神奇而強大的遺傳：小鼠繁殖10代後，仍有同一種腸菌群

身為實驗室的小白鼠，就沒有安寧的一天。

最近一項關於小白鼠的研究表明，哺乳動物腸道里的菌群，既不是與鄰近個體交換的結果，也不受環境影響，而是母親遺傳給後代的。這項研究同時還發現了一些有趣的個例，幫助我們更好地理解人的病原體如何演化至今。

與生俱來的微生物

相較而言，我們體內和體表的細菌數量比人體細胞多出好幾倍。在消化道中，菌群構成的「看不見的」生態系統，不僅對於消化至關重要，同時也影響著荷爾蒙水平，參與調控生理機能，在免疫系統、內分泌系統中扮演著舉足輕重的作用。這些細菌肯定都有其來源，要麼通過子宮或分娩過程中的「垂直傳播」承襲自母體，要麼受環境影響或外界接觸而來。

對科研而言，有一點倒是不錯：其他動物的消化道也包含了完整的生態系統，而且白鼠的繁殖周期要比人類短得多，更容易在受到嚴密監控的實驗室環境中實現多代繁殖。加州大學伯克利分校生物學家安德魯·莫勒（Andrew Moeller）等人用三年的時間，在實驗室里培育了17支不同遺傳譜系的白鼠（每一個「遺傳譜系」都相當於沒有旁系的家譜）。其中一些是亞利桑那州白鼠的後代，還有一些祖上來自於加拿大艾伯塔省（Alberta）。

這些白鼠沒有與其他譜系的白鼠接觸過，也沒有同籠過，不過莫勒和同事們說，經由實驗室環境或研究人員的手，白鼠之間仍有很多機會傳播細菌。即便如此，經過三年研究、十代繁殖，莫勒等人依然能夠僅憑腸道微生物就分辨出亞利桑那州白鼠與艾伯特白鼠的後代。

有趣的例外

當然也不是毫無變化。

莫勒與同事對每一代白鼠都進行了腸內容物取樣，再對其遺傳物質進行排序。三年里，莫勒等人共取得212份半消化的白鼠食物樣本。他們把每個基因序列樣本與其他基因譜系的白鼠食物樣本相比對，計算出同時存在於兩種樣本里的細菌脫氧核糖核酸的比重。莫勒們雖然能夠根據腸道微生物來分辨白鼠的基因族譜，但他們同時也發現，比起初生代，後代與其他沒有基因關係的白鼠在脫氧核糖核酸序列方面有更多的相似性。

一種解釋是所有白鼠的腸菌群都發生了適應性的變化。不論來自哪個譜系，相同的生存環境——實驗室條件，必然更加適宜某一特定菌種的生存。隨著時間推移，不同譜系的菌群逐步演化發展成類似的類型。這是一種可能。還可以這樣理解：或許至少某些腸道細菌是具有傳染性的。

以類屬為依據，莫勒他們將腸菌落樣本中的脫氧核糖核酸序列作了一番梳理，細緻地找出在不同譜系之間傳播的菌落群。他們發現，大多數菌種都是按照「母體-後代」這種方式沿著同一條譜系垂直傳播。擬桿菌、梭菌就屬於這類。還有少數菌種，會在不同譜系之間通過環境或研究人員之手相互傳播，其中最明顯的就是桿菌。

氧氣是重要因素

在白鼠譜系之間橫向傳播的菌種，放在人類身上一般都是致病菌。莫勒等人將這個結果與全美醫院的細菌感染案例和食物流行病學數據相對比，發現細菌會導致多少人受到感染、患病住院，與其在老鼠身上的傳播方式具有相關性。雖然我們不能由此下結論認為橫向傳播的腸道菌種必然有害，但至少可以說，這些菌種尋找新宿主的過程很有意思。

「人身上的細菌病原體主動適應了室內傳播環境，」莫勒等人在論文中寫道，作為病原體形式延續下來的細菌，既能存活於宿主體內，又能在適宜環境中離開宿主獨立存活，屬於「通才」。氧氣或許是這種極強的適應性背後的秘密所在。

莫勒等人注意到，專性厭氧菌（在無氧環境下才能存活的細菌）一般都是由母鼠遺傳給後代的，不會在實驗室條件下在不同譜系的白鼠之間相互傳播。而有氧細菌（也就是需要氧氣維持生命的細菌），更趨向於橫向傳播，很少有垂直傳播的情況。這表明，對氧氣的耐受性足以影響細菌在實驗室環境中的存活時間。越耐氧，存活時間越長，就越有可能找到新宿主。

這個結論同樣適用於包括人類在內的其他哺乳動物。也就是說，莫勒的白鼠或許在一定程度上讓我們得以了解人體內部的生態。

翻譯：李蕪

審校：李莉

編輯：漫倩

來源：arstechnica

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