• Wednesday June 26,2019

Bakteria usus dalam orang Jepun meminjam gen-digesting gen dari bakteria laut

Anonim

Orang Jepun mempunyai alat khas yang membolehkan mereka lebih banyak makan sushi daripada orang Amerika. Mereka mungkin dibangkitkan dengan alat-alat ini sejak kecil dan setiap orang menggunakan berjuta-juta. Buat masa ini, anda mungkin telah berusaha bahawa saya tidak bercakap mengenai penyepit.

Alat yang dimaksudkan adalah gen yang boleh memecahkan beberapa molekul karbohidrat kompleks dalam rumput laut, salah satu ramuan utama dalam sushi. Gen-gen ini dimanfaatkan oleh gerombolan bakteria yang bersembunyi di dalam keberanian setiap orang Jepun, tetapi bukan oleh usus Amerika. Dan yang paling menakjubkan, set alat makan genetik ini adalah pinjaman. Sesetengah bakteria usus telah meminjam gen-mencerna rumpai laut mereka dari mikroba lain yang tinggal di lautan pantai. Inilah kisah bagaimana gen ini berhijrah dari laut ke dalam perut rakyat Jepun.

Di dalam setiap usus kita, ada sekitar seratus trilion mikroba, yang sel-selnya lebih banyak daripada kita sendiri oleh sepuluh kepada satu. Mikrobiotik ini bertindak seperti organ tambahan, membantu kita mencerna molekul dalam makanan kita yang kita tidak dapat memecahkan diri kita sendiri. Ini termasuk molekul karbohidrat yang besar yang terdapat dalam tumbuh-tumbuhan yang kami makan. Tetapi alga laut - rumpai laut - mengandungi karbohidrat kaya dengan sulfur yang tidak terdapat di darat. Memecahkan ini adalah satu cabaran yang sukar untuk rakan kongsi kami dalam pencernaan. Gen dan enzim yang biasanya mereka gunakan tidak sampai kepada tugas.

Mujurlah, bakteria tidak hanya terhad kepada gen yang mereka warisi dari nenek moyang mereka. Individu boleh menukar gen semudah kita menjual wang atau hadiah kepada manusia. Ini 'pemindahan gen mendatar' bermaksud bakteria mempunyai seluruh kerajaan gen, masak untuk pinjaman. Apa yang perlu mereka lakukan ialah menyerahkan kepada penderma yang betul. Dan di lautan dunia, ada satu penderma seperti itu - bakteria seagoing yang dipanggil Zobellia galactanivorans .

Zobellia adalah pemakan rumput laut. Ia hidup, dan mencerna, beberapa spesies termasuk yang digunakan untuk membuat nori. Nori adalah bahan yang sangat lazim dalam masakan Jepun, yang digunakan untuk menghias hidangan dan membungkus sushi. Dan apabila pengunjung yang lapar menyumbat potongan ganggang ini, beberapa di antaranya juga menelan bakteria laut. Tiba-tiba, spesies eksotik ini menjadi teras di kalangan penduduk usus kita sendiri. Kerana rakan-rakan yang tidak mungkin bercampur, mereka menjual gen, termasuk yang membolehkan mereka memecahkan karbohidrat makanan laut mereka. Bakteria tiba-tiba mendapat keupayaan untuk mengeksploitasi sumber tambahan tenaga dan mereka yang mengekalkan pinjaman genetik mereka makmur.

Pelayaran genetik yang luar biasa ini dari laut ke darat telah dicatatkan oleh Jan-Hendrik Hehemann dari University of Victoria. Hehemann pada asalnya memburu gen yang dapat membantu bakteria mencerna karbohidrat unik rumpai laut, seperti porphyran. Dia tidak tahu di mana usaha ini akhirnya akan memimpin. Mirjam Czjzek, salah seorang pemimpin kajian, berkata, "Pautan ke bakteria usus manusia Jepun adalah satu hit yang sangat bertuah, oportunis yang kami jelas tidak tahu sebelum memulakan projek kami. Seperti biasa dalam sains, peluang adalah rakan kerjasama yang baik! "

