改变瘤胃中微生物组成可以改善肉质中脂肪酸同时降低碳排放？

原创

来源：李远玉

2024-04-18 22:52:15

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核心提示：饱和脂肪酸摄入量过高会导致血胆固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白胆固醇的升高，进而引起动脉管腔狭窄，形成动脉粥样硬化，增加患冠心病的风险。

随着生活水平的提高，工业化国家人们的饮食中含有大量高胆固醇结构的饱和脂肪酸，而只有少量的多不饱和脂肪酸。饱和脂肪酸摄入量过高会导致血胆固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白胆固醇的升高，进而引起动脉管腔狭窄，形成动脉粥样硬化，增加患冠心病的风险。与饱和脂肪酸不同，多不饱和脂肪酸不仅能预防心血管疾病，还具体抗炎的作用。21世纪以来，消费者对牛肉质量的需求发生了变化，除少数国家 (如日本) 外，多数国家的人们喜食瘦肉多、脂肪少的牛肉。而与鸡、猪肉相比，牛肉中含有更多的饱和脂肪酸，长期使用会增加人们健康的风险。因此，如何改善牛肉中脂肪酸组成成为一些科学家研究内容。

最近，英国苏格兰乡村学院Marina Martínez‑Álvaro团队在Microbiome期刊上发表的《Microbiome‑driven breeding strategy potentially improves beef fatty acid profle benefting human health and reduces methane emissions》文章中揭示了动物宿主基因组影响下瘤胃微生物直接或间接作用于牛肉中对人类饮食健康有益的多不饱和脂肪酸含量机制。发现适当控制瘤胃微生物的分布，会增加肉类组织有益脂肪酸的含量，因此可以获得更健康的动物产品。

该研究首次发现27.6% (1002/3633) 瘤胃中功能性核心微生物基因丰度 (alr-MG) 对数值受到宿主基因组的影响。研究的重点是通过增加长链多不饱和脂肪酸 (C18:3n-3, C20:5n-3, C22:5n-3, C22:6n-3) 和共轭亚油酸 (cis-9, trans-11 C18:2, trans-11 C18:1) 的含量，同时减少饱和脂肪酸 (C12:0, C14:0, C16:0) 来开发微生物驱动的育种策略，以促进改善牛肉品质。出于这个目的，研究人员创造了N3指数和CLA指数，以评价牛肉中健康脂肪酸的含量。

图1：N3指数和CLA指数表达式

有372种alr-MG与N3指数 (n=290)、CLA指数 (n=66) 单独相关或两者 (n=16) 有关。其中，有110种与N3和/或CLA指数呈同一方向相关，这表明有机会通过微生物驱动的育种策略同时提高这两个指标。进一步研究表明，这些微生物基因参与了微生物蛋白合成 (aroF和serA)，碳水化合物代谢和转运 (galT, msmX)，脂多糖生物合成 (kdsA, lpxD, lpxB) 或变形菌门的某些属中(例如沙雷氏菌属、气单胞菌属)的鞭毛合成 (fgB, fiN)。

图2：变形菌门微生物基因高度富集的属的基因组与N3和CLA指数相关

在育种中选择受宿主基因组影响的功能性核心微生物群 (HGFC) 会同时提高了牛肉的N3和CLA指数。表明，CLA和N3相关的HGFC是一种合适的育种策略，可以改善牛肉中的脂肪酸组成(图4a)。另外发现，针对牛肉中脂肪酸组成的一种微生物活性可能会对其他性状产生影响，如甲烷排放。图b表明甲烷排放的减少是与CLA和N3指数相关的HGFC的基因组选择的结果。

图3：N3和CLA指数 (A) 和甲烷排放 (B)对 31种alr-MG的响应值

本文提出了一种基于特定瘤胃微生物功能基因的间接选择策略，这些基因在宿主基因组上受影响，且宿主基因与脂肪酸指数相关。此外，这些微生物功能与甲烷排放有良好的宿主基因组相关性。本研究为利用瘤胃功能性微生物群作为宿主基因组选择的可能性提供了思路，或许能同时改善大家对感兴趣的几种微生物驱动的特性，如本研究的肉质中脂肪酸组成和甲烷排放。