跳躍基因——人類腸道細菌發(fā)生性行為分享維生素B12
人體腸道中細菌的插圖。圖片來源：Darryl Leja，國家人類基因組研究所，美國國立衛(wèi)生研究院，NIH
必需營養(yǎng)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，但新的研究表明，腸道細菌通過“性”轉(zhuǎn)移基因以獲取維生素。
沒有維生素 B12，大多數(shù)類型的活細胞都無法發(fā)揮作用。因此，在自然界中存在著激烈的競爭。加州大學河濱分校的一項新研究表明，有益的腸道微生物具有通過一種稱為細菌性行為的過程相互獲取這種寶貴資源的能力。
“這個過程涉及一個細胞形成一個管子，DNA 可以通過這個管子進入另一個細胞，”UCR 微生物學家和研究負責人 Patrick Degnan 說?！熬秃孟駜蓚€人發(fā)生了性關(guān)系，現(xiàn)在他們都有了紅頭發(fā)?！?/p>
維生素 B12 的分子模型，它對人類及其有益腸道細菌的健康至關(guān)重要。
幾十年來，科學家們已經(jīng)知道這個過程，以及它在生物體之間轉(zhuǎn)移所謂的“跳躍基因”的能力。到目前為止，大多數(shù)研究的例子都有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，因為它表明這一過程不僅適用于抗生素耐藥性。微生物之間的水平基因交換可能用于任何增加它們生存能力的事情，包括共享維生素 B12，”德格南說。
該研究結(jié)果已發(fā)表在《細胞報告》雜志上。
此前，Degnan 參與了一個項目，在該項目中，他和他的同事確定了一種重要的轉(zhuǎn)運蛋白，負責將 B12 導入腸道微生物細胞。最近，他正在研究跳躍基因，試圖確定它們傳遞的信息類型。很快，Degnan 將維生素 B12 轉(zhuǎn)運蛋白識別為貨物。
擬桿菌可構(gòu)成人體腸道中高達 30% 的正常微生物群。（NOAA/OpenStax 微生物學）
為了證明他們的懷疑，Degnan 和他的團隊混合了可以運輸 B12 的細菌和一些不能運輸?shù)?a href="/topics/2806/" title="細菌" target="_blank" >細菌。一起放在盤子上讓細菌有機會形成一個稱為性菌毛的管子，從而促進轉(zhuǎn)移。之后，他們發(fā)現(xiàn)以前無法運輸 B12 的細菌都還活著，并獲得了能夠運輸 B12 的基因。
“在給定的生物體中，我們可以看到類似指紋的 DNA 條帶。B12 轉(zhuǎn)運蛋白的接受者有一條額外的條帶，顯示他們從捐贈者那里獲得的新 DNA，”Degnan 說。
該實驗不僅在試管中成功，而且在小鼠體內(nèi)也成功。
研究中使用的有益腸道細菌類型是擬桿菌屬，它存在于大多數(shù)人的大腸中。他們對人類最重要的服務(wù)之一是分解復(fù)雜的碳水化合物以獲取能量。
“來自紅薯、豆類、全谷物和蔬菜的大而長的分子將完全在沒有這些細菌的情況下通過我們的身體。他們將它們分解，這樣我們就可以從它們那里獲得能量，”德格南解釋道。
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擬桿菌屬以及其他細菌也為我們的腸道提供了一層屏障，可以幫助限制病原體的入侵。例如，由加州大學河濱分校的共同作者 Ansel Hsiao 領(lǐng)導的先前研究表明，一些人的腸道內(nèi)有微生物群落，這使他們對霍亂更具抵抗力。
鑒于他們提供的重要服務(wù)，學習如何保持這些細菌的健康也可以幫助人們造福。
“沒有一種方法可以擁有健康的微生物組，但總的來說，擁有多樣化的厭氧菌群落是一件健康的事情，并且可以產(chǎn)生有益的影響，”Degnan 說。
參考文獻：“維生素 B 12轉(zhuǎn)運蛋白的動員改變了人類腸道微生物的競爭動態(tài)”，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