Dari lautan ke perut

Hehemann bermula dengan Zobellia, yang mana genomnya telah diselaraskan baru-baru ini. Bakterium ini ternyata menjadi pemilik bangga tidak kurang daripada lima enzim pecah porphyran. Enzim-enzim ini adalah benar-benar baru kepada sains, mereka semua berkait rapat dan mereka dengan jelas berasal dari bakteria marin. Keupayaan mereka yang unik mendapat nama 'porphyranases' dan gen yang menyandarkannya dinamakan PorA, PorB, PorC dan sebagainya.

Mereka jelas tidak bersendirian. Menggunakan kuintetnya sebagai panduan, Hehemann mendapati enam lagi gen dengan kebolehan yang serupa. Lima daripada mereka berasal dari genom bakteria laut lain - yang tidak menghairankan. Tetapi sumber keenam adalah kejutan yang jauh lebih besar: bakteria manusia bakteria Bacteroides plebeius. Apa yang dilakukan oleh gen samudera dalam spesies yang tidak mungkin? Kajian terdahulu memberikan petunjuk besar-besaran. Sehingga itu, enam strain B.plebeius telah ditemui, dan kesemuanya berasal dari usus orang Jepun.

Nori, adalah sumber bakteria yang paling mungkin dengan gen porphyran-mencerna. Ini satu-satunya makanan yang dimakan manusia yang mengandungi apa-apa porphyrans dan sehingga baru-baru ini, koki Jepun tidak masak nori sebelum memakannya. Mana-mana bakteria yang berlanjutan pada daun hijau tidak dibunuh sebelum mereka boleh berbaur dengan bakteria seperti B.plebius . RuthLey, yang bekerja di mikrobiom, berkata, "Orang ramai mengatakan bahawa mikroba usus boleh mengambil gen dari mikrob alam sekitar tetapi ia tidak pernah ditunjukkan dengan indah seperti dalam karya ini."

Sebenarnya, B.plebeius nampaknya mempunyai tabiat membenci gen dari bakteria laut. Genomanya berakar dengan gen yang lebih dekat dengan rakan-rakan mereka dalam spesies marin seperti Zobellia berbanding dengan mikroba usus yang lain. Semua gen yang dipinjam melakukan perkara yang sama - mereka memecahkan karbohidrat kompleks alga laut.

Untuk melihat sama ada ini adalah peristiwa biasa, Hehemann menyaring bakteria usus 13 sukarelawan Jepun untuk tanda-tanda porphyranases. Ini "metagenomes usus" menghasilkan sekurang-kurangnya tujuh enzim berpotensi yang dipasang bil, bersama dengan enam orang lain dari kumpulan lain dengan peranan yang sama. Sebaliknya, Hehemann tidak dapat menemukan satu gen sedemikian di kalangan 18 orang Amerika Utara. "Kami cuba makan tengah hari untuk memikirkan di mana anda mungkin melihat corak yang bersih ini, " kata Ley. "Anda perlu mencari kumpulan orang lain dengan diet yang sangat khusus. Kerana ini melibatkan bakteria rumput laut dan laut, ini mungkin salah satu demonstrasi terbersih yang anda dapatkan. "

Buat masa ini, ia tidak jelas berapa lama gen-gen laut ini telah hidup di dalam perut Jepun. Orang mungkin hanya mendapat gen selepas makan banyak dan banyak sushi tetapi Hehemann mempunyai beberapa bukti bahawa mereka boleh diturunkan dari ibu bapa kepada anak. Salah satu daripada orang yang dipelajarinya adalah seorang gadis kecil yang tidak pernah memakan sushi dalam hidupnya. Walau bagaimanapun, bakteria ususnya mempunyai gen porphyranase, seperti yang dilakukan oleh ibunya. Kita sudah tahu bahawa ibu-ibu boleh menyebarkan microbiomes mereka kepada anak-anak mereka, jadi jika bakteria usus boleh memecah karbohidrat rumpai laut, maka bug bayi juga harus dapat.

