撰文｜nagashi

人類和其他哺乳動物一樣，身體被包括細菌、病毒和真菌在內的數萬億微生物佔據，這些微生物被統稱為共生菌群。從某種意義上來說，“人”是一個由人類和共生菌群組成的多元複合體。

更重要的是，共生菌群並非一成不變，在成長過程中，我們經歷了不同的環境，遇到了不同的人，我們體內的共生菌群也隨之不斷變化，大量的腸道微生物組學研究表明，人體共生菌群能在一定程度上影響著我們的健康、體質、性格，甚至是思維和壽命。

近日，美國貝勒醫學院和萊斯大學的研究人員在 eLife 上發表題為：Optogenetic control of gut bacterial metabolism to promote longevity（光遺傳學控制腸道細菌代謝，促進長壽）的研究論文。

這項研究發現，綠色光可以誘導大腸桿菌產生莢膜異多糖酸（colanic acid），從而保護腸道細胞免受壓力誘導的細胞損傷，併成功延長了線蟲的壽命。研究人員表示，光遺傳學或許將在未來成為一種微調宿主腸道內的細菌代謝以提供健康效益的新方法。

光遺傳學（optogenetics），是一項整合了光學、軟體控制、基因操作技術以及電生理等多學科交叉的技術。2005年，斯坦福大學Karl Deisseroth實驗室透過在神經細胞中表達光敏蛋白，響應不同波長的光刺激實現對神經功能的調控。

自此，人類正式擁有了精準操控大腦的工具。近年來，光遺傳學技術在神經生物學領域作出了巨大貢獻。但值得注意的是，光週期現象在自然生物中十分普遍，光遺傳學技術的應用遠不止於神經生物學和腦科學領域。

在此項研究中，研究小組對大腸桿菌進行了基因改造，使其能在遇到綠光時產生延長壽命的物質——莢膜異多糖酸（colanic acid），並在遇到紅光時停止這種物質的產生。

他們發現，用綠光照射攜帶改造過的大腸桿菌的秀麗隱杆線蟲，可以誘導細菌產生莢膜異多糖酸，並保護線蟲的腸道細胞免受壓力導致的線粒體分裂。

秀麗隱杆線蟲腸道細菌基因表達的光遺傳學調控

值得一提的是，近些年的研究不斷表明，線粒體在衰老過程中扮演著越來越重要的角色。事實上，研究人員也發現，當暴露在綠光下時，攜帶這種基因改造大腸桿菌的線蟲活得更長。並且，光線越強，其壽命延長越多。

莢膜異多糖酸的生物合成與綠光強度存在劑量效應

這也意味著，宿主的健康和壽命在與腸道細菌產生的莢膜異多糖酸存在一定程度上的劑量效應！光遺傳學提供了一種在時間、數量和空間上可控地操縱腸道細菌代謝並增強宿主適應性的直接方法。

研究的通訊作者之一Meng Wang博士表示：“我們使用光遺傳學、光和轉基因光敏蛋白質相結合的方法來調節宿主腸道細菌的代謝，以此有針對性地觀察腸道細菌對宿主健康和壽命的影響。”

光遺傳學調控的莢膜異多糖酸生物合成延長了線蟲的壽命

總而言之，這項研究表明，我們可以透過光遺傳學的方法微調腸道細菌，使之分泌更多的有益物質，例如莢膜異多糖酸，以此對抗與年齡有關的健康問題。不僅如此，未來我們還可以使用這一方法來揭示微生物代謝驅動宿主生理變化並影響宿主健康和疾病的其他機制。

參考論文：

https://elifesciences.org/articles/56849