提供了一个研究模型
人类微生物组在健康和疾病中发挥着重要作用，但其如何做到这一点的机制仍不清楚。研究人员使用了秀丽线虫来破译特定细菌影响宿主的信号，宿主是蠕虫或人。第一次揭示了细菌基因如何修改蠕虫生物学，为未来的人类微生物组研究提供了启示。
生活在人类消化道内的数十亿种微生物似乎在健康和疾病中发挥着重要作用，尤其是代谢综合征、自身免疫性疾病和糖尿病——但这些生物体是如何作用的还不是很清楚。巴克研究所的研究人员使用蠕虫为解读特定细菌的信号如何从微生物发出并且影响宿主提供了一个框架，宿主是蠕虫或人。
该项研究关于线虫，在《科学报告》中得到了详细介绍，《科学报告》是《自然《旗下的在线开放地获取期刊，该研究首次揭示了细菌中的不同基因——而不是由细菌产生的代谢物——是如何修改摄入这些细菌的虫类的生物特征的。
“肠道微生物群落的动态性质已被证明很难在小鼠体内进行研究，人类受试者的研究更加困难，”巴克的Pankaj Kapahi教授，博士，研究的资深科学家说。着手于解开这种复杂的相互关系，他的团队考虑使用摄入这种细菌作为正常饮食的蠕虫。“我们发现了细菌遗传学对简单的有机体的生理机能的影响可以作为一个模型系统来研究哺乳动物的肠道微生物，并找出治疗疾病的新疗法。”他说。
“人类的肠道里充满了与肠道细胞有关的细菌，并最终影响到整个机体，因此针对人类疾病的细菌代谢产物已经有了大量的研究。这项研究是第一个探索细菌本身和宿主如何施加影响的，” kapahi博士实验室的博士后研究员Amit Khanna说。
本研究从多年前就已经开始了，但并不是一个针对微生物的研究，而是对蠕虫为什么吃得少而活得长进行的思考。Kapahi想知道蠕虫的饮食中哪种成分造成了这种生命周期的变化，他认为回答这个问题的最好方法是改变他们食物的基因，用于观察什么东西导致了变化。
为了对不同的细菌突变是否会影响蠕虫有一个简单的回答，该小组利用蠕虫的生命周期中被称为持久的现象，在这时幼虫关闭功能来在条件恶劣的环境中生存。众所周知，一个造成蠕虫进入持久的因素是他们吃的细菌产生的化合物，一个控制该反应的途径是类胰岛素信号通路。
虽然人类和线虫当然是完全不同的，Kapahi指出，但许多途径都非常相似，包括胰岛素样信号，它在人类疾病中起着很大作用，如Ⅱ型糖尿病和肥胖。
通常以低水平存在于人类肠道菌群的细菌基因里，哪种会影响胰岛素样信号在蠕虫中的转导通路，为了解决这一问题，该团队首先系统地筛选出近4000株大肠杆菌，都有一个单基因失活（“敲除”），来观察哪种能够增强持久过程的形成。他们发现了56个突变体有这种作用。
这些突变体也延长了成虫寿命在控制蠕虫。小组选择其中的一个细菌突变体寿命的增加量最大，称为腺苷酸环化酶（CyaA），进一步探讨。他们发现CyaA调节多尔的形成和寿命的影响TGF-ββ信号，他们发现整个分子机制：他们看到的感觉神经元和靶细胞和分子通路，引起蠕虫进入持久是什么
“单一的基因突变——在蠕虫通常吃的细菌中——可以影响整个动物并且把使其进入持久状态的这一想法，肯定不是当我们开始这项研究时所期待的概念。”Kapahi说。
结果表明，细菌和蠕虫遗传学组合可以是一个研究分子信号的强大工具，通过细菌调节营养信号和宿主的生理过程，如生长和老化。这些过程在高等生物中往往很相似，因此研究的意义不仅限于线虫。蠕虫也能够让这个问题得到迅速的回答，按10至15天的顺序。
“有大量的研究表明，微生物对这一问题有影响，但我们对这个机制了解甚少，也不知道如何使用这些数据。”Khanna说。“我们认为，我们的方法可能是前进的方向：能够问具体的问题，关于个别细菌成分的贡献是什么，以及他们如何做到这一点。”