我们的基因型和表型并不是完全由我们自己的基因决定的 ， 而可能由其他生物的基因共同决定 。
撰文 | 顾舒晨（浙江大学生命科学研究院青年研究员）
没有人是一座孤岛 ， 从出生之日起你就与微生物群落密不可分 。 在我们体内共生着数以万亿计的微生物群落 ， 它们包括细菌、真菌和病毒 ， 寄生在我们的皮肤、生殖器、口腔和消化道等部位 。 实际上 ， 人体细胞并不是人体内数量最多的细胞 ， 共生微生物的数量远远超过人体细胞的数量 ， 重量达1.27公斤以上[1] ， 其中肠道微生物约占人体微生物总重的80% 。 它们是一个复杂的生态系统 ， 一个庞大的社会 ， 帮助人体塑造了消化系统、免疫系统、神经系统等身体部位 ， 造福人类 。 但共生的微生物仍然可以自成一体 ， 为了拓展自己的利益 ， 在生存和演化的战场上彼此合作和竞争 。 它们可以是我们的合作伙伴 ， 但不一定总是我们的朋友 。 即使在最和谐的共生关系中 ， 也会有冲突、自私和背叛 。
图1. 我们所处在的微生物宇宙 。 | 图片来源：Nature
在共生菌最多的肠道中 ， 微生物能够轻易地在益生与致病之间切换角色 。 现在已有许多疾病被认为是受到肠道微生物群的影响 ， 例如癌症、自身免疫性疾病、多发性硬化症和自闭症谱系障碍等 。 此外有些肠道微生物还会影响一些药物的作用[2] 。 不管是在细胞数量上 ， 还是拥有的编码蛋白质的基因数量上 ， 寄生在人体的微生物群落都超过人体本身 。 现在 ， 科学家们正在思考：掌控人体的 ， 除了我们自己 ， 是否还有共生微生物？近日 ， Nature刊登的两篇最新研究揭开了肠道微生物控制人体的部分秘密 。
2020年2月26日在Nature上线的文章Global chemical effects of the microbiome include new bile-acid conjugations中 ， 加州大学圣地亚哥分校的Pieter Dorrestein博士和Robert Quinn博士的研究团队创建了有史以来第一张小鼠全器官的分子化合物图谱 ， 以及它们被微生物修饰的方式 。 令人惊讶的是 ， 他们发现微生物控制着小鼠体内胆汁酸的多种新型氨基酸修饰结构 ， 这些新型结构也存在于人体中[3] 。
【那些影响我们基因的微生物】研究人员对小鼠的29个不同器官的96个部位上768个样品进行了分析 ， 它们分别来自4只无菌小鼠和4只具有正常微生物（SPF）的小鼠 。 利用质谱信息学的方法 ， 研究人员标记出每只小鼠器官中的非活性分子 ， 并将得到的数据与GNPS数据库（由Dorrestein和合作者开发的质谱库）中的参考结构进行比较 。 最终 ， 研究人员在有微生物和没有微生物的小鼠体内分别获得了分子图谱 。 对比图谱后发现 ， 多达70％的小鼠肠道化学成分是由其肠道微生物组决定的 。 即使在远端器官 ， 例如子宫或大脑中 ， 带有肠道微生物的小鼠中也约有20％的分子与无菌小鼠不同(图2) 。
图2. meta-mass-shift化学分析结果显示在无菌或SPF小鼠中消化道不同区段已知质量差异的光谱计数
研究人员更进一步从图谱的区别中发现了一个特定的分子家族 ， 在有微生物和没有微生物的小鼠之间存在显著差异 ， 那就是胆汁酸 。 胆汁酸主要是由小鼠或人的肝脏产生的 ， 帮助油脂的消化 ， 同时可以作为信号分子在全身传递信息 。 研究小组在具有正常微生物群的小鼠中发现了以前未知的胆汁酸修饰结构 ， 但在无菌小鼠中却没有 。 通常宿主肝酶会在胆汁酸中添加氨基酸 ， 特别是甘氨酸和牛磺酸 。 但是 ， 在微生物群落正常的小鼠中 ， 研究小组发现了其他氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸和亮氨酸）标记的胆汁酸 ， 在无菌小鼠中却没有 ， 这提示微生物决定了胆汁酸的新型氨基酸修饰 。 这为微生物对人类健康的影响提供了更多可能 。
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