微生物谱:揭示人类古菌代谢对肿瘤微环境和癌症发生发展的影响

来源：生物世界2022-03-04 08:38

古细菌是一类非常特殊的微生物，它们大多生活在极端的生态环境中(如高温、高盐、高压、强酸/strong碱环境等。).古细菌具有原核生物的一些特征，如无籽膜和内膜系统；同时也具有真核生物的特征，如DNA有内含子并结合组蛋白，蛋氨酸启动蛋白质的合成，核糖体对氯霉素不敏感，RNA聚合酶类似真核生物等。古细菌有独特的合成。

古细菌是一类非常特殊的微生物，它们大多生活在极端的生态环境中(如高温、高盐、高压、强酸/strong碱环境等。).古细菌具有原核生物的一些特征，如无籽膜和内膜系统；同时也具有真核生物的特征，如DNA有内含子并结合组蛋白，蛋氨酸启动蛋白质的合成，核糖体对氯霉素不敏感，RNA聚合酶类似真核生物等。古细菌具有独特的合成和分解代谢途径，如产甲烷和降解原油，因此在能源研究领域具有重要意义。

近年来，人类微生物组的研究取得了许多重大突破，越来越多的证据表明，人类疾病与微生物组有着千丝万缕的联系。古细菌是人类微生物群的重要组成部分(如厌氧产甲烷古细菌和非产甲烷古细菌)，但其在人类疾病和健康中的作用却鲜有报道。

近日，美国俄亥俄州立大学郑庆飞研究组和合作者揭示了古菌代谢物对微环境和癌症发展的潜在影响，相关结果发表在美国微生物学会下属的微生物学综合期刊《微生物谱》上。

郑庆飞博士在前期工作中系统研究了肿瘤微环境中活性代谢产物的功能，其研究表明甲基乙二醛等代谢产物可以通过非酶反应共价偶联到细胞的组蛋白上，从而影响其调控通路。同时，最近的研究指出，人体体液中大量的小分子代谢产物实际上是由人体微生物组贡献的，包括来自古细菌厌氧糖酵解的甲基乙二醛。

以此为线索，郑庆飞研究组与深圳湾实验室唐晓宇研究员、蔡副研究员合作，系统分析了人类古菌的宏基因组拼接数据，阐明了人类古菌可能的活性代谢产物以及这些小分子对微环境的潜在影响。由于在现有的实验室条件下培养大多数人类古菌极其困难，宏观和转录组分析成为目前研究人类古菌的重要手段。通过分析数据库中超过44000个长度大于1000bp的重叠序列(Contig ),研究团队发现人类古细菌主要集中在肠道和口腔中。

与大多数已报道的人类微生物不同，东西方人群的人类古菌组成没有显著差异，这说明饮食习惯的差异对人类古菌的影响不大。随后，研究团队集中分析了这些古细菌序列中具有合成代谢物功能的基因，发现古细菌可以产生许多对细胞有重要影响的代谢物，包括醛类、硫化氢、短链脂肪酸等(图1)。还含有一些古细菌特有的代谢途径，如三甲胺(TMA)和甲基乙二醛(MGO)。

研究团队还比较了这些古菌代谢相关基因在癌症患者和健康人群中的丰度差异，发现患者样本中的古菌MGO合成酶(EC 4.2.3.3)、CoA连接酶(EC 4.2.3.3)等基因的丰度显著增加，表明这些古菌代谢产物与肿瘤的发生发展有重要的相关性。

根据现有的研究结果，人类古菌的这些代谢产物对肿瘤具有促进或抑制作用(图2)，这说明人类古菌的存在对癌症的发生发展具有复杂的“双刃剑”作用。如何调整人体微生物群中的古菌成分，进行预防和有效治疗，将是今后一个重要的研究方向。(100yiyao.com)

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