Intestinale bakterier hjælper de japanske fordøjelsesalger • Alexander Markov • Videnskabsnyheder om "Elements" • Genetik, Evolution

Tarmbakterier hjælper de japanske fordøjelsesalger

Rød tang Porphyra (nori) er et populært sushi madprodukt i Japan. Den gennemsnitlige japanske spiser 14,2 g nori per dag. Billeder fra microbewiki.kenyon.edu og www.quickspice.com

Tarmfloraen hjælper pattedyr med at fordøje kulhydrater af vegetabilsk oprindelse. Egenskaberne af vores kost påvirker udviklingen af ​​tarmbakterier. Franske forskere har fundet ud af, at mikrober, der lever i tarmene i japansk, producerer specielle enzymer til opdeling af porfyran. Denne kulhydrat findes i røde alger, som i Japan længe har været en vigtig del af kosten. Porphyranase-enzymgener blev lånt af japanske intestinale mikrober fra marine bakterier gennem horisontal genetisk udveksling. Bakterier fra tarmene hos amerikanerne har ikke sådanne gener.

I genomet af mennesker og andre primater er der ingen gener nødvendige til assimilering af mange plantepolysaccharider, som er en vigtig bestanddel af vores kost. Problemet løses af symbiotiske intestinale bakterier, i hvis genomer er der de gener, som vi mangler (se: Tarmmikrofloraen gør en person til en "superorganisme", "Elements", 09.06.2006).

Tang indeholder særlige sulfaterede kulhydrater, der er fraværende fra landplanter. Nogle marine heterotrofe bakterier fodrer med disse kulhydrater, herunder Zobellia galactanivorans fra Bacteroidetes-gruppen. Enzymer, hvormed bakterier bryder ned sulfaterede kulhydrater, er endnu ikke kendt. Studerer bakteriegenomet Z. galactanivorans, Har franske forskere opdaget fem gener, der dømmer ved deres nukleotidsekvens, kunne kode for sådanne enzymer. To af disse gener blev transplanteret i E. coli, som tillod os at isolere de enzymer, der kodes af dem i deres rene form og til at studere deres egenskaber eksperimentelt. Det viste sig, at alle plantepolysaccharider nedbryder disse enzymer kun porfyran, et sulfateret kulhydrat indeholdt i porfyr og andre røde alger. Således opdagede forskerne en ny klasse enzymer, som de kaldte "porfyranaser".

Den næste fase af arbejdet var undersøgelsen af ​​den tredimensionelle struktur af porfyranase og identifikationen af ​​disse egenskaber ved det aktive middel af disse enzymer, der tilvejebringer selektiv binding af porfyran.Det viste sig, at der i det aktive center af porfyranase er en særlig "lomme" til sulfatgruppen, som de relaterede enzymer, der nedbryder usulfaterede kulhydrater, ikke har.

Forståelse af enzymets struktur var forskerne i stand til at gennemføre en storstilet søgning efter porfyranaser blandt de sekventerede nukleotidsekvenser, der blev opbevaret i Genbanken. Porphyranaser blev fundet i flere marine bakterier såvel som i bakterier Bacteroides plebeiusfundet i tarmene hos mennesker. Litteraturen beskriver 6 stammer af denne bakterie, som alle blev fundet i indbyggerne i Japan. Genomerne af 24 andre arter af slægten er kendt. Bacteroides, der lever i tarmene fra mennesker fra forskellige lande, men ingen af ​​disse bakterier har enten porfyranase eller andre specialiserede enzymer designet til at nedbryde kulhydratalgerne.

Mere detaljeret genomanalyse Bacteroides plebeius viste at ved siden af ​​porphyranase-genet er der yderligere 16 gener forbundet med fordøjelse af polysaccharider. Kun seks af disse var relateret til gener fundet i anden tarm Bacteroides. De resterende 10 gener (herunder generne af enzymerne beta-galactosidase, beta-agarase og sulfatase), som genporfyranasen,mest ligner generne af marine bakterier, der foder på alger polysaccharider. Dette betyder, at intestinale bakterier Bacteroides plebeius erhvervet et kompleks af gener, der er nødvendige for opdeling af algalpolysaccharider fra marine bakterier gennem horisontal genetisk udveksling. I fuld overensstemmelse med denne konklusion i nærheden af ​​de studerede gener i genomet Bacteroides plebeius der er specialiserede gener involveret i gennemførelsen af ​​horisontal udveksling (se relaxase).

Forfatterne undersøgt ved metagenomisk analyse af tarmflora hos 13 japanske og 18 nordamerikanske frivillige. Porfyranaser og agaraser blev fundet i fire japanske borgere, herunder moderen og hendes brystdatter, hvilket indikerer muligheden for at overføre specifikke tarmbakterier fra forældre til efterkommere. I den nordamerikanske prøve blev hverken porfyranase eller agaraz detekteret.

Tilsyneladende var de japanske intestinale bakterier i stand til at låne nyttige gener fra marine mikrober takket være brugerne til at spise friske alger i Japan. Nori (porfyr) er faktisk den eneste kilde til porfyran i den menneskelige kost.De japanske spiste alger allerede i de tidlige middelalder: dokumenter fra det 8. århundrede blev bevaret, hvoraf det følger, at alger kunne betales skat til statskassen. Men adskillige århundreder eller årtusinder er en ubetydelig kort tid i forhold til titusindvis af millioner af år med udvikling af tarmfloraen af ​​plantelevende og altærende pattedyr. Faktisk om horisontal overførsel i denne sag var let at fastslå, fordi genetisk lånoptagelse forekom relativt nylig. Gener til fordøjelsen af ​​polysaccharider af jordbaserede planter blev sandsynligvis også erhvervet af intestinale bakterier ved vandret overførsel, men det er meget vanskeligere at bevise det for mange år siden.

Undersøgelsen viste, at folk selv i historisk tid ikke miste evnen til hurtigt at tilpasse sig ændringer i deres egen kost og lære nye biokemiske funktioner. I dette tilfælde opstod tilpasning på grund af genetiske ændringer i tarm symbionter, men i andre situationer kan tilpasning også ske ved at fastsætte mutationer i vores eget genom. Et typisk eksempel er udbredelsen af ​​en mutation,giver voksne mulighed for at fordøje mælkesukkerlaktose fra folk, der beskæftiger sig med mælkeproduktion (se: S. A. Borinskaya. Genetisk mangfoldighed af folk). I begge tilfælde påvirket den ændrede adfærd hos mennesker (fremkomsten af ​​brugen af ​​mælk eller spisende råalger) retningen for udvælgelse og bidrog til fikseringen af ​​mutationer, der netop er til gavn for sådan adfærd. Denne mekanisme, som er i stand til at give udviklingen af ​​at lære dyr udseendet af "meningsfuldhed" og "målrettethed", er kendt som Baldwin-effekten (for mere om dette, se notatet Genes govern behavior and the behavior genes, Elements, 12.11.2008 ).

Kilde: Jan-Hendrik Hehemann, Gallle Correc, Tristan Barbeyron, William Helbert, Mirjam Czjzek, Gurvan Michel. Overførsel af kulhydratenzymer fra japanske bakterier til japansk tarmmikrobiota // natur. 2010. V. 464. P. 908-912.

Se også:
Intestinal mikroflora gør en person til en "superorganisme", "Elements", 09.06.2006.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

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