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Nature驚人發現:母親可通過細菌DNA把性狀傳給后代

日期:2015-02-26 09:05:38

 這是生物學界一個堅定的事實:生物學性狀(如眼睛顏色和身高),是通過父母的DNA從一代傳給下一代。延伸閱讀:華人學者顛覆當前的線粒體起源理論。

 

但是現在,美國華盛頓大學醫學院的研究人員在小鼠進行的一項新研究表明,生活在體內的細菌的DNA,可通過一種類似于父母自身DNA的方式,將一種性狀傳遞給后代。作者認為,這個發現意味著,科學家們在研究“基因如何影響疾病和健康”的時候,需要考慮的一個重要的新因素——從母親傳給孩子的微生物DNA。相關研究結果發表在二月十六日的《自然》(Nature)。

 

論文共同資深作者Herbert W. Virgin IV博士說:“有兩條因素線影響著我們的發育——環境和遺傳,我們一直將細菌歸類到環境這一邊,而不是遺傳的一面。但我們的研究結果顯示,細菌跨過了那條線。這表明,我們可能需要充分考慮它們的貢獻,也許還有其他微生物對遺傳做出了貢獻。”

 

細菌是因其有害的感染作用而廣為人知。但科學家們發現,這種細菌僅僅是一小部分生活在我們身體內和身體上的細菌群落。大多數細菌是共生的,這意味著它們不會造成傷害,往往帶來益處。

 

共生細菌影響如體重、行為這樣的性狀。但直到現在,研究人員認為,產生這些影響的細菌是在一個人生命過程中獲得的。該研究首次表明,細菌的DNA可通過一種方式從母體傳遞給后代,影響特定的性狀,如免疫和炎癥。

 

研究人員將小鼠中的共生菌與動物對腸道損傷的易感性聯系起來。具有一定遺傳細菌的小鼠易受損傷影響,這種損傷是通過暴露于化學物質而引發的。雌性小鼠可將細菌傳遞給后代,使它們容易受到傷害。而其他攜帶不同細菌的小鼠則較少受到影響。

 

在短期內,這些發現可能幫助科學家消除轉基因小鼠研究中的一個重要“錯誤”。在多個研究領域,科學家們一直面臨著斷斷續續的突然性,小鼠經常不明原因的出現新的或改變的性狀。性狀通常從一種小鼠棲地傳播到另一處,表明傳播的微生物感染是原因。但是性狀也一直是從母親傳給后代,從而表明了一個遺傳原因。

 

本文共同作者、病理和免疫學系主任、病理學和免疫學教授Thaddeus Stappenbeck博士,,在研究炎癥性腸病(如克羅恩病和潰瘍性結腸炎)的時候也遇到這個問題。他們驚訝地發現,大約一半的小鼠具有低水平的腸道IgA——與這些疾病有關的一種抗體。

 

IgA抗體能保護人體對抗有害的入侵者。它廣泛存在于身體某些部位的黏液中,如眼睛,鼻子,喉嚨和腸道。

 

當科學家們將具有低水平抗體的小鼠與有高水平抗體的小鼠混合圈養時,在幾周后所有的小鼠都具有低水平的抗體。當他們將這些小鼠進行雜交后,具有低水平抗體的母親所產生的后代,也有低水平的抗體。

 

最終,科學家們得知,引起低水平抗體傳播的元兇之一,可能是稱為sutterella的細菌。這種細菌和其他存在于低IgA小鼠的細菌,可以解釋低抗體水平傳播的兩種方式:小鼠被混合圈養在一起,通過細菌正常傳播獲得了低的抗體水平,小鼠媽媽則把相同的細菌傳遞給它們的后代。

 

后一種解釋涉及到思維的重大變化,因為它表明,受細菌影響的性狀可以通過小鼠DNA影響性狀的相同方式,從母親遺傳給后代。

 

為了證明抗體水平的這種變化代表著小鼠的一種顯著變化,可認為是一種特質,研究人員給小鼠食用一種化合物,在炎癥性腸病研究中,他們使用這種化合物來表征腸道對損傷的反應。在具有低水平抗體的小鼠中,該化合物造成了更大的傷害。

 

Stappenbeck說:“小鼠實驗的影響是深遠的,可以幫助我們克服一些持續的混亂來源。當我們研究小鼠時,我們不得不考慮這樣一種可能性,即遺傳性細菌及其基因可能影響我們證試圖了解的性狀。”

 

根據Stappenbeck介紹,這樣做的一種方法是,停止圈養實驗,把小鼠分別控制在獨立群體。這將有助于保證影響性狀的任何遺傳性微生物,存在于這兩個小鼠群體中。

 

從長遠來看,Virgin期望擴展遺傳模型,以更深刻地了解人類基因、細菌基因和病毒基因如何影響人類健康。

 


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