所有動(dòng)物 - 從海綿到現(xiàn)代人類 - 都在充滿微生物的世界中進(jìn)化。這些單細(xì)胞微生物現(xiàn)在幾乎覆蓋了我們身體的每一個(gè)表面，并且與我們自己的組織和器官一樣，也是我們生物學(xué)的一部分。他們教育我們的免疫系統(tǒng)，調(diào)節(jié)我們的新陳代謝，結(jié)果甚至影響我們的行為。杜克大學(xué)的研究人員已經(jīng)證明，微生物可以通過(guò)操縱動(dòng)物細(xì)胞的分子機(jī)制控制其動(dòng)物宿主的行為，從而觸發(fā)基因表達(dá)模式，從而促進(jìn)健康和疾病。這項(xiàng)研究是在斑馬魚和老鼠身上進(jìn)行的，可能對(duì)人類炎癥性腸病如克羅恩病和潰瘍性結(jié)腸炎有影響。研究結(jié)果發(fā)表在“ 基因組研究 ”雜志上。

“我們的研究結(jié)果表明，我們基因組的古老部分和與微生物的古老相互作用與現(xiàn)代人類疾病有關(guān)，”該研究的高級(jí)作者，分子遺傳學(xué)和微生物學(xué)副教授John F. Rawls博士說(shuō)。杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)院。

近年來(lái)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了數(shù)以萬(wàn)億計(jì)的常駐細(xì)菌，病毒和真菌(統(tǒng)稱為微生物組)和一系列人類疾病(從厭食癥到糖尿病)之間的豐富聯(lián)系。但是羅爾斯說(shuō)，在我們理解這些微生物如何影響人類以及動(dòng)物王國(guó)的其他成員的健康和引起疾病方面仍存在重要的差距。

羅爾斯采用他所謂的“進(jìn)化保護(hù)”方法來(lái)確定可能與人類健康有關(guān)的遠(yuǎn)緣動(dòng)物的遺傳基礎(chǔ)。在這項(xiàng)研究中，羅爾斯研究了微生物組對(duì)動(dòng)物基因組可能產(chǎn)生的影響，研究了基因組的特定區(qū)域，這些區(qū)域調(diào)節(jié)在給定時(shí)間或給定組織中哪些基因被打開或關(guān)閉。這些區(qū)域中的一些可能將DNA鏈包裝成緊密的線圈，將它們隱藏在負(fù)責(zé)翻譯遺傳密碼的機(jī)器中。其他人稱為增強(qiáng)子 - 在基因周圍的指定位點(diǎn)募集稱為轉(zhuǎn)錄因子的特殊蛋白質(zhì)以將其打開。

羅爾斯實(shí)驗(yàn)室的一名研究生詹姆斯·戴維森(James M. Davison)將這些遺傳區(qū)域與兩組小鼠進(jìn)行了比較：一組是無(wú)菌的，另一組是帶有微生物的小鼠。他發(fā)現(xiàn)大量增強(qiáng)子在微生物存在的情況下表現(xiàn)不同。當(dāng)他仔細(xì)觀察時(shí)，他發(fā)現(xiàn)其中一些元素結(jié)合了一種名為Hnf4a的蛋白質(zhì)，這是一種古老的動(dòng)物轉(zhuǎn)錄因子，以前曾涉及許多人類疾病，包括炎癥性腸病，肥胖癥和糖尿病。

通過(guò)比較不同動(dòng)物物種之間的基因序列，包括人類，小鼠和斑馬魚 - 戴維森能夠證明，在整個(gè)進(jìn)化過(guò)程中，Hnf4a似乎可以防止微生物對(duì)炎癥性腸病的影響。戴維森繼續(xù)表明，微生物可以部分地阻止小鼠和斑馬魚中的Hnf4a，并可能阻礙其保護(hù)作用。當(dāng)Hnf4a完全禁用時(shí)，微生物刺激與炎性腸病相關(guān)的動(dòng)物中的基因表達(dá)模式。

“我們發(fā)現(xiàn)微生物對(duì)轉(zhuǎn)錄因子產(chǎn)生了前所未有的影響，它在我們的遺傳中與動(dòng)物有著非常古老而有趣的地方，但也明顯涉及人類疾病，”該研究的第一作者戴維森說(shuō)。“我們?cè)诎唏R魚和老鼠身上觀察到類似的效應(yīng)，這表明這是宿主 - 微生物相互作用的共同特征，可能存在于我們的普通(脊椎動(dòng)物)祖先中。”

研究人員仍然不知道微生物如何禁用Hnf4a，但他們有許多假設(shè)。例如，微生物可能以某種方式阻斷蛋白質(zhì)在DNA上的著陸點(diǎn)，或者它們可能通過(guò)修飾蛋白質(zhì)本身來(lái)使蛋白質(zhì)的DNA結(jié)合活性失活。他們也不知道微生物的特定子集是否比其他微生物更具操縱性。羅爾斯說(shuō)，如果他們能夠解決這個(gè)問(wèn)題，就可以指出新的微生物或藥物策略，以恢復(fù)Hnf4a的保護(hù)能力，促進(jìn)人類健康。