科学家终于发现了使尿液变黄的酶

所有动物都必须通过排尿来排出体内的液体废物。虽然健康人的尿液呈明显的黄色，但几个世纪以来，科学家一直不清楚尿液究竟是什么颜色。现在，马里兰大学和美国国立卫生研究院的一个研究小组认为，他们已经通过确定导致尿液呈黄色的微生物酶解决了这个谜团。该研究结果详见 1 月 3 日发表在《自然微生物学》杂志上的一项研究。

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根据研究报告的共同作者、马里兰大学微生物学家布兰特利·霍尔 (Brantley Hall) 的说法，研究小组基于自 20 世纪 60 年代以来的数十年研究以及长达三年半的艰苦实验室实验，发现肠道微生物群中的一种名为胆红素还原酶的酶是决定尿液颜色的原因。

“肠道微生物群充满了令人难以置信的化学家。肠道微生物制造的所有这些分子对人体生理学非常重要，”霍尔告诉PopSci 。“随着我们对肠道微生物化学的了解越来越多，我们将了解重要的事情。但这一切的第一步是找出负责的酶。如果你不知道发生了什么，你基本上无法开始研究。”

解决微生物之谜

此前，科学家知道黄色来自于人体清除旧血细胞的方式。红细胞通常在约 120 天后到达其生命周期的终点，并在肝脏中降解。这个过程的副产品是胆红素，它是一种亮橙色物质，从肝脏分泌到肠道。肠道中的细菌随后将胆红素转化为一种无色物质，称为尿胆原。尿胆原最终降解为黄色色素分子，称为尿胆素，它在着色过程中起着重要作用。科学家们不知道的是细菌酶是如何起作用的。

长期以来，鉴定这种酶一直是微生物界的谜团，主要有两个原因。据 Brantley 介绍，第一个挑战是，在实验室中培养厌氧微生物历来非常困难且成本高昂。

“发挥这种功能的微生物无法在有氧气的大气中生存。它们会在几分钟或几秒钟内死亡，”霍尔说。“而且它们肯定不会生长。”

布兰特利和他的团队利用过去 15 年来的科学进步，培养了这些无需氧气即可生存和生长的微生物。

第二个挑战是缺乏肠道微生物组的基因组序列。基因测序的最新进展意味着团队可以研究更多的序列，以了解肠道微生物是如何运作的。

“在我们的研究中，我们确定了能降低胆红素的微生物和不能降低胆红素的微生物。然后我们对这两者进行了比较基因组学分析，并确定了候选基因，”霍尔说。

了解肠道微生物群

在这项研究中，研究小组比较了能够​​将胆红素转化为尿胆原的人类肠道细菌物种的基因组和不能将胆红素转化为尿胆原的肠道细菌物种的基因组。这有助于他们识别编码胆红素还原酶的特定基因。接下来，他们使用大肠杆菌( E. coli ) 来测试这种酶是否能够将胆红素转化为尿胆原，就像在其他肠道细菌中一样。

在所有已知的细菌物种中寻找这种基因后，研究小组发现，这种酶主要由一种属于肠道微生物群中占主导地位的大型细菌厚壁菌门产生。在对 1000 多名成年人的肠道微生物群进行基因筛查以找到尿液着色基因后，他们发现 99.9% 的人的肠道细菌都携带胆红素还原酶基因。

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“我认为最让我吃惊的是这种功能在成年人中如此普遍，”霍尔说。“基本上，每个人的尿液都是黄色的，每个人的大便都是棕色的，所以我们知道一定有微生物能做到这一点。实际上，能做到这一点的微生物并不多，而且它们在每个人身上都很普遍。”

潜在的医疗应用

这项研究还调查了这种基因是否存在于患有炎症性肠病 (IBD) 的成年人和患有黄疸的婴儿中。只有约 68% 的 IBD 患者携带这种基因，约 40% 的 3 个月以下婴儿患黄疸的风险较高。虽然还需要进行更多研究，但确定这些酶和基因可能有助于开发更好的 IBD、黄疸甚至胆结石治疗方法。

“人们对肠道健康非常感兴趣，我也喜欢和人们谈论肠道健康，”霍尔说。“每个人都有或认识有肠道问题的人，我认为这是一个巨大的机会，可以真正以积极的方式调节人类肠道微生物群和健康。”