A bélbaktériumok segítik a japán emésztést • Alexander Markov • Tudományos hírek a "Elemekről" • Genetika, evolúció

A bélbaktériumok segítik a japán emésztést az algákban

Vörös hínár Porphyra (nori) egy népszerű sushi étel termék Japánban. Az átlagos japánok 14,2 g napi nóriát fogyasztanak. Fotók microbewiki.kenyon.edu és www.quickspice.com

A bélflóra segít az emlősöknek emészteni a növényi eredetű szénhidrátokat. Étrendünk jellemzői befolyásolják a bélbaktériumok fejlődését. Francia tudósok azt találták, hogy a japánok belsejében élő mikrobák speciális enzimeket termelnek a porphyran felosztásához. Ez a szénhidrát a piros algákban található, amelyek Japánban már régóta fontos részét képezik az étrendnek. A porphyranáz enzimgéneket a japán bélmikrobitumok kölcsönözték a tengeri baktériumokból horizontális genetikai csere útján. Az amerikaiak belsejéből származó baktériumok nem rendelkeznek ilyen génekkel.

Az emberekben és más főemlősök genomjában nincsenek olyan gének, amelyek sok növényi poliszacharid asszimilációhoz szükségesek, ami fontos összetevője az étrendünknek. A problémát szimbiotikus bélbaktériumok oldják meg, amelyek genomjain vannak azok a gének, amelyek hiányoznak (lásd: A bél mikroflóra egy személyt "szuperorganizmus" -nak, "Elements" -nek nevez, 2006.06.09.).

A tengeri moszat különleges szulfatált szénhidrátokat tartalmaz, amelyek nincsenek szárazföldi növényekből. Néhány tengeri heterotróf baktérium táplálja ezeket a szénhidrátokat, beleértve Zobellia galactanivorans a Bacteroidetes csoportból. Azok az enzimek, amelyekkel a baktériumok lebontják a szulfatált szénhidrátokat, még nem ismertek. A baktériumok genomjának tanulmányozása Z. galaktanivoránok, A francia kutatók felfedeztek öt gént, amelyek nukleotidszekvenciájuk alapján képesek ilyen enzimeket kódolni. E gének közül kettőt E. coliba transzplantáltunk, amely lehetővé tette számunkra, hogy tiszta formában izolálják az általuk kódolt enzimeket, és kísérletileg vizsgálják meg tulajdonságaik tulajdonságait. Kiderült, hogy az összes növényi poliszacharid közül az enzimek csak a porfiránt, a porfírban és más vörös algákban lévő szulfatált szénhidrátot bontják le. Így a kutatók új enzimkategóriát fedeztek fel, amit "porfíranázoknak" neveztek.

A munka következő szakasza a porfíranáz háromdimenziós szerkezetének tanulmányozása és ezeknek az enzimek aktív központjának azon jellemzõinek azonosítása, amelyek a porphyran szelektív kötõdését biztosítják.Kiderült, hogy a porphyranáz aktív centrumában van egy speciális "zseb" a szulfátcsoport számára, amelyhez a nem szulfatált szénhidrátokat lebontó kapcsolódó enzimek nem rendelkeznek.

Az enzim szerkezetének megértésénél a tudósok képesek voltak a Genbankben tárolt nukleotidszekvenciák körében nagy porphyranáz-keresést végezni. Porphyranázokat találtunk számos tengeri baktériumban, valamint baktériumokban Bacteroides plebeiusmegtalálható az emberi belekben. Az irodalom 6 baktériumtörzsét írja le, amelyek mindegyike Japán lakosságában található. A nemzetség további 24 genomja ismert. Bacteroides, amelyek a különböző országokból származó emberek belsejében élnek, de ezeknek a baktériumoknak egyikén sem porphyranáz, sem más speciális enzim nem képes a szénhidrát algák lebontására.

