森永乳業的基因組新研究揭示長雙歧桿菌長亞種在各年齡層廣泛分布的原因
 
Feb 22, 2018
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February 22, 2018 02:59 PM Hong Kong Time
東京--(BUSINESS WIRE)--(美國商業資訊)--長雙歧桿菌是廣泛分布於嬰兒、成人及老年人等各年齡層人群的腸道菌種之一1,2。今天,日本領先的乳製品公司森永乳業株式會社(Morinaga Milk Industry Co., Ltd., TOKYO:2264)宣布了一項突破性基因組新研究的結果,解釋了上述分布的原因,該研究的合作機構是SFI研究中心APC Microbiome Ireland。

人類腸道中寄生有一組微生物(微生物圈),他們透過幫助我們消化食物、製造某些維生素、調節免疫系統、保護我們抗擊致病菌,在人類健康中發揮著整合作用。上述研究揭示,長雙歧桿菌長亞種展現出廣泛的基因變異,由此增強其在腸道環境中的競爭性,因為其基因組能適應每一代人的飲食變化。此外,研究顯示,長雙歧桿菌長亞種在親屬之間廣泛傳播,此類傳播不僅如既往認為的那樣發生於母親和嬰兒之間,還同時發生於其他家庭成員甚至跨越三代人3。

研究概述
該研究共採集453例0至104歲日本健康受試者的糞便樣本,作為測定腸道分布菌種的方法。合計檢出871個不同的菌種(圖1),但分布於各代人50%以上受試者的僅有3種(Blautia wexlerae、唾液鏈球菌和長雙歧桿菌)。

該結果表明,長雙歧桿菌廣泛分布於人類各年齡層。為了闡明某特定菌種如此廣泛分布的機制,森永乳業協同科克市愛爾蘭國立大學SFI研究中心APC Microbiome Ireland,對長雙歧桿菌長亞種不同菌株的基因組進行比較分析,以確定不同年齡層人士中分離出的菌種之間的基因差異。

長雙歧桿菌長亞種菌株劃分為7個簇群
比較分析日本受試者中獲得的145份長雙歧桿菌樣本及32個公開獲得的基因組,結果顯示,按原噬菌體(即病毒性物質)和/或巨型質體(即遺傳物質分布於細菌染色體之外)存在與否,長雙歧桿菌長亞種菌株可劃分為7個簇群。

分離出的菌株與受試者年齡之間無相關性,但菌株中檢出的基因數目與受試者年齡之間有顯著負相關。這提示,較年輕受試者中分離出的長雙歧桿菌長亞種菌株,其平均基因數目大於較高齡受試者。研究人員展開進一步研究,確定不同年齡組中分離出的每個菌株的基因,結果顯示,基因家族可劃分為4組:嬰兒、成人、老年人為主的基因家族,以及與受試者年齡無關的基因(圖2)。

嬰兒相關菌株更適於利用人乳中的碳水化合物
研究人員發現,較年輕受試者中常檢出長雙歧桿菌長亞種菌株,這些菌株擁有與糖利用相關的遺傳密碼,包括糖唾液酸的遺傳密碼,糖唾液酸是乳汁中人乳寡糖(HMOs)的成分之一。該特點可能是長雙歧桿菌的適應策略,即透過利用母乳成分在嬰兒腸道環境中生存。

老年人相關菌株更適於利用植物中的不溶性纖維
研究人員還發現,老年受試者中分離出大量含有獨特遺傳資訊的長雙歧桿菌長亞種菌株,據信,這些遺傳資訊為細胞外α-L-arabinofuranosidase編碼(圖2中的Arabinofuranosidase簇2)。這些酶能夠分解蔬菜和穀物等植物中複雜的糖類,這些植物均含有高比例的不溶性纖維。據報導,日本老人進食蔬菜多於年輕人4,因此,消化含纖維食物的遺傳性狀使長雙歧桿菌能持久生存於老年人腸道中。