Adakah kita makan apa?

Kajian ini hanya permulaan. Sepanjang sejarah kita, diet kita telah berubah dengan ketara dan setiap makanan baru boleh bertindak sebagai platiti rasa genetik untuk bakteria kita untuk sampel. Secara peribadi, saya sudah makan sushi sekitar dua tahun yang lalu dan saya tertarik untuk mengetahui sama ada teman usus saya sendiri telah memperoleh kuasa baru yang luar biasa sejak itu. Malangnya, Czjzek menghalau ilusi saya. "Hari ini, sushi disiapkan dengan nori panggang dan peluang untuk membuat hubungan dengan bakteria marin adalah rendah, " katanya. Ketua projek itu, Gurvan Michel, bersetuju. Dia mencatat bahawa semua bakteria usus dari sukarelawan Jepun, hanya B.plebeius sebagai memperoleh enzim porphyranase. "Perpindahan gen mendatar ini menjadi satu peristiwa yang jarang berlaku, " katanya.

Michel juga mengatakan bahawa untuk gen ini menjadi lekapan permanen dari repertoar B.plebeius, bakteria akan memerlukan tekanan evolusi yang kuat untuk memastikannya. "Akses harian untuk rumpai laut yang dipanaskan sebagai sumber karbon" akan memberikan tekanan seperti itu. Saya montok mingguan pada kepingan sushi yang sangat steril mungkin tidak akan.

Itu satu soalan ke bawah; terdapat ramai yang akan pergi. Bagaimanakah kemunculan pertanian atau memasak menjejaskan bonanza genetik ini? Bagaimanakah gaya barat makanan hyper-hygienic, diproses dan dihasilkan secara massal sekarang? Oleh kerana gaya masakan yang berbeza tersebar di seluruh dunia, apakah penumpang bakteria kita akan menjadi lebih seragam secara genetik?

Satu-satunya cara untuk mendapatkan jawapan yang lebih banyak adalah mempercepatkan usaha kami untuk menjejaki mikrobiom usus yang berbeza. Mari kita lihat pada populasi manusia yang lain, termasuk pemburu-pemburu. Mari kita lihat sampel dadah fossilized atau mummified yang ditinggalkan oleh nenek moyang kita. Mari lihat di dalam usus keluarga terdekat kami, kera yang hebat. Siasatan ini akan memberitahu kita lebih lanjut mengenai perdagangan genetik usus yang pastinya memainkan peranan besar dalam evolusi kita.

Rob Knight, seorang penyelidik mikrobiologi dari University of Colorado, bersetuju. "Keputusan ini memperkuat keperluan untuk menjalankan kajian luas dan budaya yang pelbagai yang mengarang apa mikroba. Kunci untuk memahami obesiti atau IBD mungkin dalam gen atau mikroba yang diperolehi dalam keadaan yang sangat berbeza dengan orang yang kita alami dalam masyarakat Barat. "Gastronomi, siapa pun?

Rujukan: Hehemann, J., Correc, G., Barbeyron, T., Helbert, W., Czjzek, M., & Michel, G. (2010). Pemindahan enzim aktif karbohidrat dari bakteria marin ke mikrob mikrobiat Jepun Alam, 464 (7290), 908-912 DOI: 10.1038 / nature08937

Imej: nori oleh Alice Wiegand; chef sushi oleh Alex Kovach; Zobellia oleh Tristan Barbeyron ; rumpai laut oleh Mirjam Czjzek

Lebih banyak mengenai microbiomes:

  • Zoo bakteria di dalam usus anda
  • Bakteria usus - lemak atau nipis, keluarga atau rakan-rakan, dikongsi atau unik
  • Bakteria manusia yang dikaitkan dengan obesiti

Lebih banyak pada pemindahan gen mendatar:

  • Kapal selam laut hijau yang berkuasa solar mencuri keupayaan untuk menyusun photosynthesise dari alga
  • Space Invader DNA melonjak ke seluruh genom mamalia
  • Gen tunggal membolehkan bakteria bersinar untuk beralih dari ikan ke cumi
  • Keseluruhan genom bakteria yang ditemui di dalamnya adalah lalat buah
  • Serangan kulat tomato pembunuh didorong oleh pakej senjata mudah alih

