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微生物看到控制宿主基因的作用

2018-12-28 10:56:25 • 来源：

所有动物 - 从海绵到现代人类 - 都在充满微生物的世界中进化。这些单细胞微生物现在几乎覆盖了我们身体的每一个表面，并且与我们自己的组织和器官一样，也是我们生物学的一部分。他们教育我们的免疫系统，调节我们的新陈代谢，结果甚至影响我们的行为。杜克大学的研究人员已经证明，微生物可以通过操纵动物细胞的分子机制控制其动物宿主的行为，从而触发基因表达模式，从而促进健康和疾病。这项研究是在斑马鱼和老鼠身上进行的，可能对人类炎症性肠病如克罗恩病和溃疡性结肠炎有影响。研究结果发表在“ 基因组研究 ”杂志上。

微生物看到控制宿主基因的作用

“我们的研究结果表明，我们基因组的古老部分和与微生物的古老相互作用与现代人类疾病有关，”该研究的高级作者，分子遗传学和微生物学副教授John F. Rawls博士说。杜克大学医学院。

近年来，科学家们发现了数以万亿计的常驻细菌，病毒和真菌(统称为微生物组)和一系列人类疾病(从厌食症到糖尿病)之间的丰富联系。但是罗尔斯说，在我们理解这些微生物如何影响人类以及动物王国的其他成员的健康和引起疾病方面仍存在重要的差距。

罗尔斯采用他所谓的“进化保护”方法来确定可能与人类健康有关的远缘动物的遗传基础。在这项研究中，罗尔斯研究了微生物组对动物基因组可能产生的影响，研究了基因组的特定区域，这些区域调节在给定时间或给定组织中哪些基因被打开或关闭。这些区域中的一些可能将DNA链包装成紧密的线圈，将它们隐藏在负责翻译遗传密码的机器中。其他人称为增强子 - 在基因周围的指定位点募集称为转录因子的特殊蛋白质以将其打开。

罗尔斯实验室的一名研究生詹姆斯·戴维森(James M. Davison)将这些遗传区域与两组小鼠进行了比较：一组是无菌的，另一组是带有微生物的小鼠。他发现大量增强子在微生物存在的情况下表现不同。当他仔细观察时，他发现其中一些元素结合了一种名为Hnf4a的蛋白质，这是一种古老的动物转录因子，以前曾涉及许多人类疾病，包括炎症性肠病，肥胖症和糖尿病。

通过比较不同动物物种之间的基因序列，包括人类，小鼠和斑马鱼 - 戴维森能够证明，在整个进化过程中，Hnf4a似乎可以防止微生物对炎症性肠病的影响。戴维森继续表明，微生物可以部分地阻止小鼠和斑马鱼中的Hnf4a，并可能阻碍其保护作用。当Hnf4a完全禁用时，微生物刺激与炎性肠病相关的动物中的基因表达模式。

“我们发现微生物对转录因子产生了前所未有的影响，它在我们的遗传中与动物有着非常古老而有趣的地方，但也明显涉及人类疾病，”该研究的第一作者戴维森说。“我们在斑马鱼和老鼠身上观察到类似的效应，这表明这是宿主 - 微生物相互作用的共同特征，可能存在于我们的普通(脊椎动物)祖先中。”

研究人员仍然不知道微生物如何禁用Hnf4a，但他们有许多假设。例如，微生物可能以某种方式阻断蛋白质在DNA上的着陆点，或者它们可能通过修饰蛋白质本身来使蛋白质的DNA结合活性失活。他们也不知道微生物的特定子集是否比其他微生物更具操纵性。罗尔斯说，如果他们能够解决这个问题，就可以指出新的微生物或药物策略，以恢复Hnf4a的保护能力，促进人类健康。

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