在肠道细菌中发现的新型酶

人体肠道系统包含一个复杂的微生物群落，即肠道微生物群，它代谢了不易被消化的食物成分。然而，在结肠中也存在可能对人宿主产生负面影响的微生物降解过程。由生物学家David Schleheck博士领导的一个研究小组报告说，在与哈佛大学(美国)的研究合作中发现了一种关键酶。该酶参与肠细菌Bilophila wadsworthia对结肠中富含的底物牛磺酸的降解。该过程产生有毒的硫化氢。增加的硫化氢产量被认为与肠屏障的更高渗透性和对感染和结肠癌的更高易感性相关。此外，Bilophila wadsworthia可以作为病原体，例如，在阑尾炎中。结果发表在当前的期刊上美国国家科学院院刊(PNAS)。

牛磺酸主要通过高脂肪饮食引入人体消化系统，但也通过肉类引入。一个高脂肪的饮食会导致生产的胆汁酸，其中之一就是牛磺胆，支持脂肪的消化增加。在大肠，然而，Bilophila细菌降解牛磺胆酸盐，以牛磺酸，以及使用在厌氧能量产生牛磺酸在不存在大气氧的，产生有毒氢硫化物。

这种特殊类型的能量代谢由Bilophila，“胆汁酸爱”生物体，20年前由康斯坦茨大学的生物学家Alasdair Cook教授研究小组首次描述。在该途径中，含硫基团的牛磺酸被分离并还原成硫化氢。然而，直到今天，尚不清楚严格厌氧的Bilophila细菌中的哪种酶是造成这种裂解的原因。现在，一种新型甘氨酰自由基酶的发现使David Schleheck的研究团队能够缩小这种知识差距。

该酶首先在康斯坦茨大学蛋白质组学中心鉴定。通过全蛋白质组分析，研究人员编制了牛磺酸生长过程中细菌细胞中存在的蛋白质的完整列表。“我们发现，在牛磺酸生长过程中会产生大量未知的甘氨酰自由基酶，但在与参比底物生长期间不会产生，”David Schleheck说。“这种酶功能确实完全适合我们对Bilophila牛磺酸降解途径的理解。我们因此发现了一种可以催化这种含硫基团裂解的新型酶，”David Schleheck解释道。

一个关键因素是酶对氧气非常敏感。这意味着它只能在严格的缺氧条件下，即在严格无氧的环境中作出反应，因此，它只能在严格缺氧条件下在实验室中检查。生物学家和共同作者Karin Denger，他已经是库克队的成员：“那时候，我们在其他各种细菌中发现了类似的牛磺酸降解途径。但当时我们没有意识到这种途径Bilophila细菌是如此不同。“David Schleheck，合着者Anna Burrichter和Karin Denger，现在是康斯坦茨大学化学家Spiteller教授合作研究团队的成员，他们还赢得了两位来自哈佛大学的甘氨酰自由基酶专家作为合作伙伴。他们的研究，Emily Balskus教授和Spencer Peck博士。他们能够在大肠杆菌中重组产生Bilophila酶，纯化它，最重要的是，随后重新激活酶系统，从而确认其酶功能。“通过这种方法，我们将来能够研究类似的硫基裂解酶，因为我们在许多重要的肠道细菌中发现了大量此类酶，尽管这些酶的功能仍然完全未知，”大卫施莱克说。

除了其有害作用之外，肠道中的硫化氢形成也可能对人类健康有益，至少在低得多的浓度下，因为硫化氢也可以作为人类的信号化合物。“博士生Anna Burrichter最近描述了来自磺基奎诺克的植物性饮食成分中硫化氢的细菌产生，”David Schleheck说，“现在，我们能够从牛磺胆酸盐和牛磺酸底物中阐明硫化氢的细菌形成为了更好地了解肠道微生物组和人体宿主的复杂共生关系以及硫化氢的作用，了解导致硫化氢的所有途径非常重要。生产，特别是根据宿主的饮食条件。“正如David Schleheck指出的那样，其他肠道细菌降解途径已在他的研究小组中进行研究。

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