紫菜只愛日本胃?

覃言

法國科學家們在研究海洋微生物如何消化海藻時,意外得到了一個令人大吃一驚的關于日本人的結果……

俗話說“一方水土養一方人”,不同地方的人們有不同的飲食習慣,比如壽司,眾所周知,這是日本人的最愛,而歐美人卻可能對此“感冒”。一直以來,我們都認為這只不過是一種口味上的喜好,但科學家的最新研究發現,某一特定的人群可能只能從某一特定的飲食中攝入能量。也就是說,只有日本人才能消化包壽司的紫菜,并獲取能量,而北美人就沒有這種能力。這一令人吃驚的實驗結果或許可以表述為:日本人的胃天生就是為壽司而生的。相關研究結果已發表于著名的《自然》雜志。

意外的發現

來自法國布列塔尼沿岸的羅斯寇夫生物研究所的化學家Mirjam Czjzek及其同事,一開始只是在研究海洋微生物如何消化海藻,他們對一種以海藻為食的海洋細菌非常感興趣,并發現它能產生一種酶來分解海苔——也就是我們平常用來制成紫菜皮卷壽司的材料。要知道,海藻細胞壁的成分不同于陸生植物,構成海藻的多聚糖含有成串的硫分子,需要特殊的酶才能將它們分解。就如同一把鑰匙開一把鎖,一種特定的酶只能分解特定結構的多聚糖。

科學家們找到了他們關注的酶,為了進一步確定這種酶的種類和作用,科學家分析了編碼酶的基因,然后使用名為BLAST的計算方法掃描基因數據庫,開始在公共數據庫中大量比對篩選這些基因,希望找到這些基因還有可能潛伏在哪里,究竟有多少其他細菌擁有相同基因,這樣也就能找到究竟還有哪些細菌有可能產生這種酶來消化海藻。

這一常規操作的結果使科學家們大吃一驚——

意料之中的是,研究人員在幾乎所有生活于海洋的細菌中都發現了這種基因;而幾乎所有的陸地生物都不攜帶這種酶的遺傳基因。這非常好理解,因為海洋細菌主要以海苔等海藻為食,而陸地生物并不需要消化海藻。但是,陸生生物中卻有一個例外,而且這個例外竟然來自于人類的腸道樣本。也就是說,這種酶并不局限于海洋生物中存在,它們還存在于人體腸內的細菌中——一種叫做Bacteroidesplebeius的細菌,它們被發現存在于日本人體內。

這一結果讓科學家們十分興奮,為了進一步確定實驗結果,并搞清這些酶是否僅僅為日本人所特有,研究小組將13個日本人與18個北美人的微生物基因組進行了對比。結果是13個日本人中有5人帶有這種腸道細菌酶,而18個北美人中連1個也沒有。

發生在4萬年前……

實驗的結果聽起來非常有意思,酶-海洋細菌-日本人-紫菜,當這些關鍵詞被串聯起來,有些東西變得清晰起來。雖然這種酶在人體內存在的比例僅為5/13,看起來很低,但科學家目前只是在日本人體內發現了這種酶,北美人卻沒有。科學家們立即意識到4萬年前發生了什么事,讓我們一起來還原一下——

很久以前,剛剛抵達日本列島的人們,與其他大洲的人們并沒什么不同,只吃高等植物,Bacteroides plebeius也像生活在人體腸道內的其他微生物一樣,已經擁有自己的基因序列,可以產生很多不同的消化酶來分解不同的食物,其中一些酶能夠分解人自身的酶無法消化的食物,從而讓人們得到更多的熱量和營養。那個時候,這些腸道細菌產生的酶中還不包括可以消化海苔的酶,因為消化海苔并不必要。但在4萬年前時,島上的海苔成了飲食的一部分——或許是因為自然災害糧食減產,或許是因為人多地少,或許僅僅就是為了嘗鮮,總之,人們開始吃紫菜之類的海苔。當然,那時的衛生水平還達不到無菌消毒,于是,日本人吃紫菜時也不可避免地吃進了紫菜上的海洋微生物。紫菜里的多糖營養基慢慢對于腸道細菌產生了吸引力,為了消化這些多糖,腸道細菌和紫菜上的海洋微生物進行了一筆“交易”,海洋微生物把自己一部分酶基因給了腸子里的微生物,而腸道細菌從此也就攜帶了這種能分解海藻類的遺傳基因,并具備了消化紫菜獲取能量的能力。如此看來這是一場對人類和微生物都很劃算的非常公平的交易。但由于北美人當時沒有選擇紫菜作為自己飲食必需的一部分,當然海洋細菌也不會來“無私饋贈”。經過長年累月的進化積累,成就了今天的狀況。

