為了在沒(méi)有食物的情況下度過(guò)漫長(zhǎng)的冬天，冬眠的動(dòng)物——比如 13 條地松鼠——可以將它們的新陳代謝減緩多達(dá) 99%，但它們?nèi)匀恍枰鞍踪|(zhì)等重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)維持冬眠時(shí)的肌肉。威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的一項(xiàng)新研究表明，冬眠的地松鼠從腸道中的微生物中獲得幫助。
這一發(fā)現(xiàn)可以幫助患有肌肉萎縮癥的人，甚至可以幫助宇航員進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的太空航行。
“任何動(dòng)物不運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)，骨骼和肌肉就會(huì)開(kāi)始萎縮并失去質(zhì)量和功能，”威斯康星大學(xué)麥迪遜獸醫(yī)學(xué)院名譽(yù)教授、今天發(fā)表的這項(xiàng)新研究的合著者漢娜凱莉說(shuō)(1 月 27 日)在《科學(xué)》雜志上。“沒(méi)有任何膳食蛋白質(zhì)進(jìn)入，冬眠者需要另一種方式來(lái)獲得肌肉所需的東西。”
氮的一種來(lái)源是氨基酸和蛋白質(zhì)的重要??組成部分，以尿素的形式在所有動(dòng)物(包括人類)的體內(nèi)積累，尿素是尿液的一種成分。研究人員知道，進(jìn)入松鼠消化道的尿素可能會(huì)被一些腸道微生物分解，它們自身的蛋白質(zhì)也需要氮。但研究人員想看看微生物釋放的一些尿素氮是否也被納入松鼠的身體。
他們分三個(gè)階段將用可追蹤的碳和氮同位素制成的尿素注入松鼠的血液中——在夏季活躍的日子、冬季冬眠初期和冬季末期。一些松鼠還接受了抗生素治療，以殺死腸道中的大部分微生物。正如預(yù)測(cè)的那樣，一些腸道微生物會(huì)釋放出含同位素的氮，這些微生物會(huì)降解注射的尿素。
威斯康星大學(xué)麥迪遜分校名譽(yù)生化學(xué)家法里巴·阿薩迪-波特 (Fariba Assadi-Porter) 說(shuō)：“我們將氮追蹤到(松鼠的)肝臟，主要用于制造許多蛋白質(zhì)，還有一些用于肌肉。”專門(mén)跟蹤同位素。她還是綜合生物學(xué)和大學(xué)核磁共振設(shè)備的科學(xué)家。“我們相信我們看到同位素標(biāo)記的氮分子從宿主進(jìn)入微生物組，然后被微生物轉(zhuǎn)化為可用分子，然后再次返回宿主，基本上在冬眠動(dòng)物中‘回收’。”
研究人員觀察到支持這種微生物途徑的兩個(gè)差異。腸道微生物大部分被抗生素耗盡的松鼠肝臟和肌肉中可追蹤的氮含量要少得多。當(dāng)研究人員對(duì)松鼠腸道中發(fā)現(xiàn)的微生物基因組進(jìn)行測(cè)序時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)隨著冬季冬眠的延長(zhǎng)，與脲酶產(chǎn)生相關(guān)的基因的存在增加。
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