青島能源所揭示褐藻寡糖在腸道中的利用機制及其潛在抗炎活性
腸道微生物對膳食纖維的代謝,在宿主的生理和健康狀況中扮演著(zhù)重要角色。海帶、羊棲菜等海藻,不僅是人類(lèi)日常飲食的一部分,而且在2000多年前就被用于治療慢性支氣管炎、急性食管炎和瘺管病等。褐藻膠(alginate)是褐藻細胞壁的主要成分,是由甘露糖醛酸 (β-D-mannuronate, M) 和古羅糖醛酸 (α-L-guluronate, G) 兩種單體通過(guò)β-1,4糖苷鍵連接成的線(xiàn)性多糖。褐藻膠可由褐藻膠裂解酶通過(guò)β-消除反應降解,在生成的寡糖非還原端殘基上形成一個(gè)C-C雙鍵?,F代藥理學(xué)研究多次證明褐藻膠或褐藻膠寡糖(AOS)在體外和體內的抗炎功能。最新的研究揭示了腸道微生物群落對褐藻膠生物活性的重要性。因此,褐藻膠在腸道中的降解和同化可能對其生物活性十分重要。青島能源所一碳生物技術(shù)研究中心近期揭示了褐藻寡糖在腸道中的代謝機制及其對腸道健康的潛在影響,相關(guān)工作在線(xiàn)發(fā)表于Applied and Environmental Microbiology, 并入選編輯精選文章。
腸道微生物對多糖的代謝通常依賴(lài)一系列共定位的基因,稱(chēng)為多糖利用位點(diǎn)(polysaccharide utilization loci, PUL)。褐藻膠利用位點(diǎn)(alginate utilization loci, AUL)最初在海洋菌中發(fā)現,據信已從海洋菌水平轉移到人類(lèi)腸道擬桿菌中。同時(shí),有研究發(fā)現從人糞便樣本中分離出的幾株擬桿菌具有褐藻膠降解能力,但褐藻膠在腸道中的降解與代謝機制尚未系統闡明。
研究團隊首先利用已鑒定的褐藻膠裂解酶一級序列為模板,通過(guò)Blast 比對,在NIH Human Microbiome Project數據庫中搜索人類(lèi)腸道微生物基因組的褐藻膠裂解酶基因,并分析鄰近基因,最終在9株腸道菌發(fā)現潛在的AUL。以其中的克拉魯斯擬桿菌為模式菌,通過(guò)轉錄組測序及生化鑒定,確定了AUL的功能,并構建了一個(gè)特異性利用不飽和褐藻寡糖的AUL工作模型。細菌發(fā)酵產(chǎn)物聯(lián)合轉錄組數據分析表明,與葡萄糖相比,糖醛酸單糖通過(guò)ED途徑發(fā)酵,消耗額外還原力,從而調控整個(gè)細胞短鏈脂肪酸和氨基酸代謝。通過(guò)小鼠進(jìn)一步實(shí)驗證明,褐藻寡糖飼喂可以重塑腸道微生物群落和代謝組,從而緩解硫酸葡聚糖誘導的小鼠急性腸炎。
本工作由一碳生物技術(shù)研究中心李福利研究員和中國海洋大學(xué)海洋藥物篩選與評價(jià)創(chuàng )新中心楊金波教授共同指導完成。本研究獲得了山東省重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、山東省科技創(chuàng )新重大專(zhuān)項以及山東省重點(diǎn)實(shí)驗室資金的支持。(文/圖 馬小清)
原文鏈接:https://doi.org/10.1128/aem.00046-24
Xiao-Qing Ma#; Bing Wang#; Wei Wei#; Fang-Cheng Tan; Hang Su; Jun-Zhe Zhang; Chen-Yang Zhao; Hua-Jun Zheng; Yan-Qin Feng; Wei Shen; Jin-Bo Yang*; Fu-Li Li*; Alginate oligosaccharide assimilation by gut microorganisms and the potential role in gut inflammation alleviation, Applied and Environmental Microbiology, 2024.May 21; 90(5): e0004624.
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