数以万亿计的细菌充斥着你的身体，尤其是在肠道中，它们的数量超过了你的人类细胞。这些微小生物——作为你微生物组的一部分——并非只是被动存在。
肠道细菌帮助你消化食物、合成维生素，甚至影响你的情绪和免疫系统。但关键问题在于：我们仍未完全理解这一系统的运作机制。为何某些细菌能够长期留存而其他则不能？是什么导致不同个体肠道微生物功能的差异？我们能否利用这些知识预防或治疗疾病？
加州大学洛杉矶分校加利福尼亚纳米系统研究所的研究团队最近揭示了重要线索。
细菌利用DGRs实现生存
研究发现，肠道微生物拥有一种特殊机制。部分细菌携带称为多样性生成逆转录元件（diversity-generating retroelements, DGRs）的基因模块。这些DGRs如同微型突变引擎。
它们持续改变特定基因，使微生物能比常规进化更快速适应新环境。
虽然DGRs在科学界并非新概念，但这是首次研究其在肠道中的实际功能。
研究人员聚焦于健康人类肠道中常见的细菌。约四分之一的DGRs靶向帮助细菌附着新表面的基因——这是形成菌落的关键环节。这些基因控制着名为pili的结构，即类似魔术贴的微小毛发状突起，协助细菌粘附。
在肠道细菌中，DGRs不断调整pili结合蛋白的基因序列。这种机制显著提升了微生物在不同肠道环境中的生存概率。
水平基因转移现象
更引人注目的是：DGRs不仅能帮助细菌适应环境，还能实现跨菌株传播。
科学家证实，DGRs可通过水平基因转移在不同细菌菌株间迁移。在母婴研究中，他们发现婴儿在出生后第一年会从母亲处继承特定DGRs。
这一发现至关重要，因为婴儿期形成的早期微生物组——肠道内建立的细菌群落——对免疫系统发育具有决定性影响。
"发育中的微生物组与免疫系统协同发育，为我们终生健康奠定基础，"加州大学洛杉矶分校儿科助理教授本·麦克丹甘丹表示，"当微生物组紊乱时，成年后患慢性疾病的风险显著升高。这为通过工程化改造婴儿肠道微生物组预防健康风险提供了重要契机。"
肠道细菌的定植机制
科学界已知紊乱的微生物组与多种健康问题相关：炎症性肠病、克罗恩病、结肠癌、代谢综合征，甚至焦虑、抑郁和自闭症等神经发育障碍。
在儿童群体中，早期有害肠道细菌激增与日后自身免疫疾病风险上升密切相关。
本研究进一步阐明了DGRs在肠道细菌进化、定植及塑造人体生物学特性中的核心作用——从婴儿期延续至成年期。
DGR系统最初由加州大学洛杉矶分校微生物学教授、纳米系统研究所主任杰夫·F·米勒的团队发现。他阐释了该机制的强大力量。
"微生物组的核心谜题之一，正是细菌如何在人体定植的精确机制，"米勒解释道，"这是一个与人体生理高度动态互作的系统，关于DGRs的发现未来或可用于构建促进健康的有益微生物组。"
米勒还对比了DGRs与人体免疫系统的效率差异：免疫细胞能产生大量抗体，但每个细胞仅限一次突变；而DGRs可在同一细胞内反复突变，产生更丰富的多样性。
形象地说，若将免疫系统所有独特抗体视为沙粒，其总量仅需不足帝国大厦0.25%的容量即可容纳；而DGRs产生的多样性则需要相当于2.7亿座帝国大厦的存储空间。
人类肠道科学的未来方向
本研究中，研究人员分析了人类肠道常见菌属Bacteroides（拟杆菌）的细菌样本，检出超过1,100种不同DGRs。平均每种细菌菌株至少携带一种，部分菌株甚至拥有五种。
团队重点研究了影响pili基因的DGRs——即协助细菌附着表面的关键结构。
DGRs通过持续重组pili功能蛋白增强适应性。这种灵活性正是这些细菌能在不同个体中成功定植的原因。
"我们推测DGRs使细菌能快速调整pili的附着目标，"麦克丹甘丹指出，"某种细菌可能高度适应特定个体的肠道环境，但当它试图定植新宿主时，将面临截然不同的条件。发现新的附着位点赋予细菌生存优势，这解释了为何微生物组中存在如此丰富的DGRs。"
肠道细菌：健康研究新前沿
研究团队正处于探索初期。他们计划深入解析DGRs的工作机制及其在健康与疾病状态肠道中的作用。
这项发现有望催生微生物组工程化新策略——可能直接利用DGRs本身——用于疾病治疗、免疫力提升，甚至定制肠道菌群以优化健康结果。
"我们正处于非常早期的探索阶段，"米勒表示，"这项研究引发的众多问题让我们意识到，关于微生物组中DGRs的认知仍极其有限，而对其应用潜力的开发将带来无限可能。我对未来进展从未如此期待。"
该完整研究已发表于《Science》期刊。
【全文结束】
