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《Nature》腸道菌如何在微生物戰場中獲勝?美團隊解開「基因軍備競賽」機制

2019.11.01環球生技雜誌/記者 巫芝岳 編譯

《Nature》腸道菌如何在微生物戰場中獲勝?美團隊解開「基因軍備競賽」機制 (圖片來源:網路)

《Nature》腸道菌如何在微生物戰場中獲勝?美團隊解開「基因軍備競賽」機制 (圖片來源:網路)

近日,華盛頓大學微生物學團隊解開了人體腸道細菌所具有的一項有如「軍備競賽」的機制:不同種細菌間,會透過獲取對方「防禦基因」的方式,來裝備自己與其他細菌競爭時的防禦力。該研究可說明部分人體腸道微生物相的生成,以及為何我們難以輕易改變腸道菌相;10月30日被發表於頂尖期刊《Nature》中。

當細菌生長環境過於擁擠時,他們會分泌特定的有毒蛋白質,來傷害周遭細菌,以確保自己生存的空間;而同種細菌間,也會因為帶有可以抵抗該毒素的防禦基因,而能保護自己免於被傷害。

然而本次Joseph D. Mougous領導的團隊針對人體腸道中的「脆弱擬桿菌」(Bacteroides fragilis)研究,卻發現不只是該細菌本身帶有能抵抗自身毒素的基因,同樣的基因竟也出現在其他菌種內。

研究人員進行基因定序後,發現這種能抵抗脆弱桿菌的基因,至少存在於其他四種腸道菌中。此外,該基因與其他免疫基因位在同一基因簇(gene cluster)中,他們認為,該處的其他免疫基因,也具有抵抗脆弱擬桿菌其他毒素的功能。

進一步實驗發現,若將具有這特定免疫基因簇的細菌,與其他細菌混合在一起,該基因簇會轉移到其他細菌中,讓他們也具有免疫力。

這項發現令科學家們感到訝異,因為過去曾認為,細菌所分泌的毒素和所帶有的免疫基因,與菌種間具有高度專一性,如同鎖和鑰匙間的關係。

但近年研究已發現,許多人類腸道中的擬桿菌,都已發展出龐大的防禦基因簇,足以用來抵抗競爭者分泌的各種毒素,且這些細菌們每遇到新的威脅時,似乎仍會不斷「索取」新的免疫基因來防禦。

而本次研究則解開了這項「後天細菌間防禦作用」(acquired interbacterial defense, AID)的機制,且證明該基因簇可保護細菌對抗來自同種或異種間,某種特定的毒素攻擊(T6SS-mediated antagonism)。

研究人員表示,這種基因交換乎是細菌間競爭時的一項關鍵「分子軍備競賽」;細菌透過這些「軍備」來維持其在腸道微生物戰場中的地位。

該結果可以解釋為何人類難以輕易改變腸道內微生物的組成,因此若科學家希望透過調整腸道菌相來治療疾病,那麼可能得將這項策略納入考量。

參考資料:https://www.genengnews.com/news/in-gut-microbiomes-war-of-all-against-all-many-acquire-foes-defense-genes/?utm_medium=newsletter&utm_source=GEN+Daily+News+Highlights&utm_content=01&utm_campaign=GEN+Daily+News+Highlights_20191031&oly_enc_id=8342C5864612F6S

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