Science：揭示营养物缺乏促进有益肠道细菌在肠道中定植机制

栖息在肠道中的微生物对人类健康至关重要，而了解促进有益细菌物种在肠道中生长的因素可能会使促进肠道和人类整体健康的医疗干预成为可能。在一项新的研究中，来自耶鲁大学的研究人员发现了这些细菌在肠道内定植的一种新机制。具体来说，他们发现，在人类肠道中发现的最丰富的有益细菌物种之一在经历碳限制时显示出定植潜力的增加。这一发现可能产生新的临床干预，以支持健康的肠道。相关研究结果发表在2023年3月17日的Science期刊上，论文标题为“Bacteria require phase separation for fitness in the mammalian gut”。论文通讯作者为耶鲁大学微生物发病机制教授Eduardo Groisman博士。

这些作者发现有益的肠道细菌多形拟杆菌（Bacteroides thetaiotaomicron）对碳缺乏作出反应，方法是将一部分重要的转录因子封存在一种无膜区室中。他们确定，这种转录因子封存增加了它的活性，从而改变了数百个细菌基因的表达，包括几个促进肠道定植和控制细菌中心代谢途径的基因。这些发现表明有益细菌利用将转录因子到无膜区室中，作为在哺乳动物肠道中定植的重要策略。

栖息在哺乳动物肠道中的多形拟杆菌和其他细菌可以获得宿主动物摄入的营养物质。然而，也有很长一段时间，宿主有机体不进食。这些作者发现，剥夺包括碳在内的营养物质会引起有益肠道细菌产生定植因子。

论文第一作者、Groisman实验室博士后Aimilia Krypotou说，“出现的一件事是，当一种有机体缺碳时，这就是帮助产生有利于在肠道内生存的特性的信号。”

Groisman实验室以前的研究观察结果的汇合导致了这一突破。首先是当Groisman注意到来自肠道微生物的转录因子的大小比其他细菌物种的同源蛋白大得多。他们随后发现，如果没有同源蛋白缺失的额外区域，细菌就无法在小鼠的肠道中生存。

多形拟杆菌中转录终止因子Rho的相分离调控哺乳动物肠道中的基因表达并促进细菌适应性。图片来自Science, 2023, doi:10.1126/science.abn7229。

Krypotou随后猜测，这种额外的区域可能赋予细菌在肠道中生存所需的转录因子一种新的生物物理特性，并成功地进行了一系列实验来测试这一猜测。

Groisman说，对这些无膜区室的认识实际上可以追溯到百年前。他说，Krypotou的关键见解是根据这种额外区域推断出细菌转录因子Rho的新特性。这种转录因子的封存是通过一种称为液-液相分离（liquid-liquid phase separation）的过程进行的。液-液相分离是一种普遍存在于包括人类在内的各种细胞中的现象。

Groisman说，“这种现象已经为人所知，但通常与诸如植物、动物和真菌之类的真核生物的压力有关。最近，人们意识到它也可以发生在细菌身上，就我们的研究而言，我们确定它发生在肠道共生细菌中，这些细菌需要借此在肠道中生存。可以想象，如果人们操纵容易产生这种效果的有机体，也许就能改进对人类有益的有机体。”

Krypotou说，这些发现可能有助于刺激新的肠道健康益生菌疗法的开发。她说，“大多数研究仅探究细菌的丰度。如果我们不了解在分子水平上发生了什么，我们就不知道它是否会有帮助。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Emilia Krypotou et al. Bacteria require phase separation for fitness in the mammalian gut. Science, 2023, doi:10.1126/science.abn7229.