。大學(xué)醫(yī)院克利夫蘭醫(yī)療中心研究所。“腸道中存在極大的復(fù)雜性,許多研究人員正在研究可能影響人類健康的細(xì)菌產(chǎn)生的下一種不尋常的物質(zhì),”他說。平均腸道中有數(shù)萬億的細(xì)菌,Stamler決定尋找所有細(xì)菌物種可能使用的共同語言。“這個(gè)問題的嚴(yán)重性腸道細(xì)菌群體及其與宿主的關(guān)系預(yù)測(cè),我們?nèi)祟惪梢宰R(shí)別出一般的溝通手段。“
研究人員通過飼喂產(chǎn)生一氧化氮的蠕蟲細(xì)菌來證明這種現(xiàn)象。然后他們選擇了一種非常重要的蛋白質(zhì) - argonaute蛋白質(zhì),或ALG-1,從蠕蟲到人類高度保守,并沉默不必要的基因,包括對(duì)發(fā)育至關(guān)重要的基因。當(dāng)細(xì)菌分泌的一氧化氮附著在ALG-1上時(shí),它們就會(huì)形成畸形的生殖器官而死亡。來自細(xì)菌的過多的一氧化氮指揮了蠕蟲的DNA沉默蛋白并損害了健康的發(fā)育。
“實(shí)際上,動(dòng)物不會(huì)讓這種情況發(fā)生,”斯塔姆勒說。相反,作者推測(cè),在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境之外的哺乳動(dòng)物宿主將進(jìn)行調(diào)整,以適應(yīng)不斷變化的一氧化氮水平。Stamler說:“這種蠕蟲能夠停止食用產(chǎn)生一氧化氮的細(xì)菌,或者它會(huì)開始食用不同的細(xì)菌,這些細(xì)菌會(huì)產(chǎn)生較少的一氧化氮,或改變其環(huán)境,或無數(shù)的其他適應(yīng)性。但同樣的因此,我們的微生物組產(chǎn)生的過多的一氧化氮可能會(huì)導(dǎo)致胎兒的疾病或發(fā)育問題。“
該研究增加了越來越多的證據(jù)表明,由飲食和環(huán)境決定的腸道內(nèi)的細(xì)菌對(duì)哺乳動(dòng)物的健康產(chǎn)生巨大影響。Stamler想象一氧化氮可能代表了操縱這種共生關(guān)系的機(jī)會(huì)。就像益生菌被設(shè)計(jì)用于改善消化一樣,可以想象用人體腸道接種細(xì)菌以改善一氧化氮信號(hào)傳導(dǎo)。“我現(xiàn)在認(rèn)為這是一種治療方法,作為一種藥物。有很多機(jī)會(huì)操縱一氧化氮來改善人類健康。”
雖然一氧化氮和S-亞硝基化可能是具有廣泛健康影響的種間交流的一般模式,但它將需要額外的未來研究。一氧化氮是唯一的化學(xué)通訊渠道嗎?“我們基本上看到了通用戰(zhàn)略的新領(lǐng)域,”Stamler說。“會(huì)有其他人。”
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