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利用光遗传学控制肠道细菌代谢,竟可延长宿主寿命
时间:2020-12-21
已有研究表明,肠道微生物可以影响宿主生命的多个方面,包括衰老。鉴于人类肠道环境的复杂性和异质性,阐明特定微生物物种如何有助于长寿一直是一个挑战。

为了探索细菌产物对衰老过程的影响,来自美国贝勒医学院和莱斯大学的研究人员在一项新的研究中开发出一种利用光遗传学(optogenetics)直接控制生活在秀丽隐杆线虫肠道中的细菌的基因表达和代谢产物产生的方法。相关研究结果于2020年12月16日发表在eLife期刊上,论文标题为“Optogenetic control of gut bacterial metabolism to promote longevity”。
利用光遗传学调节秀丽隐杆线虫肠道细菌的基因表达,图片来自eLife, 2020, doi:10.7554/eLife.56849。

这些研究人员发现,绿光诱导驻留在肠道中的大肠杆菌产生的荚膜异多糖酸(colanic acid)可以保护肠道细胞免受应激诱导的细胞损伤,并延长这种线虫的寿命。他们表示,这种方法可以应用于研究其他细菌,并提出它也可能在未来提供一种新的方法来微调宿主肠道中的细菌代谢以提供健康益处,同时让副作用最小化。

论文共同通讯作者、贝勒医学院分子与人类遗传学教授Meng Wang博士说,“我们使用了光遗传学,这种方法将光和经过基因改造的光敏感蛋白结合在一起,以有针对性的方式调节活细胞或生物体中的分子事件。”

在这项新的研究中,这些研究人员对大肠杆菌进行了基因改造,使之在绿光下产生促进寿命的化合物荚膜异多糖酸,并在红光下关闭它的产生。他们发现,将绿光照射在携带经过基因改造后的大肠杆菌的透明线虫上,可以诱导大肠杆菌产生荚膜异多糖酸,从而保护线虫的肠道细胞免受应激引起的线粒体断裂的影响。线粒体已被越来越多的人认为是衰老过程中的重要角色。

Wang说,“当暴露在绿光下时,携带这种大肠杆菌菌株的线虫也更长寿。光线越强,寿命越长。光遗传学提供了一种直接的方法,以时间、数量和空间控制的方式操纵肠道细菌代谢,并增强宿主的健康。”

论文共同通讯作者、莱斯大学生物工程与生物科学副教授Jeffrey Tabor博士说,“例如,这项研究表明,我们可以对肠道细菌进行基因改造,使之分泌更多的荚膜异多糖酸,以对抗与年龄相关的健康问题。人们还可以利用这种光遗传学方法来揭示微生物代谢驱动宿主生理变化并影响健康和疾病的其他机制。”
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