研究發現腸道細菌的隱藏力量！在無氧世界中茁壯成長

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

對細菌基因組的調查強調了微生物在腸道缺氧環境中產生能量的酶庫。

腸道微生物群對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。腸道中大量的細菌和其他微生物幫助我們分解食物，產生營養物質或其他代謝物，以各種方式影響人類健康。芝加哥大學的一項新研究表明，這些微生物幫手中的一些群體也非常機智，它們擁有大量的基因，可以幫助它們為自己產生能量，并可能影響人類的健康。

創新研究成果

該論文于2024年1月4日發表在《自然微生物學》雜志上，確定了22種代謝物，三種遠親腸道細菌家族在腸道厭氧環境中使用代謝物代替氧氣進行呼吸。這些細菌也有多達數百個基因副本，用于產生處理這些替代代謝物的酶——比生活在腸道外的細菌中測量到的要多得多。這些結果表明，厭氧腸道細菌可能也有能力從數百種其他化合物中產生能量。

芝加哥大學微生物學紐鮑爾家庭助理教授、該研究的資深作者山姆·萊特博士說:“這些都是一些特殊代謝作用于腸道微生物群產生的所有不同代謝物的例子。”“這很有趣，因為微生物組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入我們的血液并像藥物一樣起作用。”

了解細胞呼吸作用

在有機體層面上，我們通常認為呼吸是吸入氧氣的過程。在細胞水平上，呼吸作用描述了一個產生能量的生化過程。大多數細胞使用氧氣進行呼吸，但在像腸道內部這樣的厭氧環境中，細胞已經進化到使用其他分子。

細胞有兩種主要的代謝方式來產生能量:發酵和呼吸。在發酵過程中，細胞分解分子直接產生能量。呼吸作用涉及兩個分子:一個電子供體和一個電子受體。這個過程的一個經典例子是葡萄糖作為供體，氧氣作為受體。在最終轉移到氧分子之前，細胞通過一系列步驟將提取出來的電子來回穿梭來分解葡萄糖。這促使細胞產生ATP或三磷酸腺苷:在細胞水平上使用和儲存能量的基本來源。

腸道微生物獨特的呼吸作用

大多數生活在腸道中的微生物都利用發酵，但也有幾種已知的呼吸代謝細菌，包括那些利用二氧化碳和硫酸鹽電子受體的細菌。在這項新研究中，研究人員分析了來自人類腸道細菌數據庫的1500多個基因組的數據庫。他們發現了產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。這些細菌并不是近親;它們來自三個截然不同的遠親科(伯克霍爾德科、蛋草科和丹毒科)，它們在數億年的進化史上相隔萬里。

這些細菌似乎比生活在宿主生物外部的呼吸代謝細菌更有資源，后者主要使用無機化合物。Light和他的團隊發現，呼吸道腸道細菌專門從事各種有機代謝物，考慮到持續的食物供應，這是有道理的。

“腸道中有很多來自我們吃的食物的有機物質。它的化學性質復雜，你需要更多的酶來適應這種環境，我們認為，這種基因的多樣性使腸道細菌能夠利用很多不同的東西。”

對人類健康的影響

它們使用的一些代謝物對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品咪唑丙酸。另一種代謝物，白藜蘆醇，影響幾個代謝和免疫系統過程，衣康酸是由巨噬細胞對感染的反應產生的。

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，進而改善健康。

他說:“我希望我們對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策略——無論是通過飲食還是藥物——通過這些不同的途徑調節代謝物的流動。”“因此，在任何情況下，比如2型糖尿病或感染后，我們都可以控制產生哪些代謝物具有治療效果。”

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