作者:赖斯大学的杰德·博伊德 在蠕虫胃肠道的图像中可以看到喂食蠕虫的光敏细菌
工程师对细菌进行编程，使其产生一种叫做麦克亨利的红色荧光蛋白，这样在显微镜下就很容易看到它们
当暴露在绿光中时，细菌还会产生一种叫做sfGFP的绿色荧光蛋白，这种蛋白会使细菌发出绿光
当暴露在红光下时，它们不产生绿色蛋白质
左栏的虫子用红光治疗
右栏的虫子用绿光治疗
学分:杰夫·塔博尔/莱斯大学 莱斯大学和贝勒医学院的研究人员已经表明，有色光可以激活和失活蠕虫肠道中肠道细菌的基因
这项研究展示了光遗传技术如何被用于调查肠道细菌对健康的影响
贝勒医学院的研究人员王猛已经表明，在她的实验室里，制造一种叫做可乐酸(CA)的代谢物的细菌可以将蠕虫的寿命延长50%，但是她与莱斯大学合成生物学家杰弗里·塔博尔的合作提供了一些工具来回答这个更大的问题，即这种代谢物是如何延长寿命的
在eLife发表的一项研究中，王、塔博尔和他的同事展示了当细菌在蠕虫肠道内时，他们可以使用不同颜色的光来打开和关闭肠道细菌基因
这项工作是由泰伯开发了十多年的光遗传控制系统实现的
莱斯大学生物工程和生物科学副教授塔博尔说:“孟的研究小组发现，这种钙化合物可以延长寿命，但他们不能确定这是一种在胃中被消化的食物成分，还是肠道细菌产生的代谢产物。”
“我们能够限制肠内钙的产生，并证明它对肠内细胞有有益的作用
" 在实验中，泰伯的实验室改造了大肠杆菌菌株
当暴露在绿色而非红色光下时，大肠杆菌会产生钙
为了确保细菌正常工作，研究小组添加了基因来制造不同颜色的荧光蛋白质，这些蛋白质在显微镜下会明亮地显示出来
一种颜色总是存在的，以便于看到细菌在蠕虫体内的位置，而第二种颜色只有当细菌产生钙时才会出现
在与王实验室的合作中，泰伯的实验室将细菌置于红灯下，并将其喂给蠕虫，一种叫做秀丽隐杆线虫(C
优雅)这是生命科学中常用的
研究人员跟踪细菌在消化道中的进程，并在它们到达肠道时打开绿灯
“当暴露在绿光下时，携带这种E
大肠杆菌菌株也活得更长
光线越强，寿命越长，”罗伯特·C·王说
费菲老龄问题捐赠教席，贝勒大学赫芬顿老龄问题中心分子和人类遗传学教授，霍华德·休斯医学研究所研究员
在细胞中
从人类到酵母，秀丽隐杆线虫和其他高等生命中，被称为线粒体的特殊细胞器提供了大部分能量
成千上万的线粒体在每个细胞中昼夜不停地工作，并在裂变和融合之间保持动态平衡，但随着时间的推移，它们的效率会降低
随着人类和其他生物的衰老，线粒体的功能障碍会导致细胞功能的衰退
在先前用碳做的实验中
王和他的同事发现，钙离子可以调节肠和肌肉细胞中线粒体分裂和融合之间的平衡，从而延长寿命
这些蠕虫通常能活大约三周，但是王的实验室已经表明，计算机辅助翻译可以延长它们的寿命到四周
5周—比平时长50%
塔博尔说，这引发了一系列问题
例如，如果钙在肠道中产生，肠道细胞首先受益吗？CA的有益效果与其水平有关吗？最重要的是，线粒体的益处从肠道扩散到全身吗？ 在eLife研究中，研究人员发现肠道中的钙生成在短时间内直接改善了肠道细胞的线粒体功能。
他们没有在蠕虫的肌肉细胞中发现这种直接、短期线粒体益处的证据
因此，钙的长寿促进作用从肠道开始，然后随着时间的推移扩散到其他组织
“通过我们的技术，我们可以用光来打开计算机辅助生产，并观察这种效果在蠕虫中传播，”塔博尔说
他说，光遗传技术的精确度可以让研究人员问一些关于肠道新陈代谢的基本问题
“如果你能精确控制代谢物产生的时间和地点，你可以考虑展示因果的实验设计，”他说
展示肠道细菌直接影响健康或疾病将是一项重大成就
“我们知道肠道细菌影响我们身体的许多过程，”塔博尔说
“它们与肥胖、糖尿病、焦虑、癌症、自身免疫性疾病、心脏病和肾病有关
有大量的研究表明，当你患有这种或那种疾病时，你体内会有什么样的细菌，并且显示出各种各样的相关性
" 但塔博尔说，显示相关性和因果关系之间有很大的区别
“目标，你真正想要的东西，是你可以吃的肠道细菌，这将改善健康或治疗疾病，”他说
但是研究人员很难证明肠道细菌产生的分子会导致疾病或健康
这部分是因为肠道很难通过实验获得，而且设计实验来显示肠道内特定位置发生的情况尤其困难
“肠道是一个很难接近的地方，尤其是在大型哺乳动物中，”塔博尔说
“我们的肠子有28英尺长，而且它们非常异质
整个过程中酸碱度会发生变化，细菌也会发生显著的变化
组织和它们正在做的事情也是如此，比如它们分泌的分子
“要回答肠道细菌如何影响我们健康的问题，你需要能够在特定的地方和特定的时间开启基因，比如当动物年幼或当动物早上醒来时，”他说
“你需要这种程度的控制来研究它们自己地盘上的路径，它们在哪里发生，以及它们是如何发生的
" 泰伯说，因为它利用光来触发基因，光遗传学提供了这种水平的控制
“就这一点而言，光是唯一有足够精度开启细菌基因的信号，例如，在小肠和大肠之间，或者在白天，但不是在晚上，”他说
泰伯说，他和王已经讨论了许多用光遗传学研究衰老的方法
“她已经发现了24种细菌基因，可以延长人类的寿命
塔博尔说:“我们不知道它们中的大多数是如何工作的。”
“可乐酸基因真的很吸引人，但我们还想通过打开蠕虫体内的灯来了解它们是如何工作的
我们也可以使用我们在这篇论文中发表的精确技术来探索这些新基因
其他研究微生物的人也可以使用它
这是研究细菌如何有益于我们健康的有力工具
"
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