Nature:微生物如何影响机体化学成分



2020年2月28日 讯 /生物谷BIOON/ --此前大量证据表明,我们体内微生物群落的组成与炎症反应以及其它生理性状都有着不同程度的关联。但是,为什么微生物会对人产生如此巨大的影响?

在最近一项研究中,加利福尼亚大学圣地亚哥分校等机构的研究人员创建了首个老鼠各器官中所有分子的图谱,以及它们被微生物修饰的方式。他们发现微生物控制着小鼠和人体内胆汁酸的结构。相关结果发表在最近的《Nature》杂志上。文章作者为Pieter Dorrestein博士和Robert Quinn博士。

Dorrestein说,当胆酸等的分子的结构被改变时,同时可能会改变细胞彼此之间的交谈方式以及基因的表达程度。这可能会对身体功能和疾病的发展产生巨大影响。

Nature:微生物如何影响机体化学成分

(图片来源:UCSD)


在该研究中,作者通过质谱技术比较了无菌小鼠和具有正常微生物的小鼠各个器官中的小分子类型,并将其与GNPS数据库中的参考结构进行比较以识别尽可能多的分子。他们还通过对细菌的特定遗传区域进行测序,确定了哪些微生物与这些分子存在相关性。

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,绘制得到了体内的所有分子图谱。

对比图谱发现,多达70%的小鼠肠道化合物是由其肠道微生物组决定的。即使在不相邻的器官,例如子宫或大脑中,约有20%的分子也存在差异。

之后,研究人员发现了一个特定的分子家族:胆酸,它们的分布似乎与微生物存在很密切的联系。胆酸主要是由肝脏产生,它们有助于消化油脂,还可以在全身传递信息。

具体来讲,作者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衍生物,但在无菌小鼠中却没有上述结构。例如,在微生物群落正常的小鼠中,研究小组发现细菌可以用苯丙氨酸,酪氨酸和亮氨酸对胆酸进行修饰。

之后,研究人员使用他们创建的工具质谱搜索工具(MASST)对公开样本数据库中的质谱数据进行分析,他们还通过质谱手段分析了大约3,000份人类粪便样本。

结果表明:小鼠中观察到的具有微生物修饰特征的胆酸分子在25%左右的人类样品中同样存在。这些胆酸结构在婴儿和炎症性肠病或囊性纤维化患者中含量更高。

胆汁酸可以通过肠道一种特定的受体分子——farnesoid X受体,将信号从肠道传递到身体其他部位。胆酸结合并激活受体,然后抑制负责制造更多胆酸的基因。该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含量。目前正在开发几种药物就是通过激活该受体来治疗肝脏疾病。

在该研究中,作者发现,存在微生物修饰的胆酸分子能够强烈地激活farnesoid X受体,从而降低了肝脏中产生胆酸的基因的表达。

Dorrestein说:“这项研究提供了一个清晰的例子,表明微生物如何影响人类基因的表达。尽管我们仍然不知道这可能导致的后果,以及我们如何能够干预这一途径以改善人类健康。”(生物谷Bioon.com)

资讯出处:How resident microbes restructure body chemistry

原始出处:Global chemical effect of the microbiome includes new bile-acid conjugations, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2047-9 , https://nature.com/articles/s41586-020-2047-9




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