人體(tǐ)腸道中(zhōng)細菌的插圖。圖片來源：Darryl Leja，國(guó)家人類基因組研究所，美國(guó)國(guó)立衛生研究院，NIH

必需營養素通過“跳躍基因”在細胞之間傳遞。

你的腸道細菌和你一樣需要維生素 B12。盡管DNA通常從父母傳給孩子，但新(xīn)的研究表明，腸道細菌通過“性”轉移基因以獲取維生素。

沒有(yǒu)維生素 B12，大多(duō)數類型的活細胞都無法發揮作(zuò)用(yòng)。因此，在自然界中(zhōng)存在着激烈的競争。加州大學(xué)河濱分(fēn)校的一項新(xīn)研究表明，有(yǒu)益的腸道微生物(wù)具(jù)有(yǒu)通過一種稱為(wèi)細菌性行為(wèi)的過程相互獲取這種寶貴資源的能(néng)力。

“這個過程涉及一個細胞形成一個管子，DNA 可(kě)以通過這個管子進入另一個細胞，”UCR 微生物(wù)學(xué)家和研究負責人 Patrick Degnan 說。“就好像兩個人發生了性關系，現在他(tā)們都有(yǒu)了紅頭發。”

維生素 B12 的分(fēn)子模型，它對人類及其有(yǒu)益腸道細菌的健康至關重要。

幾十年來，科(kē)學(xué)家們已經知道這個過程，以及它在生物(wù)體(tǐ)之間轉移所謂的“跳躍基因”的能(néng)力。到目前為(wèi)止，大多(duō)數研究的例子都有(yǒu)助于在人們攝入抗生素時幫助細菌細胞保持活力。

“我們對這項研究感到興奮，因為(wèi)它表明這一過程不僅适用(yòng)于抗生素耐藥性。微生物(wù)之間的水平基因交換可(kě)能(néng)用(yòng)于任何增加它們生存能(néng)力的事情，包括共享維生素 B12，”德(dé)格南說。

該研究結果已發表在《細胞報告》雜志(zhì)上。

此前，Degnan 參與了一個項目，在該項目中(zhōng)，他(tā)和他(tā)的同事确定了一種重要的轉運蛋白，負責将 B12 導入腸道微生物(wù)細胞。最近，他(tā)正在研究跳躍基因，試圖确定它們傳遞的信息類型。很(hěn)快，Degnan 将維生素 B12 轉運蛋白識别為(wèi)貨物(wù)。

拟杆菌可(kě)構成人體(tǐ)腸道中(zhōng)高達 30% 的正常微生物(wù)群。（NOAA/OpenStax 微生物(wù)學(xué)）

為(wèi)了證明他(tā)們的懷疑，Degnan 和他(tā)的團隊混合了可(kě)以運輸 B12 的細菌和一些不能(néng)運輸的細菌。一起放在盤子上讓細菌有(yǒu)機會形成一個稱為(wèi)性菌毛的管子，從而促進轉移。之後，他(tā)們發現以前無法運輸 B12 的細菌都還活着，并獲得了能(néng)夠運輸 B12 的基因。

他(tā)們進行了第二個實驗，檢查了細菌的整個基因組。

“在給定的生物(wù)體(tǐ)中(zhōng)，我們可(kě)以看到類似指紋的 DNA 條帶。B12 轉運蛋白的接受者有(yǒu)一條額外的條帶，顯示他(tā)們從捐贈者那裏獲得的新(xīn) DNA，”Degnan 說。

該實驗不僅在試管中(zhōng)成功，而且在小(xiǎo)鼠體(tǐ)内也成功。

研究中(zhōng)使用(yòng)的有(yǒu)益腸道細菌類型是拟杆菌屬，它存在于大多(duō)數人的大腸中(zhōng)。他(tā)們對人類最重要的服務(wù)之一是分(fēn)解複雜的碳水化合物(wù)以獲取能(néng)量。

“來自紅薯、豆類、全谷物(wù)和蔬菜的大而長(cháng)的分(fēn)子将完全在沒有(yǒu)這些細菌的情況下通過我們的身體(tǐ)。他(tā)們将它們分(fēn)解，這樣我們就可(kě)以從它們那裏獲得能(néng)量，”德(dé)格南解釋道。

拟杆菌屬以及其他(tā)細菌也為(wèi)我們的腸道提供了一層屏障，可(kě)以幫助限制病原體(tǐ)的入侵。例如，由加州大學(xué)河濱分(fēn)校的共同作(zuò)者 Ansel Hsiao 領導的先前研究表明，一些人的腸道内有(yǒu)微生物(wù)群落，這使他(tā)們對霍亂更具(jù)抵抗力。

鑒于他(tā)們提供的重要服務(wù)，學(xué)習如何保持這些細菌的健康也可(kě)以幫助人們造福。

“沒有(yǒu)一種方法可(kě)以擁有(yǒu)健康的微生物(wù)組，但總的來說，擁有(yǒu)多(duō)樣化的厭氧菌群落是一件健康的事情，并且可(kě)以産(chǎn)生有(yǒu)益的影響，”Degnan 說。

參考文(wén)獻：“維生素 B ₁₂轉運蛋白的動員改變了人類腸道微生物(wù)的競争動态”，Katie A. Frye、Varadh Piamthai、Ansel Hsiao 和 Patrick H. Degnan，2021 年 12 月 28 日，Cell Reports。
DOI: 10.1016/j.celrep.2021.110164