根据威尔康奈尔医学研究人员的一项新的临床前研究发现，哺乳动物肠道中的微生物可以显著改变宿主的氨基酸和葡萄糖代谢，几乎就像一个额外的肝脏。
这项研究发表在4月23日的《细胞宿主与微生物》杂志上，为微生物组影响生理机能的方式增加了一项新的研究，并可能带来治疗炎症性肠病和糖尿病等疾病的新策略。
近年来，科学家们发现，生活在人体表面和体内的数十亿微生物深刻地影响着我们的生理机能。文章通讯作者Chun-Jun Guo博士是医学微生物学和免疫学助理教授，也是威尔康奈尔医学院吉尔罗伯茨炎症性肠病研究所的成员，他想更深入地研究肠道中的必需微生物是如何影响我们从摄入的食物中提取营养的。
“它们比我们先‘吃’，先从我们吃的食物中获取营养，在它们满足了自己的营养需求后，把剩下的留给我们，”Guo博士说。
为了更好地理解这一过程，第一作者Ting-Ting Li博士等人评估了自然栖息在我们肠道中的不同细菌(称为人类肠道共生菌)消耗氨基酸(蛋白质的组成部分)的效率。由于许多肠道细菌的代谢功能特征不明显，研究小组在不同的环境下进行了实验，以找到他们研究的最佳条件。在筛选了100多种不同的人类肠道微生物后，研究人员确定了几种在代谢各种膳食氨基酸方面效率很高的微生物。当这些微生物在无菌小鼠(最初没有微生物的小鼠)的胃肠道中定居时，这些氨基酸的水平在宿主的肠道和血液中下降。
研究小组随后确定了消耗氨基酸的特定细菌代谢基因。这是一份很长的清单。“我们发现，在一种细菌中，有超过20种不同的基因编码着类似的酶功能，由于我们已经改进了针对肠道细菌的CRISPR-Cas9基因缺失技术，我们能够进行大规模的基因缺失筛选，并确定细菌中负责消耗氨基酸的代谢基因。”Guo博士说。
科学家们将他们的发现从培养的细胞中移植到动物身上，给无菌小鼠一次注射一株经过基因修饰的细菌。“我们现在可以精确地操纵单个基因来消耗肠道中的氨基酸，这使我们能够评估这些基因的个体功能，并了解它们是如何影响宿主氨基酸稳态的。”Guo博士说。
这项工作产生了一个惊人的结果：通过消耗一类特定的氨基酸，肠道微生物可以改变宿主的血糖稳态。进一步的分析表明，通过改变氨基酸的可用性，微生物似乎影响了神经递质血清素的产生，从而改变了葡萄糖的调节。
Guo博士说:“这些新陈代谢功能很多都可以由肝脏完成，但现在我们发现，肠道微生物群编码的功能类似的酶可以做同样或类似的事情。这就像在肠道里有第二只肝脏在运作。”
该团队目前正在设计新的策略，以更精确地调节细菌酶，并观察细菌的不同组合如何影响宿主的氨基酸代谢。
令人好奇的是，当前研究强调的一些相同基因在消化和代谢疾病患者的肠道微生物群中也存在失调。Guo博士说，针对特定微生物基因或工程细菌菌株的药物可能会提供治疗此类疾病的新方法。
他补充说:“这些代谢基因可能是2型糖尿病或炎症性肠病等疾病的潜在生物标志物，它们也是潜在的治疗目标。”“我们的研究证明了精确操纵肠道微生物群来调节宿主代谢和改善宿主代谢功能的可能性。”
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