由消化道中数万亿微生物组成的肠道微生物组对消化和整体健康至关重要。饮食和药物塑造这些微生物生态系统，但遗传因素的贡献一直较难确定。如今，一项针对大鼠（理解人类肠道的模式生物）的新研究发现，大鼠肠道微生物组的构成不仅受其自身基因影响，还受其共同生活伙伴基因的塑造。
这一发现揭示了基因与社会互动交织的新方式：通过个体间传播的共生肠道微生物。研究结果有助于阐明基因和微生物组在人类疾病中的相互作用。该研究由加州大学圣地亚哥分校和巴塞罗那基因组调控中心的研究人员领导，于2025年12月18日发表在《自然·通讯》上。
在人类中，仅两个基因被可靠地与肠道细菌相关联：乳糖酶基因（影响消化牛奶的微生物并决定成人能否消化乳制品）和ABO血型基因（通过未知机制影响微生物）。更多基因-微生物关联可能存在，但一直难以分离确认。
为更好理解基因如何塑造微生物组，研究人员转向大鼠。大鼠具有哺乳动物生物学的许多特征，且可在受控条件下饲养。“它们肠道中的生物相似但不完全相同，”加州大学圣地亚哥分校医学院精神病学系基础研究副主任兼教授亚伯拉罕·帕尔默博士表示。
研究人员整合了来自美国四个不同设施中4000只基因独特大鼠的遗传和微生物组数据，以测试哪些遗传效应在不同环境中保持稳定。“我们好奇这些动物的遗传变异是否会影响其肠道中的生物，”帕尔默博士解释道，“这是一个很好的机会，因为所有动物食用相同食物，因此无需担心基因通过食物选择影响微生物组，这是一个更简单的系统。”
团队识别出三个遗传区域，尽管四个队列的饲养条件不同，它们仍持续影响肠道细菌。最强关联存在于ST6GALNAC1基因（向肠道黏液添加糖分子）与副普雷沃菌属（以这些糖为食的细菌）丰度之间，该关联在所有四个队列中均被发现。第二个区域包含形成保护性黏液层的多个基因，与厚壁菌门细菌相关。第三个区域包括Pip基因（编码抗菌肽），与小鼠袋袋菌科（在啮齿动物和人类中均常见的细菌家族）相关联。
基因的社会生活
尽管基因本身不会在个体间跳跃，但微生物可以传播，使基因偏好的肠道细菌通过密切社交接触扩散。“这是遗传影响通过社交接触溢出到他人的结果，”巴塞罗那基因组调控中心资深作者阿梅莉·博博士表示，“基因塑造肠道微生物组，而我们发现重要的不仅是我们自身的基因。”
研究的大规模使研究人员得以估算每只大鼠微生物组中有多少比例由其自身基因与笼友基因共同解释。这种称为“间接遗传效应”的现象的经典例子是：母亲的基因通过提供环境塑造后代的生长或免疫系统。
研究的受控条件使研究人员能以全新方式研究这些效应，通过构建计算模型，将对个体微生物的直接遗传效应与社会伙伴施加的间接效应分离。“由于本研究中的大鼠被随机分配社交伙伴，我们消除了人类研究中的问题——人类通常自主选择社交伙伴，”帕尔默表示。
研究人员发现，某些小鼠袋袋菌科物种的丰度受通过微生物交换社会传播的遗传效应塑造。将这些间接社交效应纳入模型后，三个新发现的基因-微生物关联的总遗传影响增加了四至八倍。“我们可能仅揭开了冰山一角，”博博士指出，随着分析方法的改进，可能识别出更多微生物。
对人类健康的启示
通过证明遗传影响可与肠道微生物传播耦合，这项工作揭示了一种新机制：个体的遗传学可通过整个社交群体产生涟漪效应，在不改变他人DNA的情况下改变其生物学。鉴于越来越多的证据表明肠道微生物组在健康中发挥重要作用，若在人类中发现类似效应，可能意味着过去研究严重低估了遗传因素对疾病风险的影响。
“尽管人类的细节与我们在大鼠中发现的不同，但本研究指明了理解宿主基因与微生物基因如何共同作用产生微生物组相关复杂疾病的机制路径，这些疾病范围从心血管疾病到肥胖再到阿尔茨海默病，”加州大学圣地亚哥分校儿科、生物工程及计算机科学与工程系教授、微生物组创新中心主任罗伯·奈特博士表示。
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