長壽文章

兩項研究發現腸道微生物影響飲食習慣和膽固醇

某些腸道微生物與行為和飲食模式的變化以及較低的膽固醇水平有關
  • 最近的兩項研究概述了腸道微生物的其他功能。 

  • 首先,正如對蠕蟲的研究發現,特定的腸道細菌可以改變行為和飲食習慣,這可能是由於細菌產生的大腦化學物質酪胺的增加所致。 

  • 第二項研究發現某些微生物可以降低膽固醇; isma(腸道類固醇代謝 a)基因微生物組酶活性較高的人膽固醇較低,因為 isma 將膽固醇分解為糞甾烷醇,從而增加了膽固醇的代謝和糞便中的排泄。  

這篇文章發表於 EurekAlert.org,基於發表在的一項研究 自然 2020 年 6 月: 

腸道細菌雖然很小,但可能不僅對宿主動物的消化健康,而且對它們的整體健康發揮著巨大的作用。 根據《自然》雜誌的一項新研究,蠕蟲中的特定腸道細菌可能會改變動物的行為,指導其進食決定。 這項研究部分由美國國立衛生研究院資助。

支持這項研究的美國國立衛生研究院國家神經疾病和中風研究所(NINDS) 計畫主任羅伯特·里德爾(Robert Riddle) 博士說:「我們不斷發現腸道細菌在胃以外發揮著令人驚訝的作用。 「在這裡,腸道細菌正在影響動物感知環境的方式,並導致其向相同細菌的外部來源移動。腸道細菌實際上正在使它們的物種對動物來說更美味。”

馬薩諸塞州沃爾瑟姆市布蘭迪斯大學的研究人員,由博士後研究員、論文的第一作者 michael o'donnell 博士和生物學教授、該研究的資深作者 piali sengupta 博士領導,有興趣了解腸道細菌是否有可能控制宿主動物的行為。 該團隊研究了腸道細菌對線蟲如何嗅出並選擇下一餐的影響。

細菌是蠕蟲的主要食物。 在這項研究中,研究人員測量了餵食不同細菌菌株的蠕蟲對辛醇的反應,辛醇是一些細菌分泌的一種大酒精分子,當辛醇濃度較高時,蠕蟲通常會避免辛醇。

O'Donnell 博士和他的同事發現,與在其他細菌上生長的動物相比,在普羅維登斯菌 (JUb39) 上生長的蠕蟲不太可能避免辛醇。 奇怪的是,他們發現向辛醇移動的蠕蟲腸道中存在活的 JUb39 細菌,這表明這種行為可能部分是由這些細菌產生的物質決定的。

接下來,研究人員想知道細菌如何控制蠕蟲。

奧唐納博士說:“我們能夠將從微生物到行為的各個點連接起來,並確定可能參與這一過程的整個途徑。”

大腦化學物質酪胺可能在這種反應中發揮重要作用。 在蠕蟲中,酪胺轉化為化學物質章魚胺,其目標是控制迴避行為的感覺神經元上的受體。 這項研究的結果表明,細菌產生的酪胺增加了章魚胺的水平,這透過抑制這些神經元驅動的對辛醇的迴避而使線蟲對辛醇更具耐受性。

透過其他行為測試,研究人員發現,當線蟲在 jub39 上生長時,對線蟲進行基因工程改造,使其不產生酪胺,並不會影響對辛醇迴避的抑制。 這表明細菌產生的酪胺可能能夠補償這些動物體內缺少的內源性酪胺。

其他實驗表明,與其他細菌食物來源相比,在 jub39 上生長的蠕蟲更喜歡吃這種類型的細菌。 細菌產生的酪胺也被發現是這項決定所必需的。

「透過這種方式,細菌可以控制宿主動物的感官決策過程,從而影響它們對氣味的反應,並可能影響食物的選擇,」森古普塔博士說。

未來的研究將確定細菌產生的額外大腦化學物質,這些化學物質可能與改變其他蠕蟲行為有關。 此外,尚不清楚腸道中存在的細菌菌株的特定組合是否會導致對環境線索的不同反應。 儘管蠕蟲和哺乳動物有許多相同的基因和生化過程,但尚不清楚高級動物是否存在類似的途徑和結果。

第二篇文章發表於 哈佛大學化學與生物系新聞, 基於發表在的一項研究 細胞宿主和微生物 2020 年 6 月: 

