【吃出科學】微生物的海苔基因大餐 (轉貼自 http://case.ntu.edu.tw/blog/?p=2909 ) ■ 法國科學家發現，日本人的腸道裡藏著一群基因不太一樣的微生物——大概是被海苔 養出來的。 編譯 ∣ 周炳辰 　　您或許知道，居住於腸道的微生物可以幫助我們消化食物──但不同文化的飲食差異 也決定了腸道微生物可以消化的食物類別。 　　想像一下：在國外用餐時，侍者送來一道食物，由於過於特殊，無法以任何已知的餐 具食用。這時候有位在地人看到這個情況，很體貼地遞上一支設計精巧的餐具，讓您可以 愉快地用餐（如果需要更實際的例子，就想像榴槤和大砍刀吧）。腸道微生物和人類宿主 其實就是這樣的關係。 　　　腸道裡居住各式各樣的微生物，牠們數量驚人，大多是長期住戶，而我們的飲食在 如此複雜的生態中扮演極其重要的角色，牠們由我們吃的食物獲取養分，我們也利用牠們 消化食物。許多植物多醣體是人類酵素無法處理的，於是它們通過腸道，由腸道微生物幫 忙處理。法國羅斯科夫（Roscoff）的生物學家希曼（Jan-Hendrik Hehemann）發現一個 有趣的例子：人類腸道微生物由海洋微生物取得一段基因，讓牠們可以吸收海草難以消化 的部分。 水平基因轉移 　　由於腸道裡居住的微生物有數百種，可以想見競爭非常激烈；和「獲取碳源」相關的 基因，例如醣苷水解酶的基因，無論對腸道微生物整體或個體而言都很重要。腸道微生物 如果想在競爭下生存下來，最直接的策略之一就是習慣宿主的食物，想辦法利用宿主食用 的多醣體類型。細菌可以透過水平基因轉移（lateral gene transfer）演化，由其它生 物獲取有用的遺傳訊息。如果獲得的遺傳訊息有助益於生存，那麼擁有該基因的細菌就會 變多，例如獲得抗生素耐受性基因的細菌在有抗生素的環境下更容易存活，久而久之就會 變成優勢菌。研究腸道微生物的科學家對於腸道生態的基因轉移很感興趣——基因如何轉 移？如何幫助微生物獲得生存上的優勢？而又受到什麼環境因素影響？ 「壽司基因 」 　　希曼的研究團隊在研究海洋中的擬桿菌 Zobellia galactanivorans 時發現一種新的 醣苷水解酶，專門切斷紫菜聚醣（porphyran）。他們透過蛋白質的晶體結構研究這種醣 苷水解酶與碳水化合物受質接合的部分，並針對這個部分搜索所有公開的基因序列資料庫 。他們的發現令人驚訝：除了某些海洋細菌之外，人類腸道桿菌 Bacteroides plebeius 和人類糞便的環境基因體（metagenome）也有這種醣苷水解酶的特異性序列。由於沒有其 它腸道桿菌擁有類似的基因，可以推測 Bacteroides plebeius 很可能透過水平基因轉移 ，由海洋細菌獲得這個基因。然而，為什麼生長於人類腸道的細菌需要獲得消化藻類多醣 體的基因？ 　　希曼的研究團隊這時候發現，先前透過資料庫找到的六株 Bacteroides plebeius 宿 主都是日本人；而當他們比較人類糞便的環境基因體，發現這種醣苷水解酶的特異性序列 主要存於日本人的腸道微生物，相較之下，美國人的腸道微生物罕有這種醣苷水解酶的特 異性序列。或許日本人在壽司等各種食物長期食用紫菜，讓日本人的腸道微生物有機會接 觸可以處理紫菜聚醣的海洋微生物，長久下來，造成日本人腸道微生物基因體和其它國家 不同。 　　希曼的研究除了彰顯序列資料庫的重要性和研究方法，更顯現環境影響微生物相的可 能性。他們的研究帶來許多有趣的議題。人類演化迄今，環境、飲食、生活習慣均有巨大 的變動，由狩獵生活至農耕生活至都市高度加工的速食文化，我們的腸道微生物也不斷演 化。人類比起過去更容易旅行了，更容易接觸到新的食物、新的烹飪方法，腸道微生物是 否能夠迅速地習慣新的飲食？而又如何演化？或許下次大啖異國風情大餐時，可以想像一 下：您正在吃進一大堆新面孔的微生物朋友，而原本就住在你肚子裡的熟面孔也準備換一 套新餐具了！ 延伸閱讀： 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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