肠道细菌的单一遗传变化会改变宿主的新陈代谢

科学家们发现，删除特定肠道细菌菌株中的单个基因会导致小鼠新陈代谢发生变化，体重增加减少，eLife杂志的一项研究表明。该研究为了解微生物组(生活在我们体内的细菌)如何影响新陈代谢提供了重要的一步。

众所周知，微生物组影响肥胖症和糖尿病等代谢疾病的发展。但是，虽然这些关联是众所周知的，但微生物组影响新陈代谢的具体方式难以破译。这是因为肠道含有许多种细菌，产生许多不同种类的代谢物。解开他们不同的影响是一项重大挑战。

在这项研究中，研究人员使用一种“遗传手术刀”从微生物组中去除特定基因，然后研究这种变化对宿主代谢的影响。他们决定专注于一组天然存在于人体肠道中的物质，称为胆汁酸。胆汁酸池中的不平衡被认为有助于饮食诱导的肥胖。然而，哪些特定胆汁酸导致这些影响的问题仍不清楚。

为了解决这个问题，该团队专注于一类称为胆汁细菌酶的盐水解酶。“以前的研究表明，这些水解酶在调节宿主代谢方面发挥着重要作用，但不完全是如何，”资深作者，美国哈佛医学院生物化学与分子药理学系助理教授Sloan Devlin解释说。“我们采用了一种新方法，通过控制小鼠肠道中选择性胆汁盐水解酶的活性来了解这些酶的作用。”

在鉴定出只能代谢某些类型的胆汁盐的胆汁盐水解酶的细菌物种后，他们产生了两种细菌菌株 - 一种含有水解酶，一种没有 - 并将它们引入无菌小鼠。正如所希望的那样，他们发现用水解酶缺陷菌株定植的小鼠在其肠道中具有更高量的某些未代谢的胆汁盐。

他们接下来研究了改变特定胆汁盐水平对小鼠代谢的下游影响。他们惊讶地发现，用缺乏水解酶的细菌定植的小鼠比用正常细菌定植的小鼠获得的重量更轻。他们还发现动物的血液和肝脏中的脂肪和胆固醇含量低于含有水解酶的动物，并且他们倾向于代谢脂肪而不是碳水化合物来代替能量。

遗传分析显示，除了与代谢相关的改变外，控制昼夜节律和免疫反应的基因也发生了变化。这表明由细菌引起的胆汁酸改变可导致宿主更广泛的变化。

“以前的研究表明，微生物组作为一个整体会影响新陈代谢，但我们的论文提供了更多的还原观点，”Devlin教授总结道。“通过显示删除单个基因导致宿主代谢的下游变化，我们将此特定基因确立为未来药物开发的潜在目标，并为更全面地了解微生物组如何影响代谢提供了一步。”