所有动物都必须 排尿以排出体内液体废物。虽然健康人的尿液呈明显的黄色，但几个世纪以来，科学家们一直不清楚是什么导致 尿液 呈现这种色调。现在，来自马里兰大学和美国国立卫生研究院的一个团队认为，他们通过确定使尿液呈黄色的微生物酶，解开了这个谜团。研究结果刊登在 1月3日发表在《英国皇家学会杂志》（Nature Microbiology）上的研究 中。
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据 该研究的合著者、马里兰大学微生物学家布兰特利·霍尔（Brantley Hall） 介绍，该团队在前人几十年的研究基础上，历经三年半艰苦的实验室实验，发现存在于肠道微生物群中的一种名为 胆红素还原酶 的酶是尿液呈黄色的原因。
“肠道微生物群中充满了令人难以置信的化学家。这些 肠道微生物 产生的各种分子对人体生理功能至关重要，”霍尔告诉《大众科学》。 “随着我们对肠道微生物化学的了解不断深入，我们将能理解更多重要的事情。但所有这些研究的第一步是找出负责的酶。如果你不知道发生了什么，基本上你就无法开始研究。”
解开一个微生物之谜
此前，科学家们知道尿液的黄色颜色来自于身体如何清除衰老的血细胞。红细胞的寿命通常约为 120天，它们在肝脏中被降解。这个过程的一个副产品叫做 胆红素，它是一种鲜橙色的物质，从肝脏分泌到肠道。然后，肠道中的细菌将胆红素转化为一种无色的物质，称为 尿胆原。尿胆原最终被降解为一种名为 尿胆素 的黄色色素分子，该分子在着色过程中起作用。科学家们不知道的是负责这一过程的 细菌酶。
根据布兰特利的说法，识别这种酶长期以来一直是一个微生物学难题，原因主要有两个。第一个 挑战 是，在实验室中培养 厌氧微生物 历来非常困难且昂贵。
“执行此功能的微生物无法在有大气氧的环境中生存。它们会在几分钟或几秒钟内死亡，”霍尔说。 “而且它们肯定从来没有生长过。”
布兰特利和他的团队能够利用过去15年里在培养这些无氧生存并茁壮成长的微生物方面取得的科学进步。
第二个挑战是肠道微生物组的基因组序列不足。最近在基因测序方面的改进意味着有 更多的序列 可供团队研究，以了解肠道微生物是如何工作的。
“在我们的案例中，我们识别出了还原胆红素的微生物和不还原胆红素的微生物。然后，我们对两者进行了比较基因组学分析，从而识别出候选基因，”霍尔说。
深入肠道微生物组
在这项研究中，该团队比较了将胆红素转化为尿胆原的人体肠道细菌的确切物种与不能进行这种转化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）来测试这种酶是否也能在其中以及在其他肠道细菌中将胆红素转化为尿胆原。
在搜索了所有已知的细菌物种中的这种基因后，该团队发现该酶主要由属于一类占主导地位的肠道微生物群的细菌产生，称为 厚壁菌门。在对1000多名成年人的肠道微生物组进行基因筛选以寻找尿液着色基因后，他们发现99.9%的人体内都有携带胆红素还原酶基因的肠道细菌。
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“我认为最大的惊喜是这种功能在成年人中的普遍性，”霍尔说。 “基本上，每个人的尿液都是黄色的，每个人的粪便都是棕色的，所以我们知道必须有微生物做到这一点。实际上，执行此功能的微生物数量并不多，而且它们普遍存在于每个人身上。”
潜在的医疗应用
该研究还考察了患有炎症性肠病（IBD）的成年人和 患有黄疸的婴儿 是否携带该基因。只有约68%的IBD患者携带该基因，而约40%的3个月以下、患黄疸风险较高的婴儿携带该基因。尽管还需要进一步研究，但识别这些酶和基因有助于开发出更好的IBD、黄疸甚至胆结石治疗方法。
“人们对肠道健康充满热情，我非常喜欢和大家谈论肠道健康，”霍尔说。 “每个人都有肠道问题，或者认识有肠道问题的人，我认为这是通过积极的方式调节人类肠道微生物群和健康的巨大机会。”
