室友的基因可能影响你的肠道细菌

研究人员对4000多只大鼠进行研究后发现，肠道菌群的构成不仅受个体自身基因影响，还受共同生活动物的基因影响。这一发现揭示了遗传学与社交互动之间的新联系。某些肠道共生微生物可通过密切接触在个体间传播，基因虽不会移动，但微生物可以。研究表明，一些基因会促进特定肠道细菌的生长，而这些细菌可通过社交传播。

肠道菌群由数万亿生活在消化道中的微生物组成，它们在消化和整体健康中发挥重要作用。已知饮食和药物会显著影响这些微生物群落，但了解基因如何发挥作用则困难得多。在人类中，研究人员仅可靠地将两个基因与肠道细菌联系起来：乳糖酶基因决定成年人能否消化牛奶，并影响消化牛奶的微生物；ABO血型基因也会影响肠道细菌，但其确切机制尚不清楚。科学家认为可能存在更多基因-微生物关联，但由于日常生活中遗传和环境因素相互重叠，难以证明。基因会影响饮食和生活方式选择，进而影响肠道菌群；同时，家人和朋友往往共享食物、生活空间和微生物，这使得很难区分先天与后天因素。

为克服这些挑战，巴塞罗那基因组调控中心和加州大学圣地亚哥分校的研究人员选用了大鼠。大鼠拥有许多哺乳动物生物学的关键特征，且可在严格控制的条件下饲养，包括相同的饮食。研究中的每只大鼠基因独特，分属四个独立群组。这些群组被安置在美国不同的设施中，遵循不同的护理流程，使研究人员能够测试遗传效应在不同环境中是否一致。通过将所有4000只大鼠的基因数据与菌群图谱相结合，研究团队确定了三个在所有四个群组中持续影响肠道细菌的基因区域。

最强的关联涉及St6galnac1基因，该基因会将糖分子添加到肠道黏液层中，与Paraprevotella菌的较高水平相关，这种细菌被认为以这些糖分为食，且这种关联在每个群组中都存在。第二个基因区域包含几个黏蛋白基因，它们有助于形成肠道的保护性黏液层，与厚壁菌门（Firmicutes）细菌相关。第三个区域包含Pip基因，该基因产生抗菌分子，与鼠杆菌科（Muribaculaceae）细菌相关，这类细菌在啮齿动物中常见，在人类中也存在。

这项研究的大规模使研究人员首次能够估计大鼠肠道菌群受自身基因与共同生活大鼠基因影响的程度。这种被称为间接遗传效应的概念，常见例子是母亲的基因通过其提供的环境影响后代的生长或免疫系统。在本研究中，受控的生活条件使在新情境下研究间接遗传效应成为可能。研究人员开发了一种计算模型，以区分大鼠自身基因对其肠道微生物的影响与社交伙伴基因的影响。他们发现，某些鼠杆菌科细菌的丰度同时受到直接和间接遗传影响，这表明某些遗传效应可通过微生物交换在社交中传播。当将这些社交效应纳入统计模型时，三个新发现的基因-微生物关联的总体遗传影响增加了4至8倍。研究人员提醒，这可能仍低估了遗传影响的真实程度。

鲍德博士说：“我们可能只揭开了冰山一角。这些是信号最强的细菌，但一旦我们有了更好的菌群分析方法，更多微生物可能会受到影响。”研究结果描述了一种机制，即个体的遗传效应可通过肠道微生物在社交群体中传播，在不改变他人DNA的情况下改变其生物学特性。

如果人类中存在类似过程，且鉴于越来越多的证据表明肠道菌群在健康中起重要作用，那么在大规模人群研究中，基因对人类健康的影响可能被低估。基因不仅可能影响个体的疾病风险，还可能影响周围人的疾病风险。

鲍德博士表示，菌群与免疫功能、新陈代谢和行为有关。然而，许多已报道的关联不一定反映因果关系，其生物学机制往往不明确。在受控环境中使用动物模型进行的遗传研究有助于超越相关性，测试基因和肠道微生物如何在健康中相互作用的可验证解释。研究人员指出，大鼠的St6galnac1基因在功能上与人类的ST6GAL1基因相关，后者在先前的研究中也与Paraprevotella菌有关联。这表明，动物用糖分包裹肠道黏液的方式可能有助于决定哪些微生物在消化系统中繁殖，这可能是跨物种共有的机制。

研究团队还探讨了这种机制如何影响新冠等传染病。其他研究已将ST6GAL1与新冠突破性感染（接种疫苗后仍感染）相关联。Paraprevotella菌也已被证明会触发病毒用于进入宿主细胞的消化酶的分解。基于此，研究人员推测，ST6GAL1的基因变异可能影响Paraprevotella菌的水平，进而影响对病毒感染的易感性。他们还提出可能与IgA肾病（一种自身免疫性肾病）有关联：Paraprevotella菌可能改变IgA（一种通常保护肠道的抗体），当IgA发生改变时，可能泄漏到血液中并形成损害肾脏的团块，这是IgA肾病的典型特征。

接下来，研究人员计划深入研究St6galnac1如何影响大鼠体内的Paraprevotella菌，以及这种关系在肠道和全身引发的连锁反应。鲍德博士总结道：“我现在对这种细菌很着迷。我们的结果得到了四个独立设施数据的支持，这意味着我们可以在任何新环境中进行后续研究。与大多数宿主-微生物组关联相比，它们的关联性非常强，这是一个独特的机会。”