挑食的微生物
作者: 朱寶利 李晶(中國(guó)科學(xué)院微生物研究所)
來(lái)源:《知識(shí)就是力量》雜志
在決定吃什么的時(shí)候,你選擇的理由是什么?是個(gè)人喜好,還是實(shí)惠的價(jià)格,抑或是是否有利于健康?你是否特別喜歡某種食物,或是完全不能接受另外某種食物呢?在選擇食物的時(shí)候,你是否想過腸道會(huì)參與你的決策?帶著這些問題,我們來(lái)聊聊腸道與食物選擇的關(guān)系。
我們的祖先在很早以前就已有“食藥同源”的說(shuō)法,通過選擇性食用食物而達(dá)到強(qiáng)身健體、治療保健的作用。到了現(xiàn)代,隨著物質(zhì)生活極大豐富,人們更加注重自身的保健,“養(yǎng)生”被經(jīng)常掛在嘴邊。根據(jù)食物與健康的關(guān)系,很多食物被貼上了“有益”或“有害”的標(biāo)簽。一般來(lái)說(shuō),食物對(duì)自身健康的好壞、對(duì)疾病的緩解或治療,主要是針對(duì)食物中的某些特殊成分對(duì)人體免疫系統(tǒng)、消化系統(tǒng)及內(nèi)分泌系統(tǒng)的作用而言的。
近幾年,隨著人類對(duì)腸道微生物的逐漸認(rèn)識(shí),仿佛打開了“潘多拉魔盒”,原來(lái)這群相伴我們一生的微生物群體與我們生老病死、喜怒哀樂、晝夜更替都有緊密的聯(lián)系。
腸道就像是一個(gè)“超級(jí)工廠”,微生物細(xì)胞就如同流水線上的工人,它們根據(jù)自身攜帶的功能基因,選取所需加工的原料,一刻不停地進(jìn)行合成和分解代謝,將各種食物大分子降解后分泌代謝產(chǎn)物,最終通過腸道黏膜、血液等途徑運(yùn)送到身體各個(gè)部分發(fā)揮作用。
可以想象一下,如此龐大而復(fù)雜的工廠中,某一個(gè)環(huán)節(jié)一旦出現(xiàn)問題,則一定會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生負(fù)面影響,從而患病。早在公元前300多年,現(xiàn)代醫(yī)學(xué)先驅(qū)希波克拉底就已預(yù)言“所有疾病都源于腸道”,且“死亡開始于腸道”。人類通過2000多年的實(shí)踐,也驗(yàn)證了希波拉底的預(yù)言,發(fā)現(xiàn)在健康狀態(tài)與疾病狀態(tài)下,腸道微生物結(jié)構(gòu)存在著顯著的變化。
吃出來(lái)的腸道Bug
隨著生活水平的提高,肥胖問題日漸凸顯。我們通常認(rèn)為這是吃出來(lái)的一種亞健康的身體狀態(tài)。經(jīng)過科學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn),肥胖人群的腸道微生物菌群結(jié)構(gòu)與健康人群存在顯著差異,腸道微生物處于失衡的狀態(tài)。對(duì)比發(fā)現(xiàn),肥胖人群的腸道菌在“門”水平上與健康人就已經(jīng)存在差異了。注意了,“門”可是細(xì)菌分類的最高級(jí)別;換句話說(shuō),從“根兒”上就有所不同了!就菌群的多樣性來(lái)說(shuō),肥胖人群的菌群多樣性顯著低于健康人群,這就意味著面對(duì)同樣的食物,肥胖者的消化代謝功能將會(huì)與健康人存在差異,可能某些重要的代謝途徑存在缺失或異常。
科學(xué)家將肥胖病人的糞便移植給無(wú)菌小鼠并飼喂高脂肪低纖維素飼料,小鼠出現(xiàn)了肥胖及胰島素抵抗的癥狀,說(shuō)明其代謝功能已發(fā)生改變。若將胖瘦不同的雙胞胎姐妹的糞便移植給無(wú)菌小鼠,即使給予高纖維低脂肪的“健康食品”,移植了胖姐姐糞便的小鼠仍比移植了瘦妹妹糞便的小鼠胖,說(shuō)明腸道微生物在代謝過程中發(fā)揮著重要的作用。
如果讓胖小鼠和瘦小鼠“同居”一段時(shí)間,胖小鼠居然變瘦了!分析其腸道微生物菌群結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),其菌群多樣性升高了。在對(duì)人群的研究中,科學(xué)家要求肥胖人群每日定量攝入牛油果,經(jīng)過為期12周的干預(yù),攝入組菌群多樣性增加,可發(fā)酵膳食纖維的糞桿菌屬、毛螺菌屬等細(xì)菌得到富集,糞便中脂肪酸濃度升高而膽汁酸濃度降低。這就意味著其腸道Bug得到了修復(fù),改善了身體狀況。
腸道細(xì)菌也挑食
在以上一系列實(shí)驗(yàn)中,腸道微生物菌群發(fā)生改變,一定存在著某些菌的豐富度升高而另一些菌的豐富度下降的現(xiàn)象。那么在修復(fù)腸道Bug的過程中,這些好的菌是如何勝出的呢?