此外,老年受試者中檢出的大量長雙歧桿菌長亞種菌株含有2類決定細菌應對環境壓力方式的基因,包括熱休克蛋白HSP20 5。該蛋白的生成有助於細菌應對高溫、氧暴露和饑餓等壓力。有理由假設,具備應對壓力能力的菌株能更好地適應和生存。

某些菌株在父親與孩子之間、丈夫與妻子之間、甚至跨越三代人傳播
研究顯示,同一家庭眾多不同成員中檢出的若干長雙歧桿菌長亞種菌株所含的遺傳資訊基本相同。該結果提示,這些菌株在不同家庭成員之間傳播,並不僅限於既往報導的母親與孩子之間6。

森永乳業次世代科學研究所微生物研究部經理、該研究主要研究者Toshitaka Odamaki博士表示:「這是一個有意義的發現,即不僅觀察到母親與孩子之間有傳播,父親與孩子之間、甚至丈夫與妻子之間也有傳播。這也是首次報導腸道微生物中某一特定菌種可能在家庭內部三代人之間有傳播,例如祖母、母親與嬰兒之間。」

Odamaki博士解釋道:「我們推測,家庭內部菌種的基因多樣性和高傳播水準是長雙歧桿菌長亞種的生存策略,也是其廣泛分布於人類各年齡層的關鍵。該報導可望為將來的研究打好基礎,以便找到各個關鍵生命階段的最佳候選益生菌。」

APC Microbiome Ireland專案主管Douwe van Sinderen教授表示:「APC Microbiome Ireland很有興趣瞭解人類微生物在各個生命階段應對不同環境因素暴露的變化方式,例如飲食習慣、抗生素暴露和壓力水準。」他進一步強調了此類科學協作的吸引力:「與森永乳業這樣的工業界合作夥伴的協作專案成果豐富、令人滿意,因為我們能夠加入我們的互補性技能和知識,使我們能夠獲得單獨打鬥無法企及的洞察力。」

森永乳業的Odamaki博士在2018年2月7-9日於西班牙巴賽隆納召開的IPA世界大會+ Probiota Barcelona上討論了上述結果。

關於森永乳業
森永乳業株式會社是日本領先的乳製品公司之一。雙歧桿菌是母乳餵養嬰兒腸道中寄宿的優勢桿菌,受到這一事實的啟發,森永於1960年代開始研究雙歧桿菌。1969年,森永從一位嬰兒體內分離出其旗艦菌株長雙歧桿菌BB536。森永在創新技術領域成就卓著,向全世界客戶提供各類乳製品和其他有益功能成分。

關於APC MICROBIOME IRELAND
APC Microbiome Ireland (APC; http://apc.ucc.ie)是世界領先的研究所,成立於2003年,資金來源於愛爾蘭科學基金會和主要的工業界合作夥伴。它代表了科克大學學院與Teagasc(愛爾蘭農業及食品開發署)之間的無縫協作。人們普遍認識到,腸道微生物對人類健康至關重要,並已成為食品及製藥業最有活力、最複雜、最振奮人心的研究領域之一。十年來,APC已建設成為全球領先的腸道微生物研究中心之一。APC已取得若干里程碑性的研究發現成果,在同行評議期刊上發表1,700多份研究論文,引發了無數期刊封面選登及相關的社論。APC擁有300多位成員,包括由合作夥伴機構資助的主要研究員(APC員工)、管理團隊、研究科學家組成的專職小組、研究助理和研究生。

參考文獻
1. Turroni et al., Applied and environmental microbiology (2009)
2. Francoise Gavini, Microb. Ecol. Health Dis (2001)
3. Odamaki et al., Scientific Reports (2018)
4. National Health and Nutrition Survey 2015
5. Ventura et al., Appl. Environ. Microbiol (2007)
6. Makino et al., Appl. Environ. Microbiol (2011)

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Mai Nozawa, +81-3-3798-0152
m-nozawa@morinagamilk.co.jp
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