社交生活使肠道微生物组的遗传效应得以传播

社交生活使肠道微生物组的遗传效应得以传播

根据今天发表的一项大鼠研究，你的“室友”基因可能会影响你肠道中的细菌，反之亦然自然交流。

这项研究对四千多只动物进行了检查，结果表明，大鼠肠道微生物组的组成不仅受到个体自身基因的影响，还受到与其共享栖息地的个体的基因的影响。

这一发现揭示了基因和社会生活交织在一起的新方式：通过在个体之间移动的共生肠道微生物的交换。尽管基因不会在个体之间跳跃，但微生物可以。研究发现，一些基因有利于某些肠道细菌，这些细菌可以通过密切的社会接触传播。

这不是魔法，而是遗传影响通过社会接触传播给他人的结果。基因塑造了肠道微生物群，我们发现重要的不仅仅是我们自己的基因。”

Amelie Baud 博士，巴塞罗那基因组调控中心研究员，该研究的主要作者

大鼠体内三种新的基因-微生物联系

肠道微生物组是生活在消化道中的数万亿微生物的集合，它们在消化和整体健康中发挥着关键作用。尽管众所周知饮食和药物是影响这些微生物生态系统的主要因素，但确定遗传学的贡献却更加困难。

在人类中，只有两个基因与肠道细菌可靠相关。乳糖酶基因决定成年人是否可以消化牛奶并影响消化牛奶的微生物。 ABO 血型基因还通过尚未被发现的机制发挥作用。

遗传学和微生物之间可能还存在其他联系，但这些联系尚未得到证实，因为在现实世界中，先天和后天很难分开。例如，基因可以影响饮食和生活方式的选择，进而影响肠道微生物群。但家人和朋友共享食物、家园和微生物，模糊了自然和饮食对肠道微生物群的贡献之间的界限。

相反，基因组调控中心和加州大学圣地亚哥分校的研究人员转向了老鼠。这些动物具有哺乳动物生物学的许多特征，但可以在受控条件下饲养，例如为每个动物提供相同的饮食。

所有动物在基因上都是独一无二的，来自四个不同的群体之一，每个群体都饲养在美国的不同设施中，并接受不同的护理程序。这使得研究人员能够测试哪些遗传效应在不同环境中持续存在。

通过结合所有 4,000 只老鼠的遗传数据和微生物组数据，研究小组确定了三个遗传区域，尽管这四个组的饲养条件不同，但它们始终影响肠道细菌。

最强的关联是在肠道粘液中添加糖分子的基因 St6galnac1 与 Paraprevotella 的丰度之间存在关联，研究人员认为 Paraprevotella 是一种以这些糖为食的细菌。在所有四个队列中都发现了这一点。

第二个区域含有几个粘蛋白基因，它们形成肠道的保护性粘液层，并与厚壁菌门的细菌有关。第三个区域包括 Pip 基因，它编码一种抗菌分子，并与 Muribaculaceae 科的细菌有关，这种细菌在啮齿类动物中很常见，在人类中也存在。

基因有社会生活

由于该群体规模庞大，研究人员首次能够估计每只老鼠的微生物组中有多少是由其自身基因解释的，以及有多少是由与其生活在一起的其他老鼠的基因解释的。

这种现象（也称为间接遗传效应）的典型例子是母亲的基因通过她提供的环境影响后代的生长或免疫系统。

老鼠研究的受控条件使研究人员能够以全新的方式检查这些影响。研究作者创建了一个计算模型，将老鼠自身微生物的遗传影响与其社会伙伴的影响分开。

他们发现，一些 Muribaculaceae 的丰度受到直接和间接遗传影响的影响，这意味着一些遗传效应通过微生物交换在社会上传播。

一旦将这些社会或间接影响纳入统计模型，对于三个新发现的基因-微生物联系来说，整体遗传影响力增加了四到八倍。研究人员表示，这可能只代表真实情况的一小部分。

“我们可能只发现了冰山一角，”鲍德博士说。 “这些细菌的信号最强，但如果我们有更好的微生物组分析方法，更多的微生物可能会受到影响。”

通过证明遗传影响可以与肠道微生物的传播相结合，研究作者设计了一种新的作用机制，在这种机制中，个体的遗传效应可以影响整个社会群体，并在不改变 DNA 的情况下改变他人的生物学。

如果类似的影响发生在人类身上，并且越来越多的证据表明肠道微生物组在健康中发挥着重要作用，这可能意味着大型研究中低估了遗传对人类健康的影响。基因不仅可以影响一个人患病的风险，还可以影响其他人患病的风险。

这项研究对人类健康意味着什么

Baud 博士表示，微生物组与从免疫、新陈代谢到行为等各个方面都有联系，但并非所有报道的关联都反映了因果效应，而且确切的作用机制仍不清楚。像他们这样的基因研究在受控环境中使用动物模型，可以帮助从相关性转向可测试的因果假设，并解释基因和肠道微生物组如何相互作用以促进人类健康。

例如，研究人员指出，他们在大鼠体内发现的 St6galnac1 基因在功能上与人类基因 ST6GAL1 相关，而在其他研究中该基因也与 Paraprevotella 相关。它表明动物用糖覆盖肠道内壁的方式可能决定哪些微生物可以在消化系统中繁衍生息，这可能是跨物种的常见生物机制。

研究作者还假设这种可能的机制如何反过来影响 COVID-19 等传染病。

ST6GAL1 此前在其他研究中曾被认为与突破性 SARS-CoV-2 感染有关，在这种情况下，尽管接种了疫苗，人们还是感染了新冠病毒。 Paraprevotella 还被证明可以诱导病毒用来进入宿主细胞的消化酶的分解。因此，研究人员认为 ST6GAL1 的遗传变异可能会影响 Paraprevotella 的频率，从而影响病毒感染。

他们还推测为什么有些人会患上一种称为 IgA 肾病的自身免疫性肾病。 Paraprevotella 可以改变 IgA（一种保护肠道的抗体），但一旦改变，就会进入血液并形成损害肾脏的团块，这是 IgA 肾病的标志。

研究人员现在想要详细研究 St6galnac1 如何影响大鼠体内的 Paraprevotella，以及这会在肠道和整个身体中引发哪些生物链反应。

“我现在对这种细菌着迷。我们的结果得到了四个独立机构的数据支持，这意味着我们可以在任何新环境中进行后续研究。与大多数宿主微生物组化合物相比，它们也非常强大。这是一个独特的机会，”鲍德博士总结道。

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