早在研究“同居”小鼠的實(shí)驗(yàn)中,科學(xué)家就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)只有給小鼠飼喂低脂肪高纖維的飼料時(shí),胖小鼠腸道內(nèi)的某些擬桿菌(Bacteroides)增殖了,這就意味著這些擬桿菌可能偏愛吃纖維。
為了驗(yàn)證這個(gè)想法,科學(xué)家再次啟用胖瘦雙胞胎,將瘦妹妹糞便中分離出的20種細(xì)菌移植到無(wú)菌小鼠體內(nèi),其中包括4種有助于胖小鼠減肥的擬桿菌;然后又配制出含34種高膳食纖維的健康食品。在實(shí)驗(yàn)中先給小鼠喂高脂低纖維的不健康食品,讓定植的20種細(xì)菌的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,抑制喜歡膳食纖維的擬桿菌增殖。
然后再給它們喂配制的健康飼料,從腸道菌群的變化了解腸道微生物對(duì)食物的偏好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),就像人一樣,當(dāng)自己喜歡的食物較多時(shí),細(xì)菌就會(huì)猛吃而加速繁殖,其在腸道中的菌群豐富度也會(huì)相應(yīng)增加。
對(duì)于研究者特別關(guān)注的具有減肥功能的4株細(xì)菌,它們根據(jù)自身攜帶的功能基因不同,對(duì)不同的食物喜好度也存在差異。但是問題又來(lái)了,食物還是那么多,愛吃這種食物的細(xì)菌不斷增殖時(shí),面臨“狼多肉少”的局面,細(xì)菌該怎么辦?
科學(xué)家采用帶熒光的人工食物顆粒飼喂小鼠,監(jiān)測(cè)腸道菌的代謝能力時(shí)發(fā)現(xiàn),那些“能搶的”細(xì)菌還繼續(xù)吃最愛的食物,而“競(jìng)爭(zhēng)力稍差的”細(xì)菌只能退而求其次吃其他的食物,說(shuō)明細(xì)菌對(duì)食物的偏好是可以依據(jù)食物的多少而發(fā)生改變的。同時(shí)也說(shuō)明了,腸道微生物具有很強(qiáng)的可塑性,可以依據(jù)食物的改變而改變??梢哉f(shuō),腸道有Bug不用慌,還能治!
被細(xì)菌安排的飲食結(jié)構(gòu)
既然食物可以影響腸道微生物的菌群結(jié)構(gòu),也通過引發(fā)微生物競(jìng)爭(zhēng)而改變微生物對(duì)食物代謝的偏好性,那么反之,腸道微生物是否會(huì)影響宿主對(duì)食物的偏好性呢?
科學(xué)家以秀麗線蟲作為研究對(duì)象展開研究。首先發(fā)現(xiàn)某些細(xì)菌可以引發(fā)線蟲對(duì)于某些揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)(如異戊醇)表現(xiàn)出強(qiáng)烈喜愛,同樣對(duì)于某些化學(xué)物質(zhì)(如辛醇)表現(xiàn)出厭惡。當(dāng)特定菌株JUb39被定植于線蟲腸道后,線蟲食量不減的同時(shí)對(duì)于辛醇的厭惡程度大大降低。
通過對(duì)JUb39的基因組分析發(fā)現(xiàn),由于其基因組中存在編碼酪氨酸脫羧酶基因,可產(chǎn)生酪胺以彌補(bǔ)線蟲自身對(duì)酪胺合成的需求;細(xì)菌產(chǎn)生的酪胺又可被線蟲代謝為章魚胺后結(jié)合在特定的神經(jīng)細(xì)胞受體上,從而調(diào)節(jié)線蟲對(duì)辛醇的厭惡反應(yīng)。
在這項(xiàng)研究中,JUb39利用自身產(chǎn)生的酪胺繞過了宿主產(chǎn)生酪胺這一步,巧妙地利用了同源分子的功能,改變了宿主的喜好。并且線蟲的肚子里一旦有JUb39定植,線蟲就會(huì)開始“挑食”優(yōu)先選擇這種細(xì)菌為食。
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