科学探索|微生物帮助冬眠动物回收营养物质并维持肌肉过冬微生物帮助冬眠动物回收营养

为了度过没有食物的漫长冬季，十三条纹地松鼠可以将它们的新陈代谢速度降低到清醒状态下的 1%，但是它们仍然需要蛋白质等重要营养物质，以便在冬眠时维持肌肉。威斯康星大学麦迪逊分校的一项新研究表明，冬眠的地松鼠从它们的内脏中的微生物中得到帮助。
【科学探索|微生物帮助冬眠动物回收营养物质并维持肌肉过冬】

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这项研究于 1 月 27 日发表在《Science》期刊上，项目的共同作者、来自华盛顿大学麦迪逊分校兽医学院的名誉教授 Hannah Carey 表示：“任何动物不运动的时间越长，骨骼和肌肉就会开始萎缩，失去质量和功能。如果没有任何饮食中的蛋白质进入，冬眠者需要另一种方式来获得他们的肌肉所需” 。
在所有动物（包括人类）的体内，氮（氨基酸和蛋白质的重要组成部分）的一个来源是尿素（尿液的一个组成部分）。研究人员知道，进入松鼠消化道的尿素可以被一些肠道微生物分解，这些微生物也需要氮来制造它们自己的蛋白质。但是研究人员想要观察微生物释放出来的一些尿素氮是否也被纳入了松鼠的身体。
他们在三个阶段向松鼠的血液中注射了用碳和氮的可追踪同位素制成的尿素--在夏季的活跃日子里，在冬季冬眠的早期，以及在冬季的后期。一些松鼠还接受了抗生素治疗，以杀死其肠道中的大部分微生物。正如预测的那样，含有同位素的氮被一些降解注射尿素的肠道微生物释放出来。
研究的共同研究者 Fariba Assadi-Porter 说：“我们跟踪这些氮气主要到（松鼠的）肝脏--在那里它被用来制造许多蛋白质--还有一些到肌肉。她也是综合生物学和该大学的核磁共振设施的科学家。我们相信我们看到同位素标记的氮分子从宿主到微生物组，然后由微生物转化为可用的分子，然后再次回到宿主那里，本质上是在冬眠的动物体内循环” 。
研究人员观察到两个支持这种微生物路径的差异。肠道微生物基本上被抗生素耗尽的松鼠，其肝脏和肌肉中的可追踪氮元素要少得多。当研究人员对松鼠内脏中发现的微生物的基因组进行测序时，他们发现，随着冬眠时间的延长，与一种叫做尿素酶的生产有关的基因的存在有所增加。
Hannah Carey 表示：“尿素酶不是由动物制造的。只有表达尿素酶的微生物才能够分裂尿素分子并释放其氮。只要有合适的微生物存在，这就是它们和宿主之间的交易--各自得到一些释放的氮气来渡过难关，直到冬眠结束” 。