Részletesebb genomelemzés Bacteroides plebeius azt mutatta, hogy a porphyranáz gén mellett további 16 gén kapcsolódik a poliszacharidok emésztéséhez. Ezek közül csak hat a más bélben talált génekhez kapcsolódott Bacteroides. A fennmaradó 10 gén (köztük a béta-galaktozidáz, a béta-agaráz és a szulfatáz enzimek génjei), mint a gén porphyranáz,leginkább hasonlítanak az alga-poliszacharidokat tápláló tengeri baktériumok génjeire. Ez azt jelenti, hogy a bélbaktériumok Bacteroides plebeius olyan gének komplexét szerezte meg, amely szükséges ahhoz, hogy a tengeri baktériumok alga-poliszacharidokat horizontális genetikai csere útján fel lehessen osztani. Teljes mértékben összhangban a következtetéssel a vizsgált gének közelében a genomban Bacteroides plebeius vannak olyan speciális gének, amelyek részt vesznek a vízszintes csere végrehajtásában (lásd relaxáz).

A szerzők a bélflóra metagenomikus analízisének módszerét 13 japán és 18 észak-amerikai önkéntesben vizsgálták. Négy japán állampolgár, köztük az anya és anyateje, porphyranázokat és agarázokat találtunk, ami jelzi annak lehetőségét, hogy a bélsárgák bizonyos bélsárgatartalmát szülőkből leszármazottakká alakítsák át. Az észak-amerikai mintában sem porphyranase, sem agaraz nem volt kimutatható.

Nyilvánvaló, hogy a japán bélbaktériumok képesek voltak hasznosítani a hasznos géneket a tengeri mikrobákból, köszönhetően a friss algák Japánban való fogyasztásának szokásainak. Nori (porfír) valójában a porphyran egyetlen forrása az emberi étrendnek.A japánok már a korai középkorban evettek az algákat: a 8. századból származó dokumentumok megmaradtak, amiből következik, hogy az algák adót fizetnek a kincstárnak. De néhány évszázad vagy évezredek jelentéktelenül rövid idő a növényevő és mindenevő emlősök bélflórájának tízmillió éves fejlődéséhez képest. A horizontális áthelyezés tényét ebben az esetben könnyű megállapítani, mivel a genetikai kölcsönzés viszonylag korábban történt. A szárazföldi növények poliszacharidjainak emésztésére szolgáló géneket valószínűleg a bélbaktériumok is vízszintes átvitel révén szerezték meg, de sokkal nehezebb azt évekkel ezelőtt bizonyítani.

A tanulmány kimutatta, hogy az emberek még a történelmi időkben sem veszítették el képességüket arra, hogy gyorsan alkalmazkodjanak saját étrendjük változásaihoz és új biokémiai funkciókat tanuljanak. Ebben az esetben az adaptáció a bélikus szimbionációk genetikai változásai miatt következett be, de más esetekben az adaptáció a genomban lévő mutációk rögzítésével is előfordulhat. Egy tipikus példa egy mutáció terjedése,lehetővé téve a felnőttek számára a tejcukor laktóz megemésztését, a tejtermelésben részt vevő népek (lásd: S. A. Borinskaya, a népek genetikai sokfélesége). Mindkét esetben az emberek megváltozott viselkedése (a fogyasztói tej megjelenése vagy a nyers algák fogyasztása) befolyásolta a szelekció irányát, és hozzájárult a mutációk rögzítéséhez, amelyek ebből a viselkedésből előnyösek. Ez a mechanizmus, amely képes a tanuló állatok fejlődésére, a "értelmesség" és a "célszerűség" megjelenését, Baldwin-effektusnak nevezik. (További tudnivalók: Genes szabályozza a viselkedést és a viselkedési géneket, Elements, 12.11.2008 ).

Forrás: Jan-Hendrik Hehemann, Gallle Correc, Tristan Barbeyron, William Helbert, Mirjam Czjzek, Michel Gurvan. A szénhidrát-enzimek japán baktériumból japán bél mikrobiótápá történő átadása // természet. 2010. V. 464. P. 908-912.

Lásd még:
A bél mikroflóra egy személyt "szuperorganizmus", "Elements", 2006.06.09.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: