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Nature惊人发现:母亲可通过细菌DNA把性状传给后代

这是生物学界一个坚定的事实:生物学性状(如眼睛颜色和身高),是通过父母的DNA从一代传给下一代。


但是现在,美国华盛顿大学医学院的研究人员在小鼠进行的一项新研究表明,生活在体内的细菌的DNA,可通过一种类似于父母自身DNA的方式,将一种性状传递给后代。作者认为,这个发现意味着,科学家们在研究“基因如何影响疾病和健康”的时候,需要考虑的一个重要的新因素——从母亲传给孩子的微生物DNA。相关研究结果发表在二月十六日的《自然》(Nature)。


论文共同资深作者Herbert W. Virgin IV博士说:“有两条因素线影响着我们的发育——环境和遗传,我们一直将细菌归类到环境这一边,而不是遗传的一面。但我们的研究结果显示,细菌跨过了那条线。这表明,我们可能需要充分考虑它们的贡献,也许还有其他微生物对遗传做出了贡献。”


细菌是因其有害的感染作用而广为人知。但科学家们发现,这种细菌仅仅是一小部分生活在我们身体内和身体上的细菌群落。大多数细菌是共生的,这意味着它们不会造成伤害,往往带来益处。


共生细菌影响如体重、行为这样的性状。但直到现在,研究人员认为,产生这些影响的细菌是在一个人生命过程中获得的。该研究首次表明,细菌的DNA可通过一种方式从母体传递给后代,影响特定的性状,如免疫和炎症。


研究人员将小鼠中的共生菌与动物对肠道损伤的易感性联系起来。具有一定遗传细菌的小鼠易受损伤影响,这种损伤是通过暴露于化学物质而引发的。雌性小鼠可将细菌传递给后代,使它们容易受到伤害。而其他携带不同细菌的小鼠则较少受到影响。


在短期内,这些发现可能帮助科学家消除转基因小鼠研究中的一个重要“错误”。在多个研究领域,科学家们一直面临着断断续续的突然性,小鼠经常不明原因的出现新的或改变的性状。性状通常从一种小鼠栖地传播到另一处,表明传播的微生物感染是原因。但是性状也一直是从母亲传给后代,从而表明了一个遗传原因。


本文共同作者、病理和免疫学系主任、病理学和免疫学教授Thaddeus Stappenbeck博士,,在研究炎症性肠病(如克罗恩病和溃疡性结肠炎)的时候也遇到这个问题。他们惊讶地发现,大约一半的小鼠具有低水平的肠道IgA——与这些疾病有关的一种抗体。


IgA抗体能保护人体对抗有害的入侵者。它广泛存在于身体某些部位的黏液中,如眼睛,鼻子,喉咙和肠道。


当科学家们将具有低水平抗体的小鼠与有高水平抗体的小鼠混合圈养时,在几周后所有的小鼠都具有低水平的抗体。当他们将这些小鼠进行杂交后,具有低水平抗体的母亲所产生的后代,也有低水平的抗体。


最终,科学家们得知,引起低水平抗体传播的元凶之一,可能是称为sutterella的细菌。这种细菌和其他存在于低IgA小鼠的细菌,可以解释低抗体水平传播的两种方式:小鼠被混合圈养在一起,通过细菌正常传播获得了低的抗体水平,小鼠妈妈则把相同的细菌传递给它们的后代。


后一种解释涉及到思维的重大变化,因为它表明,受细菌影响的性状可以通过小鼠DNA影响性状的相同方式,从母亲遗传给后代。


为了证明抗体水平的这种变化代表着小鼠的一种显著变化,可认为是一种特质,研究人员给小鼠食用一种化合物,在炎症性肠病研究中,他们使用这种化合物来表征肠道对损伤的反应。在具有低水平抗体的小鼠中,该化合物造成了更大的伤害。


Stappenbeck说:“小鼠实验的影响是深远的,可以帮助我们克服一些持续的混乱来源。当我们研究小鼠时,我们不得不考虑这样一种可能性,即遗传性细菌及其基因可能影响我们证试图了解的性状。”


根据Stappenbeck介绍,这样做的一种方法是,停止圈养实验,把小鼠分别控制在独立群体。这将有助于保证影响性状的任何遗传性微生物,存在于这两个小鼠群体中。


从长远来看,Virgin期望扩展遗传模型,以更深刻地了解人类基因、细菌基因和病毒基因如何影响人类健康。


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