Why?微生物竟然可以幫助人類進(jìn)化地更快、更強(qiáng)？
中國微生物菌種查詢網(wǎng) / 2019-02-13 10:39:58
中國微生物菌種查詢網(wǎng) 當(dāng)你出生時，你從母親那里繼承了一半基因，從父親那里繼承了一半基因。這些遺傳的基因?qū)殡S你的一生，不能隨意添加或丟棄，你不能擁有我的任何基因，我也無法獲得你的任何基因。
但想象一個這樣的世界：一個人可以跟身邊的朋友和同事隨意地交換基因。如果你的老板有一個能讓他抵抗各種病毒的基因，你可以借用它。如果你的孩子有一個讓他有患病風(fēng)險的基因，你可以給他換一個健康的基因。在這個世界里，基因不僅僅是從一代傳遞到下一代的傳家寶，還可以像商品一樣進(jìn)行交易。
細(xì)菌的世界就是這樣的，它們可以像我們交換電話號碼一樣輕松地交換DNA。這種行為稱為水平基因轉(zhuǎn)移（HGT），
細(xì)菌的這種行為已經(jīng)存在了數(shù)十億年。但直到20世紀(jì)20年代，科學(xué)家們才意識到這種現(xiàn)象。
科學(xué)家將沒有毒性的肺炎鏈球菌菌株與死亡了的高毒菌株的殘留物混合后，無毒菌株也變成了有毒菌株。
1943年，一位名叫Oswald Avery的微生物學(xué)家證實了引起這種變化的就是有毒菌株的DNA，非感染性菌株將其吸收并整合到了自己的基因組中。而在四年后，遺傳學(xué)家Joshua Lederberg經(jīng)過研究也發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌可以直接交換DNA。
HGT是細(xì)菌生命中一個非常重要的行為，細(xì)菌利用它可以快速進(jìn)化。當(dāng)細(xì)菌面臨新的挑戰(zhàn)時，它們可以直接將那些已適應(yīng)這種環(huán)境的細(xì)菌的基因拿過來為自己所用（如抗生素抗性、高毒力因子等），而不必耗費(fèi)時間來等待自己現(xiàn)有DNA慢慢發(fā)生突變。如果一種細(xì)菌進(jìn)化出了這種能力，那么它的鄰居也可以很快獲得這種能力。這個過程可以迅速將一種無害的細(xì)菌轉(zhuǎn)變成奪命殺手。
一般而言，動物的進(jìn)化過程是緩慢而穩(wěn)定的，能適應(yīng)環(huán)境的突變個體更有可能存活下來，并將這種突變基因遺傳給下一代。隨著時間的推移，有利的突變變得更加普遍，而不適應(yīng)環(huán)境的個體逐漸消失。這就是經(jīng)典的自然選擇原理。
但是，在一些情況下，人類通過與微生物合作，卻可以加快自身的進(jìn)化速度。
在日本沿海生長著一種紅棕色的海藻，它就是紫菜，已經(jīng)在日本人的餐桌上存在1300多年了。長期以來的紫菜飲食習(xí)慣使當(dāng)?shù)氐娜藗兲貏e擅長消化海洋蔬菜，而人體內(nèi)其實并沒有可以分解藻類的酶，腸道中大部分菌也沒有這個功能。
但是在大海中發(fā)現(xiàn)了一種名為Zobellia galactanivorans的高能細(xì)菌。幾個世紀(jì)以前，它們一直生活在日本沿海水域的海藻上并靠消化海藻為生。突然有一天，漁夫?qū)r石上的海藻連根拔起做成了紫菜醬，在他們的家人狼吞虎咽地吃這些醬的同時也吞下了大量的Zobellia菌。細(xì)菌的生活環(huán)境從冰冷的鹽水變成了胃液，鄰居也變了，被一些陌生的物種所代替。于是，它做出了一般情況下細(xì)菌都會做的事：共享基因。
這個現(xiàn)象是怎么被發(fā)現(xiàn)的呢？
原來Jan-Hendrick Hehemann 在人體的腸道細(xì)菌Bacteroides plebeius中發(fā)現(xiàn)了Zobellia的一個基因。這一發(fā)現(xiàn)令人感到非常震驚，一個海洋生物的基因在陸地生物的腸道中究竟會做什么呢？Zobellia并不適應(yīng)腸道中的生活，但它也并不是什么也沒有做。在短暫的時間內(nèi)，它將自己的一些基因捐贈給了B. plebeius，包括那些能消化海藻的卟啉酶。
突然間，這種腸道微生物獲得了能分解紫菜中特殊碳水化合物的能力，并且通過反復(fù)從海洋微生物中借用基因，它已經(jīng)變得非常擅長消化海洋蔬菜。
B. plebeius并不是唯一一種偷竊海洋酶的菌。日本人長期以來一直在吃紫菜，他們的腸道微生物中充滿了來自海洋物種的消化基因。盡管如此，這種行為也不可能一直持續(xù)下去，因為廚師通過烤制和烹制紫菜就會殺死這些搭便車的微生物。而在過去幾個世紀(jì)，只有那些生吃紫菜的人才會將這些微生物帶入腸道，并且將這些細(xì)菌傳遞給他們的孩子。Hehemann在一個還沒斷奶的女嬰的腸道細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了卟啉酶基因，就像她母親一樣。
僅僅通過吃海藻，這些基因就可以從海洋微生物轉(zhuǎn)移到人體腸道中，然后從一個腸道移動到另一個腸道。
因此，人類不需要自己進(jìn)化能夠分解海藻中碳水化合物的基因，只要我們吞下大量可以消化這些物質(zhì)的微生物，那么我們自己的細(xì)菌就有可能通過HGT得到這種能力。
我們生活的環(huán)境中充滿了各種各樣的微生物，每吃一口食物都可能給我們的身體帶來新的微生物，消化以前不可被消化的一部分食物。每個新伙伴都可能會幫助我們多吃一點(diǎn)，再往前走一點(diǎn)，活得更長一點(diǎn)。