對人類來說，“高纖低脂”的飲食結構是減肥秘訣。但有一種動物，每天都吃這樣的“減肥餐”，卻依舊長得胖乎乎、圓滾滾，這是誰呢？北京時間1月19日凌晨，中國科學院動物研究所魏輔文院士團隊在《Cell Reports》發表進展，從保護宏基因組學視角揭示了野生動物食性與腸道微生物的互作機制，揭示了大熊貓吃素也能胖嘟嘟的奧秘。
腸道微生物的季節性動態，幫助大熊貓達到營養利用最大化（課題組供圖）
吃肉改吃素，腸道里的微生物同意嗎？
大熊貓可不是生來就吃素，它的祖先是不折不扣的食肉動物。在分類學中，它們被划入食肉目、熊科。
然而經過幾百萬年嚴酷的生存競爭和自然選擇，大熊貓變得越來越挑食。它們如今的食譜里，99%都是竹子。但與此同時，它們的牙齒和消化道還保留着食肉動物的特徵。
大熊貓是如何用吃肉的腸胃來消化竹子的呢？早在2011年，魏輔文團隊就開創性地將宏基因組測序技術應用到野生動物腸道微生物組研究中，證明大熊貓之所以能消化竹子中的纖維素與半纖維素，關鍵在於梭菌類的腸道微生物。
2017年，這個團隊又發現秦嶺大熊貓“春末夏初吃竹筍，其他季節吃竹葉”的習性，可以誘導腸道微生物的季節性動態。2021年，他們進一步應用多組學方法揭示了大熊貓腸道微生物與竹子中次生代謝產物的互作機制。
至此，研究團隊已經闡明了腸道微生物在大熊貓獨特食性中發揮的重要作用。
“食物影響着動物腸道微生物的組成和功能，反過來，腸道微生物又對動物的食性適應及營養代謝等方面發揮至關重要的作用。”論文共同通訊作者之一、中國科學院院士魏輔文說，“而大熊貓的特殊習性，決定了它是研究宿主食性與腸道微生物共演化的理想模型。”
頓頓健身餐？啃竹筍照樣能囤肉！
雖然現代人常常“談脂色變”，但對動物來說，脂質其實是機體生長發育、繁殖等生命活動必不可少的重要營養物質。
因此，高纖維、低脂肪的竹子並不是大多數野生動物的理想食物。那麼大熊貓是如何依靠頓頓吃竹子維持生長活動所需的能量和營養的？又是怎麼長成最重可達180kg的“滾滾”的？
為解答這個問題，研究團隊聯合中國人民解放軍陸軍軍醫大學教授魏泓首次利用糞菌移植方法和無菌小鼠，分別構建了大熊貓食葉季腸菌和食筍季腸菌定植的小鼠模型，結合宏基因組、宏蛋白組、代謝組和轉錄組等多組學方法，研究人員終於鎖定了一種關鍵的腸道細菌——丁酸梭菌。
“我們發現，在大熊貓以竹筍為主要食物的季節，腸道中的丁酸梭菌會更加富集。這讓大熊貓對竹筍中的粗纖維降解消化更加充分，產生了更多的丁酸鹽。”論文共同第一作者、中國科學院動物研究所助理研究員黃廣平說，“這跟大熊貓在食筍期體重顯著增加的現象相匹配，證明食筍期是大熊貓補充能量和營養物質的關鍵時期。”
揭秘分子機制？關鍵物質浮出水面！
研究人員在實驗中發現，植入食筍季腸菌的小鼠明顯胖得更快。與移植食葉季腸菌的小鼠相比，這些小鼠的生物節律核心基因出現了表達差異，進而影響到動物的磷脂代謝。
研究人員分析，這個過程可能與丁酸鹽的作用密切相關。
為了驗證這一點，研究人員用丁酸鹽飼餵沒有移植外來腸道菌群的小鼠，發現這些小鼠的磷脂合成代謝功能顯著增強，滿足了機體對脂質的需求——與移植食筍季腸菌的小鼠表現一樣，類似於食筍季大熊貓的代謝特徵。
至此，大熊貓如何充分利用竹子中的營養物質，滿足自身的營養需求，已經有了合理的解答。
“我們的研究首次建立了珍稀動物糞菌移植小鼠研究模型，探討了大熊貓對高纖維低脂類食物的適應性演化的分子機制，為非模式動物與其腸道微生物的互作機制研究提供了重要參考，同時也將非模式動物腸道微生物與宿主表型之間的關聯分析推向了因果關係解析。”魏輔文說。
論文鏈接：
https：//doi.org/10.1016/j.celrep.2021.110203
來源：中國科學報