【吃出科学】微生物的海苔基因大餐 (转贴自 http://case.ntu.edu.tw/blog/?p=2909 ) ■ 法国科学家发现，日本人的肠道里藏着一群基因不太一样的微生物——大概是被海苔 养出来的。 编译 ∣ 周炳辰 　　您或许知道，居住於肠道的微生物可以帮助我们消化食物──但不同文化的饮食差异 也决定了肠道微生物可以消化的食物类别。 　　想像一下：在国外用餐时，侍者送来一道食物，由於过於特殊，无法以任何已知的餐 具食用。这时候有位在地人看到这个情况，很体贴地递上一支设计精巧的餐具，让您可以 愉快地用餐（如果需要更实际的例子，就想像榴槤和大砍刀吧）。肠道微生物和人类宿主 其实就是这样的关系。 　　　肠道里居住各式各样的微生物，牠们数量惊人，大多是长期住户，而我们的饮食在 如此复杂的生态中扮演极其重要的角色，牠们由我们吃的食物获取养分，我们也利用牠们 消化食物。许多植物多醣体是人类酵素无法处理的，於是它们通过肠道，由肠道微生物帮 忙处理。法国罗斯科夫（Roscoff）的生物学家希曼（Jan-Hendrik Hehemann）发现一个 有趣的例子：人类肠道微生物由海洋微生物取得一段基因，让牠们可以吸收海草难以消化 的部分。 水平基因转移 　　由於肠道里居住的微生物有数百种，可以想见竞争非常激烈；和「获取碳源」相关的 基因，例如醣苷水解酶的基因，无论对肠道微生物整体或个体而言都很重要。肠道微生物 如果想在竞争下生存下来，最直接的策略之一就是习惯宿主的食物，想办法利用宿主食用 的多醣体类型。细菌可以透过水平基因转移（lateral gene transfer）演化，由其它生 物获取有用的遗传讯息。如果获得的遗传讯息有助益於生存，那麽拥有该基因的细菌就会 变多，例如获得抗生素耐受性基因的细菌在有抗生素的环境下更容易存活，久而久之就会 变成优势菌。研究肠道微生物的科学家对於肠道生态的基因转移很感兴趣——基因如何转 移？如何帮助微生物获得生存上的优势？而又受到什麽环境因素影响？ 「寿司基因 」 　　希曼的研究团队在研究海洋中的拟杆菌 Zobellia galactanivorans 时发现一种新的 醣苷水解酶，专门切断紫菜聚醣（porphyran）。他们透过蛋白质的晶体结构研究这种醣 苷水解酶与碳水化合物受质接合的部分，并针对这个部分搜索所有公开的基因序列资料库 。他们的发现令人惊讶：除了某些海洋细菌之外，人类肠道杆菌 Bacteroides plebeius 和人类粪便的环境基因体（metagenome）也有这种醣苷水解酶的特异性序列。由於没有其 它肠道杆菌拥有类似的基因，可以推测 Bacteroides plebeius 很可能透过水平基因转移 ，由海洋细菌获得这个基因。然而，为什麽生长於人类肠道的细菌需要获得消化藻类多醣 体的基因？ 　　希曼的研究团队这时候发现，先前透过资料库找到的六株 Bacteroides plebeius 宿 主都是日本人；而当他们比较人类粪便的环境基因体，发现这种醣苷水解酶的特异性序列 主要存於日本人的肠道微生物，相较之下，美国人的肠道微生物罕有这种醣苷水解酶的特 异性序列。或许日本人在寿司等各种食物长期食用紫菜，让日本人的肠道微生物有机会接 触可以处理紫菜聚醣的海洋微生物，长久下来，造成日本人肠道微生物基因体和其它国家 不同。 　　希曼的研究除了彰显序列资料库的重要性和研究方法，更显现环境影响微生物相的可 能性。他们的研究带来许多有趣的议题。人类演化迄今，环境、饮食、生活习惯均有巨大 的变动，由狩猎生活至农耕生活至都市高度加工的速食文化，我们的肠道微生物也不断演 化。人类比起过去更容易旅行了，更容易接触到新的食物、新的烹饪方法，肠道微生物是 否能够迅速地习惯新的饮食？而又如何演化？或许下次大啖异国风情大餐时，可以想像一 下：您正在吃进一大堆新面孔的微生物朋友，而原本就住在你肚子里的熟面孔也准备换一 套新餐具了！ 延伸阅读： Gut Bacteria Give Super Seaweed-Digestion Power to Japanese（Wired Science） http://www.wired.com/wiredscience/2010/04/sushi-guts/ Microbiology: Genetic pot luck（Nature） http://www.nature.com/nature/journal/v464/n7290/full/464837a.html --

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