“跳跃基因”—人类肠道细菌发生转移分享维生素B12

人体肠道中细菌的插图。图片来源：Darryl Leja，国家人类基因组研究所，美国国立卫生研究院，NIH

必需营养素通过“跳跃基因”在细胞之间传递。

你的肠道细菌和你(nǐ)一样需要维生素 B12。尽管DNA通常从父母传给孩子，但新的研究表明，肠道细菌通过“性”转移基因以获取维生素。

没有维生素 B12，大多数类型的活细胞都无法发挥作用。因此，在自然界中存在着激烈的竞争。加州大学河滨分校的一项新研究表明，有益的肠道微生物具有通过一种称为细菌性行为的过程相互获取这种宝贵资源的能力。

“这个过程涉及一个细胞形成一个管子，DNA 可以通过这个管子进入另一个细胞，”UCR 微生物学家和研究负责人 Patrick Degnan 说。“就好像两个人发生了性关系，现在他们都有了红头发。”

维(wéi)生(shēng)素(sù) B12 的(de)分(fēn)子(zi)模(mó)型(xíng)，它(tā)对(duì)人(rén)类(lèi)及(jí)其(qí)有(yǒu)益(yì)肠(cháng)道(dào)细(xì)菌(jūn)的(de)健(jiàn)康(kāng)至(zhì)关重(zhòng)要(yào)。

几(jǐ)十(shí)年(nián)来(lái)，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)已(yǐ)经(jīng)知(zhī)道(dào)这(zhè)个(gè)过(guò)程(chéng)，以(yǐ)及(jí)它(tā)在(zài)生(shēng)物(wù)体(tǐ)之(zhī)间(jiān)转(zhuǎn)移(yí)所(suǒ)谓(wèi)的(de)“跳(tiào)跃(yuè)基(jī)因(yīn)”的(de)能(néng)力(lì)。到(dào)目(mù)前(qián)为(wèi)止(zhǐ)，大(dà)多(duō)数(shù)研(yán)究(jiū)的(de)例(lì)子(zi)都(dōu)有(yǒu)助(zhù)于(yú)在(zài)人(rén)们(men)摄(shè)入(rù)抗(kàng)生(shēng)素(sù)时(shí)帮助细菌细胞保持活力。

“我们对这项研究感到兴奋，因为它表明这一过程不仅适用于抗生素耐药性。微生物之间的水平基因交换可能用于任何增加它们生存能力的事情，包括共享维生素 B12，”德格南说。

该研究结果已发表在《细胞报告》杂志上。

此前，Degnan 参与了一个项目，在该项目中，他和他的同事确定了一种重要的(de)转(zhuǎn)运(yùn)蛋(dàn)白(bái)，负(fù)责(zé)将(jiāng) B12 导(dǎo)入(rù)肠(cháng)道(dào)微(wēi)生(shēng)物(wù)细(xì)胞(bāo)。最(zuì)近(jìn)，他(tā)正(zhèng)在(zài)研(yán)究(jiū)跳(tiào)跃(yuè)基(jī)因(yīn)，试(shì)图(tú)确(què)定(dìng)它(tā)们(men)传递的信息类型。很快，Degnan 将维生素 B12 转运蛋白识别为货物。

拟杆菌可构成人体肠道中高达 30% 的正常微生物群。（NOAA/OpenStax 微生物学）

为了证明他们的怀疑，Degnan 和他的团队混合了可以运输 B12 的细(xì)菌和一些不能运输的细菌。一起放在盘子上让细菌有机会形成一个称为性菌毛的管子，从而促进转移。之后，他们发现以前无法运输 B12 的细菌都还活着，并获得了能够运输 B12 的(de)基(jī)因(yīn)。

他们进行了第二个实验，检查了细菌的整个基因组。

“在给定的生物体中，我们可以看到类似指纹的 DNA 条带。B12 转运蛋白的接受者有一条额外的条带，显示他们从捐赠者那里获得的新 DNA，”Degnan 说。

该实验不仅在试管中成功，而且在小鼠体内也成功。

研究中使用的有益肠道细菌类型是拟杆菌属，它存在于大多数人的大肠中。他们对人类最重要的服务之一是分解复杂的碳水化合物以获取能量。

“来自红薯、豆类、全谷物和蔬菜的大而长的分子将完全在没有这些细菌的情况下通过我们的身体。他们将它们分解，这样我们就可以从它(tā)们(men)那(nà)里(lǐ)获(huò)得(de)能(néng)量(liàng)，”德(dé)格(gé)南(nán)解(jiě)释(shì)道(dào)。

拟杆菌属以及其他细菌也为我们的肠道提供了一层屏障，可以帮助限制病原体的入侵。例如，由加州大学河滨分校的共同作者 Ansel Hsiao 领导的先前研究表明，一些人的肠道内有微生物群落，这使他们对霍(huò)乱(luàn)更(gèng)具(jù)抵(dǐ)抗(kàng)力。

鉴于他们提供的重要服务，学习如何保持这些细菌的健康也可以帮助人们造福。

“没有一种方法可以拥有健康的微生物组，但总的来说，拥有多样化的厌氧菌群落是一件健康的事情，并且可以产生有益的影响，”Degnan 说。

参考文献：“维生素 B ₁₂转运蛋白的动员改变了人类肠道微生物的竞争动态”，Katie A. Frye、Varadh Piamthai、Ansel Hsiao 和 Patrick H. Degnan，2024 年 12 月 28 日，Cell Reports。
DOI: 10.1016/j.celrep.2024.110164