研究發(fā)現(xiàn)腸道細(xì)菌的隱藏力量！在無(wú)氧世界中茁壯成長(zhǎng)

最近的研究揭示了某些腸道細(xì)菌利用各種代謝物獲取能量的獨(dú)特能力，這表明腸道微生物組在人類健康中發(fā)揮著重要作用，并具有治療干預(yù)的潛力。

對(duì)細(xì)菌基因組的調(diào)查強(qiáng)調(diào)了微生物在腸道缺氧環(huán)境中產(chǎn)生能量的酶庫(kù)。

腸道微生物群對(duì)人體消化和健康非常有用，因此通常被稱為額外的消化器官。腸道中大量的細(xì)菌和其他微生物幫助我們分解食物，產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或其他代謝物，以各種方式影響人類健康。芝加哥大學(xué)的一項(xiàng)新研究表明，這些微生物幫手中的一些群體也非常機(jī)智，它們擁有大量的基因，可以幫助它們?yōu)樽约寒a(chǎn)生能量，并可能影響人類的健康。

創(chuàng)新研究成果

該論文于2024年1月4日發(fā)表在《自然微生物學(xué)》雜志上，確定了22種代謝物，三種遠(yuǎn)親腸道細(xì)菌家族在腸道厭氧環(huán)境中使用代謝物代替氧氣進(jìn)行呼吸。這些細(xì)菌也有多達(dá)數(shù)百個(gè)基因副本，用于產(chǎn)生處理這些替代代謝物的酶——比生活在腸道外的細(xì)菌中測(cè)量到的要多得多。這些結(jié)果表明，厭氧腸道細(xì)菌可能也有能力從數(shù)百種其他化合物中產(chǎn)生能量。

芝加哥大學(xué)微生物學(xué)紐鮑爾家庭助理教授、該研究的資深作者山姆·萊特博士說(shuō):“這些都是一些特殊代謝作用于腸道微生物群產(chǎn)生的所有不同代謝物的例子。”“這很有趣，因?yàn)槲⑸锝M影響我們健康的主要方式之一是制造或修改這些小分子，然后這些小分子可以進(jìn)入我們的血液并像藥物一樣起作用。”

了解細(xì)胞呼吸作用

在有機(jī)體層面上，我們通常認(rèn)為呼吸是吸入氧氣的過(guò)程。在細(xì)胞水平上，呼吸作用描述了一個(gè)產(chǎn)生能量的生化過(guò)程。大多數(shù)細(xì)胞使用氧氣進(jìn)行呼吸，但在像腸道內(nèi)部這樣的厭氧環(huán)境中，細(xì)胞已經(jīng)進(jìn)化到使用其他分子。

細(xì)胞有兩種主要的代謝方式來(lái)產(chǎn)生能量:發(fā)酵和呼吸。在發(fā)酵過(guò)程中，細(xì)胞分解分子直接產(chǎn)生能量。呼吸作用涉及兩個(gè)分子:一個(gè)電子供體和一個(gè)電子受體。這個(gè)過(guò)程的一個(gè)經(jīng)典例子是葡萄糖作為供體，氧氣作為受體。在最終轉(zhuǎn)移到氧分子之前，細(xì)胞通過(guò)一系列步驟將提取出來(lái)的電子來(lái)回穿梭來(lái)分解葡萄糖。這促使細(xì)胞產(chǎn)生ATP或三磷酸腺苷:在細(xì)胞水平上使用和儲(chǔ)存能量的基本來(lái)源。

腸道微生物獨(dú)特的呼吸作用

大多數(shù)生活在腸道中的微生物都利用發(fā)酵，但也有幾種已知的呼吸代謝細(xì)菌，包括那些利用二氧化碳和硫酸鹽電子受體的細(xì)菌。在這項(xiàng)新研究中，研究人員分析了來(lái)自人類腸道細(xì)菌數(shù)據(jù)庫(kù)的1500多個(gè)基因組的數(shù)據(jù)庫(kù)。他們發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生還原酶的基因的驚人分布，還原酶是一種使用不同呼吸電子受體的酶。雖然大多數(shù)基因組只編碼幾種還原酶，但一小部分基因組編碼30多種不同的還原酶。這些細(xì)菌并不是近親;它們來(lái)自三個(gè)截然不同的遠(yuǎn)親科(伯克霍爾德科、蛋草科和丹毒科)，它們?cè)跀?shù)億年的進(jìn)化史上相隔萬(wàn)里。

這些細(xì)菌似乎比生活在宿主生物外部的呼吸代謝細(xì)菌更有資源，后者主要使用無(wú)機(jī)化合物。Light和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，呼吸道腸道細(xì)菌專門從事各種有機(jī)代謝物，考慮到持續(xù)的食物供應(yīng)，這是有道理的。

“腸道中有很多來(lái)自我們吃的食物的有機(jī)物質(zhì)。它的化學(xué)性質(zhì)復(fù)雜，你需要更多的酶來(lái)適應(yīng)這種環(huán)境，我們認(rèn)為，這種基因的多樣性使腸道細(xì)菌能夠利用很多不同的東西。”

對(duì)人類健康的影響

它們使用的一些代謝物對(duì)人體腸道健康也有有趣的影響。例如，患有2型糖尿病的人血液中含有更高水平的氨基酸副產(chǎn)品咪唑丙酸。另一種代謝物，白藜蘆醇，影響幾個(gè)代謝和免疫系統(tǒng)過(guò)程，衣康酸是由巨噬細(xì)胞對(duì)感染的反應(yīng)產(chǎn)生的。

萊特博士希望更多這樣的研究能幫助我們了解腸道中不同微生物的功能，進(jìn)而改善健康。

他說(shuō):“我希望我們對(duì)這些不同的代謝及其工作原理的理解將使我們能夠提出干預(yù)策略——無(wú)論是通過(guò)飲食還是藥物——通過(guò)這些不同的途徑調(diào)節(jié)代謝物的流動(dòng)。”“因此，在任何情況下，比如2型糖尿病或感染后，我們都可以控制產(chǎn)生哪些代謝物具有治療效果。”

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