2019年2月21日的《细胞》报道,肠道中的细菌不仅可以帮助消化宿主摄入的食物,还可以调节哺乳动物宿主的基因表达。该研究描述了一种“种间交流”,细菌通过分泌一氧化氮分子,与宿主的DNA进行交流并调控其表达,这种交流方式可以被用于促进人类健康。
该研究首次显示肠道细菌可以利用哺乳动物(包括人类)中普遍存在的一氧化氮网络。一氧化氮以一种被称为S-亚硝基化的方式附着于人体蛋白质,并在阿尔茨海默氏症、帕金森氏症、哮喘、糖尿病、心脏病和癌症等疾病患者体内广泛存在。
美国凯斯西储大学医学院、克利夫兰大学医院医学中心和哈佛医学院的研究人员追踪了微小蠕虫(C. elegans,一种常见的哺乳动物实验模型)肠道细菌分泌的一氧化氮。一氧化氮附着在许多宿主蛋白上,完全改变了蠕虫自身基因的表达。研究结果表明,一氧化氮是肠道细菌与哺乳动物宿主交流的一般机制,是细菌与宿主跨物种的共同的化学语言。而之前的研究工作主要集中在细菌分泌的稀有分子上。
研究人员通过饲喂产生一氧化氮的蠕虫细菌来证明这种现象。他们选择了一种非常重要的argonaute蛋白质(ALG-1),ALG-1从蠕虫到人类都高度保守,能够抑制不必要的基因表达,对发育至关重要。当细菌分泌的一氧化氮附着在ALG-1上时,蠕虫就会形成畸形的生殖器官而死亡。来自细菌的过多的一氧化氮控制蠕虫的DNA沉默蛋白并阻碍其健康发育。
研究者表示,动物不会让这种情况发生。哺乳动物宿主会进行自我调整,以适应不断变化的一氧化氮水平。这种蠕虫也能够停止食用产生一氧化氮的细菌,转而食用其他细菌,或者改变生存环境,以减少一氧化氮的进一步的影响。
该研究表明,由饮食和环境决定的肠道内的细菌对哺乳动物的健康产生巨大影响。一氧化氮可能预示着操纵这种共生关系的契机。就像益生菌被设计用于改善消化一样,我们也可以通过人体肠道接种细菌来改善一氧化氮信号传导,将其作为一种治疗方法来改善人类健康。
吴晓燕 编译自https://phys.org/news/2019-02-interspecies-strategy-gut-bacteria-mammalian.html
原文链接:https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S009286741930100X
原文标题:Regulation of MicroRNA Machinery and Development by Interspecies S-Nitrosylation