Cell：利用基因剪刀操縱腸道微生物組的基因活性

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腸道中寄生著數以億計的微生物，被統稱為腸道微生物組（gut microbiome）。人體腸道內的微生物中，超過99%都是細菌，這些細菌大體上可分為擬桿菌（Bacteroides）、普氏菌（Prevotella）和瘤胃球菌（Ruminococci）。腸道微生物組具有的基因數量比人基因組多100倍。

腸道微生物組對健康是至關重要的。腸道微生物組的複雜性阻礙了人們研究它可能在多種疾病（包括傳染病，自身免疫疾病，肥胖，甚至行為障礙）中發揮的作用。

如今，在一項新的研究中，來自美國耶魯大學醫學院的研究人員開發出新的方法來調節活的小鼠腸道內大量腸道細菌中的基因活性。這是理解腸道微生物組在健康和疾病中發揮的影響的一個關鍵的步驟。相關研究結果發表在2017年4月20日的Cell期刊上，論文標題為「Engineered Regulatory Systems Modulate Gene Expression of Human Commensals in the Gut」。

論文通信作者、耶魯大學醫學院微生物致病學系副教授Andrew Goodman說，「我們和其他人一直對用來研究腸道微生物組的工具比較粗陋感到沮喪，這種感覺就好像是戴著拳擊手套開展外科手術。我們希望這些新的方法是利用基因剪刀（genetic scalpel，即下文中的二聚體開關）替換拳擊手套。」

論文第一作者Bentley Lim與Goodman實驗室的Michael Zimmermann和Natasha Barry一起設計出一種「二聚體開關」來控制擬桿菌中的基因表達。擬桿菌是在人腸道中發現的一類最為常見的細菌。作為對在小鼠體內或它們的飲食中未發現的一種人工化學物作出的反應，這種開關能夠增加、降低或關閉基因表達。通過簡單地加入這種化學物到小鼠的飲用水中，或者移除飲用水中的這種化學物，他們能夠精準地實時追蹤改變活的小鼠的腸道微生物組中的基因活性的影響。

腸道細菌在尋找食物時會將腸道壁上的糖脫落下來。這些研究人員利用這些工具理解病原菌如何吃這些脫落下來的糖。通過控制這種行為的時間和強度，他們能夠測量這些吃剩的食物在多長時間可供病原菌獲得。他們說，這些發現有助解釋抗生素如何違反直覺地為病原菌增加這些佳肴的數量，並且可能有朝一日有助人們開發出更加有效的傳染病療法。

Lim說，「我們如今能夠研究不同狀態下的細菌菌群，並且精確查明參與多種功能的特定基因和通路。如果我們想要發現介入這些過程的方法，那麼我們必須首先在這個水平上理解它們。」

原始出處：Bentley Lim, Michael Zimmermann, Natasha A. Barry et al. Engineered Regulatory Systems Modulate Gene Expression of Human Commensals in the Gut. Cell, 20 April 2017, 169(3):547–558, doi:10.1016/j.cell.2017.03.045

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