人類腸道中存在無數不同種類的細菌(圖:Getty Images)

人體內存在上兆個細菌,研究已發現這些微生物群系(microbiome)與人體生理狀況緊密關聯的證據,但仍未了解其確定的作用機制。日前,史丹佛大學醫學院(Stanford University School of Medicine)的研究團隊發現這些微生物會產生數千種新型蛋白質,其尺寸非常微小。

微生物與蛋白質

人體內存在的細菌數量極高,但大部分都對健康無害,甚至能幫助進行消化等維持健康的功能。不過科學家目前仍未完全了解這些細菌如何與人體細胞溝通與配合。此論文的作者之一,阿米·巴特教授(Ami Bhatt)與其同事認為答案就在這些新發現的微小蛋白質中。因為比起大型的蛋白質,這些微小蛋白質更有可能穿過細胞膜傳遞生物訊息至周圍的人體細胞或其他細菌細胞。

這些新發現的蛋白質,其長度都不超過 50 個胺基酸,有可能會自我摺疊成過去從未見過的特殊形狀。若能在實驗室中重現這些蛋白質的形狀與功能,將能協助研究人員更進一步了解微生物與人體生理健康間的關聯,甚至能開啟新的藥物研發途徑。

分析方法

過去在研究人體內細菌釋放出哪些蛋白質時,科學家通常是藉由分析其基因組,找出其中有可能負責進行蛋白質編碼的基因段。但巴特教授表示,這種方法雖然對大型的蛋白質有效,但在胺基酸數量較少的蛋白質中則容易產生偽陽性的結果。

為解決此問題,此論文的第一作者,海拉·賽貝羅博士(Hila Sberro)決定將不同微生物的潛在小型蛋白質編碼基因交互比對,而在越多種微生物中重複出現的基因段,就越有可能是正陽性。賽貝羅博士使用此方法在大型資料庫中進行分析,結果發現正陽性的基因段數量達數千甚至是萬組,遠高於團隊預測。

未來發展

研究團隊證實這些基因段會轉譯為 RNA,並進入核糖體(ribosome)中進行蛋白質編碼。他們目前正在與其他團隊合作,以更進一步了解這些蛋白質的功能,並試圖辨識出對腸道細菌有重要意義的蛋白質,研究人員相信此種蛋白質將可能成為新型抗生素或藥物。

巴特教授也表示:「這些小型蛋白質比起大型蛋白質,在研究與使用上會更簡易,因此能加快藥物研發的過程。我們預測這將會是生物研究上相當有價值的新領域。」

參考資料:

  1. News Center. (n.d.). Human microbiome churns out thousands of tiny novel proteins. Stanford
  2. Sberro, H., et al., (2019,August 8). Large-Scale Analyses of Human Microbiomes Reveal Thousands of Small, Novel Genes. Cell DOI:10.1016/j.cell.2019.07.016
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