Cell解析飲食對基因表達的影響

　　每天我們的細胞都在攝取食物中的營養，并將它們轉化為生命所需的基本物質。然而，人們一直難以確切指出某一種營養或維生素對基因表達和生理機能的影響。麻省大學醫學院UMMS的科學家們開發了一個新的模式系統，可以幫助研究者們解決這個問題。這項研究發表在本期的Cell雜志上，UMMS的研究人員利用這一系統向人們展示，細菌生產的維生素B12改變了線蟲的基因表達、發育和生育情況。線蟲C. elegans是實驗室中常用的透明模式生物。

　　“在哺乳動物中，微量元素由食物和腸道菌群共同提供，”文章的資深作者，UMMS的A.J. Marian Walhout教授說。“我們開發的系統可以通過對捕食者(線蟲)及其獵物(細菌)的系統性研究，幫助人們理解營養物質、基因表達和生理機能之間的復雜相互作用。在此基礎上我們能夠開始解答一類重要的問題，即飲食對機體功能的具體影響。”

　　這項研究的關鍵在于，對線蟲及其食用的兩種細菌(叢毛單胞菌Comamonas和大腸桿菌E. coli)進行遺傳學篩查。在去年發表的文章中Walhout和同事指出，只食用叢毛單胞菌和只食用大腸桿菌的線蟲之間，存在基因表達的顯著差異。而這些遺傳學差異造成了深遠的生理學影響。研究顯示，與食用大腸桿菌的線蟲相比，食用叢毛單胞菌的線蟲雖然發育得更快，但繁殖能力較差。

　　研究人員通過深入分析找到了引起上述差異的一系列基因，叢毛單胞菌擁有這些基因，但大腸桿菌缺乏這些基因 。進一步研究顯示，這些基因在叢毛單胞菌中負責生產維生素B12，這是這種微量元素造成了兩種線蟲之間的遺傳學和生理學差異。

　　Walhout發現，維生素B12在線蟲中履行著兩種重要職能。它能通過methionine/SAM循環幫助調控發育，這一過程是新細胞合成細胞膜所必需的。此外，維生素B12還能夠緩解一種短鏈脂肪酸(丙酸)的毒性累積，這種物質增多會改變基因表達對細胞產生危害。

　　“食用大腸桿菌的C. elegans實際上缺乏維生素B12，這樣的線蟲只表現出其自然狀態的一面，” Walhout說。“多年以來，實驗室中一直使用大腸桿菌作為線蟲的標準食物。我們認為給線蟲提供富含維生素B12的食物，可以幫助人們研究線蟲的其他特性，例如行為、交配和運動特性。”

　　研究人員指出，這一系統也能夠用來研究其他微量元素造成的遺傳學和生理學改變。只要找對方法，未來甚至可以預測人類在攝取不同食物時，食物、基因表達和生理機能之間的具體相互作用，為高膽固醇、心臟病、糖尿病和肥胖癥等多種疾病提供重要信息。此外，這一系統還可以幫助人們在腸道菌群中，發掘不同細菌的具體作用。

　　“一個簡單的轉基因線蟲就可以成為有力工具，幫助人們解析營養物質、基因表達和生理機能之間的復雜關系，”文章的第一作者Emma Watson說。