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对于肠道微生物,饮食和进化关系谁更重要?

发布时间:2018-09-14 179 次浏览

博科园-科学科普:研究人员收集了圈养环境下每个物种饮食营养成分的数据。然后利用基因测序技术,根据每个物种的代表粪便样本,确定肠道菌群的细菌组成。研究人员还对粪便样本进行了核磁共振波谱分析,以确定肠道中产生了哪些化学物质。通过分析现有的细菌和产生的化学物质,研究人员可以确定肠道微生物如何利用每只狐猴的饮食。为了把这个工作放在背景中,重要的是要知道有褶边狐猴和环尾狐猴在身体上有非常不同的内脏。有褶边的狐猴有非常简单的内脏——它们基本上是一条直线。环状尾巴的内脏很像人的肠子——有很多曲折。但这两个物种在圈养条件下都有相同的食物,研究人员发现他们的肠道微生物也几乎相同。

已经知道,所有拥有相似肠道系统的人类,如果吃不同的食物,可能会有非常不同的肠道微生物群落。但这项研究告诉我们,如果灵长类动物的肠道系统非常不同,如果它们食用相同的食物,它们的肠道微生物群落也会非常相似,这突出了饮食在塑造这些微生物生态系统中的重要性。此外,研究人员还发现,带着高糖饮食的环状狐猴,与患有炎症性肠病(IBD)的人类一样,也有五种丰富的代谢途径。换句话说,患有IBD的狐猴和人类拥有大量的微生物机器,它们可以共同执行五种特定的功能。在人类身上,人们认为这些代谢途径可能导致肠道健康问题,但是狐猴的这些代谢途径似乎并没有损害它们的健康。

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这提出了一些关于这些代谢途径在人类中的作用的有趣问题,但没有回答。例如,相关微生物真的有害吗?或者这是一个与IBD相关的案例,但没有因果关系。肠道微生物为宿主提供许多服务,包括消化食物。研究人员很早就知道,哺乳动物有专门的饮食,如食肉动物和食蚁兽,有特殊类型的肠道微生物允许它们吃这种食物。灵长类也是如此吗?美国西北大学(Northwestern University)的一项最新研究发现,以树叶为食的灵长类动物体内是否存在类似的肠道微生物,可以帮助它们分解富含纤维和毒素的多叶食物。西北大学温伯格艺术与科学学院的人类学助理教授Katherine Amato说:微生物群落领域的一个共同主题是寄主饮食对肠道微生物群落有很大的影响。

无论是在寿命(寄主饮食每周的变化会改变肠道微生物群落)还是在进化过程(哺乳动物饮食相似,无论它们的进化历史如何,肠道微生物都相似)。因此,研究人员期望看到吃树叶的灵长类动物之间有许多相似之处,不管它们彼此之间的关系有多密切。相反,研究人员发现,在形成肠道菌群方面,饮食比宿主进化关系重要得多。数据表明,在整个进化过程中,灵长类动物的饮食对其肠道菌群的影响并不大,灵长类动物之间的进化关系对于预测微生物群落的组成和功能更为重要。这项研究是对肠道菌群的首次跨物种比较,该菌群专门使用野生动物的样本。得出结论,尽管肠道微生物在支持宿主的饮食特性方面发挥着关键作用,但它们的影响是通过宿主生理学调节。吃树叶的灵长类动物的肠道微生物特征非常少。与此相反,新世界猴子的肠道微生物特性是最相似,无论它们的饮食如何。


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东半球的猴子、狐猴和猿也是如此。这些模式似乎是宿主生理特性的结果,比如胃肠道是如何构建。对肠道微生物群的跨哺乳动物的研究已经进行过,但在饮食相似的物种中,它们都有弱点,而且进化历史或生理也相似。许多研究还混合了圈养和野生动物,而圈养可以改变肠道微生物群。这项研究之所以能够解决这些问题,是因为吃树叶在灵长类动物中是独立进化了好几次的,而且在灵长类动物的各个部位都有不同的生理机能,还只使用了野生灵长类动物,与圈养灵长类动物相比,野生灵长类动物更有可能具有与它们进化时一样的肠道微生物群落。进一步的研究可能涉及到更多的灵长类物种,它们的饮食更加多样化,了解人类肠道菌群是如何适应这一更大的进化图景,以及它能告诉我们关于生理和健康的哪些信息。

文章来源于

博科园-科学科普| 参考期刊文献 :《Gut Microbes》,《ISME Journal》|研究/来自:北卡罗来纳州立大学,西北大学,DOI: 10.1080/19490976.2017.1408762,DOI: 10.1038/s41396-018-0175-0博科园-传递宇宙科学之美

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