科學家們相信,當日本人開始吃魚、蝦和貝類等其他食物時,來自海洋的細菌也會不請自來,同時也會與腸道細菌交換遺傳基因片段。這些細菌在以后很長的時間中,通過多種方式逐漸成為了人類身體的一部分,幫助我們消化食物,攝入能量,發揮巨大的作用。

第二基因組

說到腸道微生物,那真是勞苦功高。人體內含有數以兆計的微生物,總重量大約有1.5千克,一般認為其總數至少是人體總細胞數的10倍。這些細菌大部分寄生在人的腸道中,據估計,在腸道內大約存在1000種到1150種細菌,擁有330多萬個基因,而人類只擁有2.3萬多個基因,實在是相形見絀。在已發現的細菌基因中,研究人員只對其不足30%有過系統研究,另有40%基因雖然來自于已知細菌,但未經過仔細研究,還有至少25%的基因研究人員從未見過。這一巨大的寶庫被稱為我們的第二基因組。

腸道微生物作用重大,其中之一就是提供人類基因組中所缺的消化酶。腸道微生物幫助人們消化糖分、生成氨基酸和維生素以及將食物中復雜的化合物轉化為人體所需物質。比如,來自陸地植物的多糖,它在整個進化過程中一直是人類飲食構成的主要部分,而它就是在腸道中被類桿菌所具有的高度特異性的多糖水解酶分解的。

基因能夠在不同的細菌當中穿梭交換,幫助彼此相互產生耐藥性,也就是人們所說的橫向基因轉移。科學家曾假設過消化道細菌能從其他微生物中攫取基因,但一直還沒有特別顯著的實驗例證,而此次的發現可以被認為是第一次得到了明證——腸胃細菌從食物中獲取新的基因,并成功將其轉化為自身基因,從而幫助我們從食物當中提取更多的能量。

這既是細菌為了適應環境而進行的一種進化策略,同時,也是人類文化比如不同地域的飲食文化影響消化道細菌的一個例證。我們也可以假設,在人類歷史上,這種消化系統進化過程,也就是吃進的細菌可能已經無數次地為腸道中微生物提供很有價值的實用基因資源,以幫助我們人類適應新的環境和新的食物。

不可復制的案例

這么看來,我們愛吃什么絕不僅僅只是個人飲食習慣和口味差異所決定的,而是有著更深層次的因素,或者說是更久遠的因素。

不過,今天,如果北美人希望通過吃壽司,讓自己肚子里的細菌也進化成“超級紫菜菌”,看起來似乎希望不大。因為基因轉移畢竟是小概率事件。日本人之所以擁有“超級紫菜菌”,是因為日本人獨特的飲食文化,一直以來大量食用海藻從客觀上迫使腸道細菌有選擇的壓力,不得不保留消化海藻的基因;而并不熱衷吃紫菜的北美人,他們胃中的微生物已經習慣了西方飲食結構,它們已安于現狀,沒有必要再去消化海藻多糖,也就無需費力得到那些基因并保留它們了。

而且,最為關鍵的是,現在即使猛吃壽司,也沒有任何可能再次獲得海洋細菌的“無私饋贈”了,因為包壽司的紫菜已全部經過了消毒滅菌處理,上面幾乎沒有任何微生物存在,當然也就談不上獲取新的基因了。以此類推,我們可以想象,食物中的其他細菌都逃不過相同命運,也就是說,無菌食品帶給我們的,或許是將一座至關重要的基因庫的大門永久關閉。無疑,這將對調節我們的健康與疾病產生一定影響。□□