//


Pengenalan kepada microbiome



Artikel Yang Menarik

Art DNA, dari Farscape hingga Realiti

Art DNA, dari Farscape hingga Realiti

Suatu perjalanan kembali, pada tahun 1999, saluran SyFy (kemudian dipanggil SciFi) menunjukkan Farscape menampilkan episod di mana genius gila Nam Tar ditawarkan untuk mengambil sampel DNA membentuk kru buruan kami dan menggunakannya untuk menyediakan pelan hala tuju ke setiap planet rumah mereka . Secara kebetulan, NamTar dapat mengesan mutasi dalam DNA mereka kembali ke asal-usul planet mereka, dan, dengan menggunakan data itu, memberikan peta jalan kembali ke planet rumah mereka

66. Makan Kurang, Hidup ... Sama Sama?

66. Makan Kurang, Hidup ... Sama Sama?

stevenku / Shutterstock Penyelidikan baru mencabar idea yang sangat terkenal bahawa makan diet kalori rendah boleh memanjangkan jangka hayat anda. Pada bulan September, kajian 25 tahun yang dijalankan oleh National Institute of Aging, di Baltimore, mendapati bahawa monyet rhesus memberi makan diet sederhana selagi mereka yang menerima 25 hingga 30 peratus lebih sedikit kalori

Pusat Data Paling Ajaib / Pulau Pengembaraan Pulau Palsu Anda Akan Pernah Baca

Pusat Data Paling Ajaib / Pulau Pengembaraan Pulau Palsu Anda Akan Pernah Baca

Principality of Sealand dan data data? Sepuluh batu dari pantai Inggeris dan hanya 24 kaki di atas gelombang bergelombang Laut Utara adalah Principality of Sealand. Jumlah kawasan negara berjumlah hanya 120 x 50 kaki, tetapi penduduknya dan "penguasa" sejak 1966, Major Paddy Royal Bates, telah mengagak-agihkan impian untuk platform bekas tenteranya di laut

Malah Kindergarteners Boleh Menilai Keyakinan Sendiri

Malah Kindergarteners Boleh Menilai Keyakinan Sendiri

Adakah anda masih ingat pada Siapa yang Ingin Menjadi Jutawan- nampaknya rancangan ini masih berlangsung, tetapi saya akan menganggap tidak ada orang lain yang melihat dekad ini-bagaimana selepas para peserta mengambil jawapan, kadang-kadang ditanya oleh Regis Philbin, "Betapa pasti anda ? "Mereka menarik nombor yang kelihatan dari udara:" Oh, lapan puluh lima peratus

Sel-sel payudara secara semula jadi berubah menjadi sel stem

Sel-sel payudara secara semula jadi berubah menjadi sel stem

Tubuh kita berleluasa dengan potensi yang hilang. Kami datang dari sel stem, yang dapat menimbulkan semua jenis sel yang berlainan di dalam tubuh manusia. Mereka boleh menghasilkan neuron, sel-sel otot, sel-sel kulit dan banyak lagi. Sebagai anak perempuan mereka menjadi lebih dan lebih khusus, mereka kehilangan keupayaan ini dan terjebak dengan nasib tertentu

Adakah Anda Hidup dalam Bekas Meth Lab?

Adakah Anda Hidup dalam Bekas Meth Lab?

Jaimee Alkinani dan suaminya baru saja membeli rumah pertama mereka di pinggir bandar Salt Lake City, Utah. Rumah itu bagus: tiga bilik tidur, jalan yang dipenuhi pokok, anak-anak yang menunggang basikal di tepi jalan, dan jiran mesra yang melambaikan tangan apabila mereka lulus. Keluarganya sedang berjalan-mereka juga membuka perniagaan kecil berhampiran rumah mereka, mempunyai anak berusia sebelas bulan, dan Jaimee lapan bulan mengandung