Nature子刊发现肠道细菌的隐藏力量！在无氧世界中茁壮成长

　　

最近的研究揭示了某些肠道细菌利用各种代谢物获取能量的独特能力，这表明肠道微生物组在人类健康中发挥着重要作用，并具有治疗干预的潜力。

对细菌基因组的调查强调了微生物在肠道缺氧环境中产生能量的酶库。

肠道微生物群对人体消化和健康非常有用，因此通常被称为额外的消化器官。肠道中大量的细菌和其他微生物帮助我们分解食物，产生营养物质或其他代谢物，以各种方式影响人类健康。芝加哥大学的一项新研究表明，这些微生物帮手中的一些群体也非常机智，它们拥有大量的基因，可以帮助它们为自己产生能量，并可能影响人类的健康。

创新研究成果

该论文于2024年1月4日发表在《自然微生物学》杂志上，确定了22种代谢物，三种远亲肠道细菌家族在肠道厌氧环境中使用代谢物代替氧气进行呼吸。这些细菌也有多达数百个基因副本，用于产生处理这些替代代谢物的酶——比生活在肠道外的细菌中测量到的要多得多。这些结果表明，厌氧肠道细菌可能也有能力从数百种其他化合物中产生能量。

芝加哥大学微生物学纽鲍尔家庭助理教授、该研究的资深作者山姆·莱特博士说:“这些都是一些特殊代谢作用于肠道微生物群产生的所有不同代谢物的例子。”“这很有趣，因为微生物组影响我们健康的主要方式之一是制造或修改这些小分子，然后这些小分子可以进入我们的血液并像药物一样起作用。”

了解细胞呼吸作用

在有机体层面上，我们通常认为呼吸是吸入氧气的过程。在细胞水平上，呼吸作用描述了一个产生能量的生化过程。大多数细胞使用氧气进行呼吸，但在像肠道内部这样的厌氧环境中，细胞已经进化到使用其他分子。

细胞有两种主要的代谢方式来产生能量:发酵和呼吸。在发酵过程中，细胞分解分子直接产生能量。呼吸作用涉及两个分子:一个电子供体和一个电子受体。这个过程的一个经典例子是葡萄糖作为供体，氧气作为受体。在最终转移到氧分子之前，细胞通过一系列步骤将提取出来的电子来回穿梭来分解葡萄糖。这促使细胞产生ATP或三磷酸腺苷:在细胞水平上使用和储存能量的基本来源。

肠道微生物独特的呼吸作用

大多数生活在肠道中的微生物都利用发酵，但也有几种已知的呼吸代谢细菌，包括那些利用二氧化碳和硫酸盐电子受体的细菌。在这项新研究中，研究人员分析了来自人类肠道细菌数据库的1500多个基因组的数据库。他们发现了产生还原酶的基因的惊人分布，还原酶是一种使用不同呼吸电子受体的酶。虽然大多数基因组只编码几种还原酶，但一小部分基因组编码30多种不同的还原酶。这些细菌并不是近亲;它们来自三个截然不同的远亲科(伯克霍尔德科、蛋草科和丹毒科)，它们在数亿年的进化史上相隔万里。

这些细菌似乎比生活在宿主生物外部的呼吸代谢细菌更有资源，后者主要使用无机化合物。Light和他的团队发现，呼吸道肠道细菌专门从事各种有机代谢物，考虑到持续的食物供应，这是有道理的。

“肠道中有很多来自我们吃的食物的有机物质。它的化学性质复杂，你需要更多的酶来适应这种环境，我们认为，这种基因的多样性使肠道细菌能够利用很多不同的东西。”

对人类健康的影响

它们使用的一些代谢物对人体肠道健康也有有趣的影响。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产品咪唑丙酸。另一种代谢物，白藜芦醇，影响几个代谢和免疫系统过程，衣康酸是由巨噬细胞对感染的反应产生的。

莱特博士希望更多这样的研究能帮助我们了解肠道中不同微生物的功能，进而改善健康。

他说:“我希望我们对这些不同的代谢及其工作原理的理解将使我们能够提出干预策略——无论是通过饮食还是药物——通过这些不同的途径调节代谢物的流动。”“因此，在任何情况下，比如2型糖尿病或感染后，我们都可以控制产生哪些代谢物具有治疗效果。”