菌群如何“落户”肠道？最新研究发现关键定植因子

【导语】肠道菌群研究新突破：揭秘微生物定植关键基因肠道菌群失调可能引发多种健康问题，而益生菌补充已成为日常保健的重要手段。然而，微生物在肠道中的定植机制一直是个谜。近日，《细胞》期刊发表论文，美国哥伦比亚大学和洛克菲勒大学的研究人员通过大规模比较基因组学，揭示了与肠道定植相关的基因模块。他们发现，大肠杆菌中的TrhP和YigZ蛋白是其在肠道成功定植的关键因子。这些发现不仅有助于理解胃肠道菌群失调相关疾病，还为开发精准疗法及“肠道菌群编程”提供了新思路。未来，研究人员将继续探索微生物定植的遗传基础，以期为人类健康和环境可持续性带来更多福祉。

肠道菌群失调可能导致腹泻、腹胀、便秘、口臭、皮肤过敏等疾病。补充益生菌已成为人们日常保健方法之一。但为什么有些菌群可以定植（定殖）在肠道中，有些却不行？

近日，国际学术期刊《细胞》（Cell）在线发表论文，来自美国哥伦比亚大学(xué)和(hé)洛(luò)克(kè)菲(fēi)勒(lēi)大学的研究人员提供了一种新的计算框架，通过大规模比较基因组学，揭示了微生物与肠道定植相关的基因模块。

研究人员发现，大肠杆菌蛋白TrhP和YigZ是其在肠道定植的必需关键因子。如果过表达yigZ基因，可使大肠杆菌MG1655在肠道定植能力增强100倍以上。

这些最新发现对理解胃肠道 (GI) 菌群失调相关疾病以及开发精准的治疗方法，甚至“肠道菌群编程”都至关重要。

该论文称，微生物栖息在各种各样的环境中。但其适应多样化环境的能力的分子机制在很大程度上仍未得到探索。当我们渴望设计微生物和相应的生态系统，以造福人类健康和环境可持续性时，人们需要一种方法来系统而快速地确定微生物在整个生物圈中生态位定植的遗传基础。

在最新发表的论文中，研究人员提供了一种新的框架，通过计算识别与特定环境（或栖息地、生态位）定植相关的微生物基因，利用互信息(MI)来识别基因组中对微生物定植高度有用的蛋白质，并评估相关因子对微生物定植能力的影响。

实验和生态证据表明，细微的基因变异可以显著影响微生物在肠道中的定植能力。

驯化的“野生型 ”大肠杆菌菌株K12 MG1655 已在实验室中培养和传代近一个世纪，它在小鼠和人类中表现出较差的定植性。但是在前述最新发表的研究中，yigZ mp13基因拷贝数的适度增加约5倍即可显著增强大肠杆菌的早期肠道定植。

此外，研究人员表示，成功“落户”肠道可能需要微生物进化出独特的机制来优化“落户”过程的各个阶段——播种、扩张、竞争和长期持续。但目前的“基因型-栖息地”关联方法缺乏这样的分辨率(lǜ)。事(shì)实(shí)上(shàng)，实(shí)验(yàn)显(xiǎn)示(shì)，八(bā)只(zhǐ)小(xiǎo)鼠(shǔ)中(zhōng)，仅(jǐn)有一只小鼠的肠道中在74天后仍存在过表达yigZ基因的大肠杆菌。这意味着该大肠杆菌菌株可能缺少长期定植小鼠肠道所需的其他辅助因子。这一发现为未来的研究指明了方向。