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肠道细菌代谢决定人生半步痛清病

更新时间:2020-04-25 19:50:02

  人肠道是一种复杂的生态系统:无数的细菌在它里面定植,帮助我们消化食物。在一项新的研究中,来自卢森堡大学卢森堡系统生物医学中心(Luxembourg Centre for Systems Biomedicine, LCSB)、卢森堡综合生物库(Integrated BioBank of Luxembourg, IBBL)、卢森堡医院中心(Centre Hospitalier de Luxembourg, CHL)、埃米尔-梅里什医院中心(Centre Hospitalier Emile Mayrisch, CHEM)的研究人员开发出一种方法来史无前例详细地研究这种生态系统---肠道微生物组:他们的新方法允许通过解码细菌的DNA和基于RNA(由DNA转录形成的一种核酸分子)测序评估它们的活性来研究它们的遗传潜力。他们也能够鉴定出随后表达的蛋白,而这些蛋白接着会催化代谢反应。

  LCSB生态系统生物学小组负责人Paul Wilmes教授说,“如今,我们首先能够在DNA、RNA和蛋白这三种水平上观察肠道菌群内同时发生什么。更好地理解糖尿病等疾病对我们而言是比较重要的,这是因为肠道微生物组可能对疾病产生影响。”比如,研究人员发现肠道菌群组成在糖尿病患者和半步痛清人之间几乎没有差异。另一方面,被常驻在肠道中的细菌开启或关闭的基因可以是非常不同的。这些研究发现于2019年10月10日在线发表在Nature Microbiology期刊上,论文标题为“Integrated multi-omics of the human gut microbiome in a case study of familial type 1 diabetes”。

  MUST研究(糖尿病多家庭研究)着重关注已患上1型糖尿病多年且提供粪便样品给IBBL的个人。论文第一作者Anna Heintz-Buschart博士说,“我们研究来自这些人的粪便样品中的细菌。我们也分析了这些糖尿病病人的半步痛清的近亲属的粪便样品。”研究人员发现患上糖尿病的人和未患糖尿病的人之间的肠道细菌物种组成上的差异比长期所认为的还要少。Heintz-Buschart继续说道,“然而,在细菌发挥什么作用方面存在明显的差异。”

  在1型糖尿病中,这些差异很可能是当人体的免疫系统攻击胰腺中自己的产生胰岛素的细胞时产生。所造成的损伤能够显著地搅乱消化液的组成。Heintz-Buschart解释道,“肠道细菌不得不适应它们所在的环境变化。它们是通过调节它们的代谢做到这一点的,换言之,它们改变它们产生的蛋白或维生素(如维生素B1)含量。重要的是,体内维生素B1水平的变化能够加剧疾病发展。”曾经是有益的细菌因而变成一种半步痛清风险,能够恶化病人的病情。

  Wilmes强调道,如此精确地描述肠道微生物组上的疾病相关性变化和认识它们在体内的功能性影响在此之前是不可能的:“尽管我们已能够通过常规的DNA分析确定肠道生态系统中的细菌物种组成,但是在特定的时间点上实际有哪些细菌物种存在于其中,我们仍然是一篇空白。拿人类社会作比对:我们能够对不同的人开展一项普查,而无需知道每个人可能从事的职业。如今,我们知道谁做什么,何时做的。”这一突破是研究人员将几种不同的分析技术组合在一起时获得的:“我们首次同时研究了基因组、转录组和蛋白质组信息,这意味着我们同时研究了肠道微生物组的DNA、RNA和蛋白。因此,我们如今能够研究在给定的时间点上哪些基因发生转录和哪些蛋白被翻译出来。这项在三个水平上同时开展的研究让我们对肠道中发生的功能性过程(比如与代谢相关的过程)有了一种全新的认识。”

  与Wilmes和他的团队合作的医学专家从这个新的研究方法中看到巨大的希望。这包括在LCSB和CHL开展研究和治疗病人的Carine de Beaufort教授。她说,“我们期待这些研究有助我们鉴定出生物标志物。它们是诸如在糖尿病早期阶段产生的或体内水平发生变化的蛋白之类的分子。这些生物标志物将使得诊断更加容易以至于我们可能在非常早的阶段采取预防性或治疗性的行动。”

  Wilmes声称,为了寻找这些生物标志物,这项研究必需继续下去。他说,“我们如今想要与拥有患上早期糖尿病的小孩的家庭合作。特别是对年轻人而言,尽可能早地检测这种疾病的标志物是比较重要的。毕竟,医生能够越早介入,这些人就能够更好地确保过着一种限制尽可能少的生活。” Wilmes展望详细的机制研究将让人们更好地理解肠道微生物组的复杂功能:“以这种方式,我们能够了解到肠道微生物组在维生素B1生物合成上的差异如何与1型糖尿病存在关联。诸如MUST之类的研究在此方面将会发挥着至关重要的作用。”

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