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中科院团队揭秘：为啥大熊猫吃素也胖成球？

花匠小妙招
2024-12-12 23:52

▎药明康德内容团队编辑

野生大熊猫99%的食物都是“低热量高纤维”的竹子，在一年三分之一的时间里，它们甚至只有没啥营养的竹叶可吃，却一点也不妨碍可爱的它们乖乖养膘，长成圆滚滚的模样天天“卖萌”。

这究竟是怎么一回事呢？

图片来源：123RF

日前，中国科学院动物研究所魏辅文院士领衔的团队发表了一项研究，利用宏基因组和宏蛋白质组分析揭示，熊猫的肠道微生物组能够根据宿主外周的季节变化，通过肠道菌群与昼夜节律基因之间的交互作用，同步调节它们的新陈代谢。在可食富含更多营养竹笋的季节，熊猫的肠道菌群变得有助于它们“长膘”，这可能弥补了在只有竹叶可食的季节的营养不足。

▲相关论文发表在Cell Reports

论文共同第一作者、中国科学院动物研究所助理研究员黄广平教授表示：“这是我们首次建立熊猫肠道菌群与其基因表型之间的因果关系。我们很早就知道这些熊猫在食笋季节有一套不同的肠道菌群，很明显它们在一年中的这个时候比较胖。”

由于食物可食性的变化，许多动物的肠道细菌会出现季节性变化。例如，某些种类的猴子在夏季能吃鲜叶和水果时，与冬季以树皮为食时相比，就具有不同的肠道菌群。

▲野生熊猫在不同季节的饮食主要来源不同（图片来源：参考资料[1]）

魏辅文院士带领的研究小组几十年来一直关注着生活在中国中部秦岭的野生大熊猫。在一年中约8个月的时间里，这些动物以富含纤维的竹叶为食。但在春末夏初，它们就能享用到富含蛋白质的鲜嫩竹笋。

研究人员发现，与食叶季节相比，野生熊猫食笋季节期间，肠道中一种被称为“丁酸梭菌（Clostridium butyricum）”的细菌水平明显更高。

为了研究肠道微生物组的变化是否会影响熊猫的新陈代谢，研究小组将野外采集的熊猫粪便中的菌群通过粪便微生物群移植（fecal microbiota transplantation, FMT）移植给无菌小鼠，然后在3周内，给小鼠喂食以竹子为基础的模拟熊猫饮食。

实验结果发现，尽管食用了等量的食物，与移植了食叶季节熊猫粪便菌群的小鼠相比，移植食笋季节熊猫粪便菌群的小鼠体重增加更多，血液循环中磷脂的增加更高，同时储存了更多的脂肪。

▲相比移植食叶季节粪便菌群（LFMT），移植食笋季节熊猫粪便菌群（SFMT）小鼠的体重增加更多（图片来源：参考资料[1]）

为了探索肠道微生物组对代谢产生影响的潜在机制，研究人员对小鼠模型的肝脏和血浆样本进行了代谢组学研究。

进一步的分析表明，丁酸梭菌的代谢产物丁酸可上调负责昼夜节律基因Per2的表达，从而促进脂质合成和储存。换句话说，熊猫肠道菌群的季节性变化与宿主外周昼夜节律同步，而这些细菌又反过来调节了脂质代谢。

相似的肠道微生物组季节性波动也在人类中存在，比如生活在坦桑尼亚的哈扎人（Hadza）。哈扎人主要以狩猎和采集为主的原始生活方式，导致他们一年四季可用食物的类型会有明显的变化。而他们常食野果、野生动物肉的饮食习惯，也让他们拥有有别于现代人的多样化肠道微生物组。

▲熊猫体重变化的调节机制（图片来源：参考资料[1]

黄广平教授说道：“对于濒危和脆弱的野生动物，我们不能真正直接对它们进行测试。我们的研究为未来的粪便移植实验创建了一个小鼠模型，可以帮助研究野生动物的肠道菌群。”

接下来，研究小组计划确定熊猫肠道中更多的微生物，并探索它们在影响动物健康中的作用。通过研究什么细菌对动物有益，人类有望在未来更好地用益生菌治疗一些疾病。

参考资料:

[1] Huang, G., et, al. (2022). Seasonal shift of the gut microbiome synchronizes host peripheral circadian rhythm for physiological adaptation to a low-fat diet in the giant panda. Cell Reports, 38(3), 110203. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.110203

[2] A giant panda’s gut bacteria help it remain chubby while on a bamboo diet. Retrieved January 18, 2022, from https://www.eurekalert.org/news-releases/940083

[3] Gut Microbiome Shifts Synchronize Panda Biorhythm to Bamboo Diet. Retrieved January 19, 2022, from https://www.genengnews.com/topics/omics/gut-microbiome-shifts-synchronize-panda-biorhythm-to-bamboo-diet/

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