在世界上最黑暗的地方,光線無法遮擋星星的深不可測的恩惠,請抬頭仰望。 照亮宇宙的微粒比世界上的細菌還要少,隱藏在視線之外,整個宇宙就藏在人類的一個腸道裡。

許多物種是已知的,例如大腸桿菌,但還有更多物種,有時被稱為“微生物暗物質”,仍然難以捉摸。 「我們知道它就在那裡,」博士道格肯尼說。 藝術與科學研究生院的候選人,“因為它如何影響周圍的事物。” 肯尼是《細胞宿主和微生物》雜誌上一項新研究的共同第一作者,該研究闡明了微生物暗物質的一些內容:一種可以影響人類膽固醇水平的腸道細菌。

哈佛大學化學和化學生物學教授、Ramnik Xavier 的共同資深作者 Emily Balskus 表示:「這些微生物對膽固醇的代謝可能在降低腸道和血清膽固醇濃度方面發揮重要作用,從而直接影響人類健康。」 ,布羅德研究所核心成員,麻省理工學院資訊學與治療學中心聯合主任,麻薩諸塞州總醫院研究員。 新發現的細菌有一天可以幫助人們透過飲食、益生菌或基於個體微生物群的新療法來控制膽固醇水平。

根據美國疾病管制與預防中心 (cdc) 的數據,2016 年,美國 20 歲及以上的成年人中有超過 12% 的膽固醇水平較高,這是該國第一大死因:心臟病的危險因子。 該群體中只有一半人服用他汀類藥物來控制膽固醇水平; 雖然這類藥物是一種有價值的工具,但它們並不適用於所有患者,而且雖然很少見,但可能會產生令人擔憂的副作用。

「我們並不是在尋找解決心血管疾病的靈丹妙藥,」肯尼說,「但還有另一個器官,即微生物組,另一個系統在發揮作用,可以調節膽固醇水平,這是我們尚未考慮到的。 」

自 1800 年代末期以來,科學家就知道腸道中的膽固醇發生了變化。 幾十年來,工作逐漸接近答案。 一項研究甚至發現了生豬污水潟湖中存在消耗膽固醇細菌的證據。 但這些微生物更喜歡生活在豬身上,而不是人類身上。

先前的研究就像一個包含線索的案例檔案(1977 年的一個實驗室甚至分離出了洩漏秘密的微生物,但樣本遺失了)。 一個重要的線索是糞甾烷醇,它是腸道中膽固醇代謝的副產品。 “因為豬污水潟湖微生物也形成了糞甾烷醇,”巴爾斯庫斯說,“我們決定鑑定負責這種活動的基因,希望我們能在人類腸道中找到類似的基因。”

同時,布羅德研究所的計算科學家、肯尼的共同第一作者達米安·普利希塔 (damian plichta) 在人類數據集中尋找線索。 他說,生活在人類腸道中的數百種細菌、病毒和真菌尚未被分離和描述。 但所謂的宏基因體學可以幫助研究人員繞過一個步驟:他們可以分析人類微生物組中發現的豐富遺傳物質,以確定這些基因編碼的功能,而不是先定位一種細菌,然後弄清楚它能做什麼。

Plichta 將大量微生物組基因組數據與人類糞便樣本進行交叉引用,以找出哪些基因與高水平的糞甾烷醇相對應。 “從大量的相關性中,”他說,“我們專注於了一些可能有趣的基因,然後我們可以對其進行追蹤。” 與此同時,巴爾斯庫斯和肯尼對消耗膽固醇的豬細菌的整個基因組進行了測序,他們挖掘了數據並發現了類似的基因:這是他們越來越接近的信號。

然後肯尼進一步縮小了搜尋範圍。 在實驗室中,他將每個潛在的基因插入細菌中,並測試哪些基因能夠產生將膽固醇分解為糞甾烷醇的酵素。 最終,他找到了最好的候選基因,研究小組將其命名為腸道類固醇代謝a(isma)基因。

澤維爾說:“我們現在可以將具有這些酶的潛在細菌的存在或不存在與從同一個體收集的血液膽固醇水平聯繫起來。” 利用來自中國、荷蘭和美國的人類微生物組資料集,他們發現微生物組中攜帶 IsmA 基因的人類糞便中的膽固醇比沒有攜帶 IsmA 基因的人少 55% 至 75%。

「那些具有這種酶活性的人基本上膽固醇含量較低,」澤維爾說。

澤維爾說,這項發現可能會帶來新的療法,例如「生物雞尾酒」或直接將酵素輸送到腸道,以幫助人們控制血液膽固醇水平。 但首先還有很多工作要做:研究小組可能已經確定了關鍵的酶,但他們仍然需要分離出負責的微生物。 他們不僅需要證明相關性,還需要證明因果關係——微生物及其酵素直接負責降低人類膽固醇。 而且,他們需要分析反應副產物糞甾烷醇對人類健康有何影響。

澤維爾說:“這並不意味著我們明天就能得到答案,但我們已經有了一個如何解決這個問題的大綱。”



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