微生物看到控制宿主基因的作用

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

“我們的研究結果表明，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，”該研究的高級作者，分子遺傳學和微生物學副教授John F. Rawls博士說。杜克大學醫(yī)學院。

近年來，科學家們發(fā)現(xiàn)了數(shù)以萬億計的常駐細菌，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，在我們理解這些微生物如何影響人類以及動物王國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“進化保護”方法來確定可能與人類健康有關的遠緣動物的遺傳基礎。在這項研究中，羅爾斯研究了微生物組對動物基因組可能產(chǎn)生的影響，研究了基因組的特定區(qū)域，這些區(qū)域調節(jié)在給定時間或給定組織中哪些基因被打開或關閉。這些區(qū)域中的一些可能將DNA鏈包裝成緊密的線圈，將它們隱藏在負責翻譯遺傳密碼的機器中。其他人稱為增強子 - 在基因周圍的指定位點募集稱為轉錄因子的特殊蛋白質以將其打開。

羅爾斯實驗室的一名研究生詹姆斯·戴維森(James M. Davison)將這些遺傳區(qū)域與兩組小鼠進行了比較：一組是無菌的，另一組是帶有微生物的小鼠。他發(fā)現(xiàn)大量增強子在微生物存在的情況下表現(xiàn)不同。當他仔細觀察時，他發(fā)現(xiàn)其中一些元素結合了一種名為Hnf4a的蛋白質，這是一種古老的動物轉錄因子，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。

通過比較不同動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，在整個進化過程中，Hnf4a似乎可以防止微生物對炎癥性腸病的影響。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，并可能阻礙其保護作用。當Hnf4a完全禁用時，微生物刺激與炎性腸病相關的動物中的基因表達模式。

“我們發(fā)現(xiàn)微生物對轉錄因子產(chǎn)生了前所未有的影響，它在我們的遺傳中與動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。“我們在斑馬魚和老鼠身上觀察到類似的效應，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。例如，微生物可能以某種方式阻斷蛋白質在DNA上的著陸點，或者它們可能通過修飾蛋白質本身來使蛋白質的DNA結合活性失活。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，如果他們能夠解決這個問題，就可以指出新的微生物或藥物策略，以恢復Hnf4a的保護能力，促進人類健康。

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