基因工程培養嗜脂菌,打擊肥胖的新武器

作者 | 發布日期 2015 年 04 月 27 日 17:29 | 分類 醫療科技 follow us in feedly
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你知道攝取微生物(比如細菌),將會是健康飲食裡非常重要的一環,甚至成為未來時尚嗎?今年的美國化學協會全國會議暨博覽會(National Meeting & Exposition of the American Chemical Society),來自納許維爾的范德堡大學(Vanderbilt University)研究人員向與會的 11,000 專家發表關於細菌與肥胖的新研究。




該計畫主持人──助理教授尚恩戴維斯(Sean Davies)表示,他們藉由修改細菌的基因產生特殊分子,這種分子經過正常代謝後能夠轉換為抑制飢餓的脂質,根據進一步動物實驗結果顯示:當小老鼠攝取這種基因轉殖細菌後,食慾會降低,體內脂肪減少,即便研究人員刻意餵食高脂肪食物,依然能延緩或避免糖尿病的發生。

我們先從食物和肥胖及慢性病的關係談起好了。

一般概念是當食物熱量攝取高於消耗,長期下來就會造成肥胖,而肥胖者的飲食選擇不乏精緻澱粉或者高含油量食物,從抽血報告中往往發現他們體內胰島素不穩定,膽固醇、中性脂肪和壞的膽固醇偏高,好的膽固醇較低,因此容易在血管壁造成堆積而增加心血管疾病的機率。

而長期服用高升糖指數的食物(如精緻澱粉),會造成血糖不穩定、增加游離脂肪酸量、調節荷爾蒙紊亂,這都會加重胰臟 β 細胞之衰竭,容易引發第二型糖尿病;除此之外,高血壓、腦血管病變、乳癌、大腸癌、前列腺癌也都被認為是「肥胖併發症」。

 

腸道內有特定菌種不易胖

但有趣的部分來了,近年來科學家發現決定胖或瘦的因素,不僅在於天生 DNA 強大與否或生活習慣的掌控,還可能是腸道裡細菌在作怪。2013 年,華盛頓大學(Washington University in St. Louis)就發表研究:他們收集胖子跟瘦子體內的腸道菌並移植給小老鼠,結果顯示儘管每隻老鼠吃的東西都一樣,但植入胖子腸道菌的小老鼠怎麼吃怎麼胖,而得到瘦子腸道菌的老鼠則維持一貫苗條。若將所有老鼠養在一起,利用牠們有互吃糞便的習慣,卻驚人地發現胖老鼠變瘦,但瘦老鼠卻不會發胖,因為胖老鼠得到瘦老鼠的腸道菌,而胖老鼠的腸道菌種卻不影響瘦老鼠。因此得到結論:當腸道擁有特定菌種,或者菌種多樣性高時,會比較不容易肥胖。

當我們知道細菌對肥胖影響居然這麼重要時,辨認盟友跟敵人就成了要務。2012 年底,第一個肥胖細菌──陰溝腸桿菌(Enterobacter Cloacae)由上海交通大學的趙立平教授所發現,他在 The ISME Journal 發表文章指出:當他將肥胖者體內的陰溝腸桿菌植在無菌實驗鼠體內後,會引起老鼠肥胖及胰島素阻抗(Insulin Resistance)。

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▲ 陰溝腸桿菌(Source:wikipedia

相對的,尚恩戴維斯博士投入的研究,就是藉由基因轉殖技術創造出更多幫你對抗肥胖的細菌大軍。團隊選擇 N-acyl-phosphatidylethanolamines(簡稱 NAPEs)為武器,這是人類小腸於飯後產生的產物,它會迅速轉化為能強效抑制食慾的脂質 N-acyl-ethanolamines(NAEs),那大量製造此種物質就必須借重基因轉殖技術,也就是修改鹼基對讓基因合成特定蛋白質。

他們首先萃取出大腸桿菌(E. coli Nissle 1917)質體,和含有人類 NAPEs 基因的 DNA 做連接,之後將重組的 DNA 送入大腸桿菌細胞,於是大腸桿菌便可表現出人類的 NAPEs 基因,進而產生大量的 NAPEs。

 

研究如何降低細菌傳播力

接著進入動物實驗,研究人員養了一群肥胖小老鼠並將牠們分為兩組:第一組喝普通水,第二組喝含有能產生 NAPEs 的轉殖基因細菌的水。經過 8 周後發現:第二組小鼠體重減輕了 15%,而且肝臟和葡萄糖代謝也比對照組要好。12 周後,牠們明顯比第一組體重更輕、更苗條。

另一項研究則發現即便老鼠天生體內缺乏把 NAPEs 轉化為 NAEs 的酶,只要給牠們服用能產生 NAEs 的轉殖基因的細菌,同樣能夠達到效果,因此戴維斯博士認為對於人類來說,補充此菌種的方式也能見效。

但這種破壞人體自然生態的環境,也必須考量可能的後果──腸道菌種其實維持一個奇妙而特異的平衡,每一個人甚至在每個年齡階段都會有所不同,因此服用菌種可能對某些人造成腹瀉或其他身體危害,而且細菌可能會藉由被治療者的排泄物而傳染給別人造成大規模感染,所以研究人員正研究該如何降低此類細菌的傳播能力。

即使這技術尚未完全突破,但戴維斯博士對新發明仍深具信心,因為他認為微生物藥物最大的優點就是不需按時吃藥,研究團隊的目標就是希望創造出能在腸道存活六個月至一年、且能長期持續釋放藥物的治療性細菌。

但可別高興得太早,因為人體腸道菌落叢是會隨著環境變化的,高脂肪與高升糖指數的飲食會吸引容易造成人體肥胖的菌種,就算你服用大量打擊肥胖的細菌,還是有可能讓好菌適應不良而逃之夭夭。看來,要克服肥胖,除了藥物加持還是要多靠自己努力才好。

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▲ 吃高脂肪與高升糖指數的食物會吸引讓人體肥胖的菌種,飲食均衡才有益健康。(Source:Flickr/Olearys CC BY 2.0)

(首圖來源:nature) 

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