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有时候你就是无法抵御一小块巧克力蛋糕的诱惑。甚至最有健康意识的人也会发现自己时常沉迷于垃圾食品。来自麻省大学医学院的科学家们在新研究中指出了一种惊人的可能性：即便是少数几次这样偶然的放纵也可能会显著地改变基因表达，对生理和健康造成负面影响。
在发表于《细胞》（Cell）杂志上的两篇论文中，麻省大学医学院的分子医学教授、系统生物学项目联合主任A.J. Marian Walhout博士，描述了饮食与代谢和生理机能的关联机制。利用线虫，Walhout博士和同事们观察了不同的饮食如何导致了与重要生理改变相关联的基因表达差异。
Walhout 说：“简言之，我们发现当线虫被喂食不同类型的细菌时，它们显著改变了基因表达程序，导致了重要的生理改变。相比于喂给标准实验室大肠杆菌饮食的线虫，喂给天然从毛单胞菌饮食的线虫后代较少，寿命更短，发育更快。
在第一篇文章中，Walhout和同事们发现，两种饮食之间线虫基因表达存在至少87种改变。令人惊讶的是，这些改变不依赖于TOR和胰岛素信号通路，在营养控制组，基因表达程序一般活跃。反而控制蜕皮的一种调控因子，至少一定程度上发生了改变。蜕皮是决定线虫发育和生长的一种基因程序。这揭示了饮食、基因表达和生理之间的一个关键联系。
论文的第一作者、Walhout 实验室博士后Lesley MacNeil 说：“重要的是，在线虫中受到饮食影响的相同调控因子，在人类中控制了昼夜节律。我们已经知道昼夜节律受到饮食的影响。这为我们现在能够利用线虫研究饮食、基因表达、生理之间的复杂联系，和它们与人类疾病的关系，指出了可能性。”
值得注意的是，Walhout和同事们观察到，甚至在大肠杆菌饮食中加入少量的从毛单胞菌，也会显著地改变基因表达和生理。这些结果提供了一种诱人的可能：某些饮食可能是“不健康的”，但在不同的情况下，将特定数量的某些食物加入其中可能会导致不同的生理后果。
“准确来讲，就是将少量的‘健康’食物加入到不健康的饮食中，可能会引起有益的基因改变，导致深远的生理影响，”Walhout说。
通过其他的研究，Walhout实验室进一步探讨了利用线虫作为模式系统，解答关于人类疾病与饮食治疗复杂问题的可能性。在第二篇文章中，Walhout和同事们发现与线虫代谢相关的基因表达受到破坏，可导致代谢失衡，干扰动物的饮食反应；这一结果有可能与治疗一类人类遗传疾病有着直接相关性。
第二篇Cell论文的共同第一作者、Walhout 实验室博士生Emma Watson 说：“为了更好地了解饮食影响线虫基因表达的分子机制，我们进行了遗传筛查，寻找导致一种饮食异常反应的基因。我们发现，一个大的代谢和调控基因网络整合了内部细胞营养需求和失衡。然后这一信息被传递到线虫信息处理基因，控制动物适当反应。”
这些研究结果表明，存在一个遗传调控网络促进了对内部生理和外部环境信号的快速反应，来维持线虫中的代谢平衡。有趣的是，一种相似的现象也与导致人类先天代谢疾病的一些突变相关；编码某些酶的基因发生缺陷导致了数种遗传疾病。这些酶可帮助将营养物转换成了细胞中可用的材料。通过饮食干预，避免累积毒素，补充患者耗竭的代谢物通常可对这些疾病进行治疗。
根据Walhout博士所说，利用线虫中这一遗传调控网络，或许还可以比较如何利用某些饮食疗法来缓解这些代谢疾病。也可能用于筛查能够获得与饮食治疗相同结果的，药物或其他小分子。
虽然Walhout和同事们是在线虫中试图解答一个基本的饮食问题，他们获得的答案直接与人类的疾病和治疗相关，因此确立了线虫作为一种模式系统，来阐明饮食反应、先天代谢疾病和它们之间相互联系。
“因为许多原因，解答人类饮食、基因表达和生理之间的复杂相互影响非常的困难。现在我们利用一种非常易于处理的系统——线虫提出了一些关于饮食中的哪些成分可以影响基因表达、生理性状，以及最终导致人类疾病等问题，”Walhout说。