stringtranslate.com

Methanobrevibacter smithii

Фазово-контрастное фото Methanobrevibacter smithii PS T

Methanobrevibacter smithii является преобладающим метаногенным археем в микробиоте кишечника человека . [1] M. smithii имеет форму коккобациллы . Он играет важную роль в эффективном переваривании полисахаридов (сложных сахаров ), потребляя конечные продукты бактериальной ферментации (H2 , ацетат, формиат в некоторой степени). [2] M. smithii является гидрогенотрофным метаногеном , который использует водород , соединяя его с углекислым газом для образования метана . Считается, что удаление водорода M. smithii позволяет увеличить извлечение энергии из питательных веществ путем смещения бактериальной ферментации в сторону более окисленных конечных продуктов. [3]

Methanobrevibacter smithii также обнаруживается в зубном налете и во влагалище (при вагинозе ). [4]

Значение в кишечнике человека

Микробиота кишечника человека состоит из трех основных групп микроорганизмов, потребляющих водород, или гидрогенотрофов : метаногены, включая M. smithii ; различные ацетогенные бактерии ; и сульфатредуцирующие бактерии . Различные роли этих микроорганизмов полезны для понимания того, как метаболизм водорода влияет на эффективность ферментации пищи. [5] Накопление водорода в кишечнике снижает эффективность микробной ферментации, а также выход энергии. Поэтому метаногенные археи особенно важны для кишечника человека, поскольку они играют ключевую роль в удалении избытка водорода. [3] M. smithii является наиболее распространенной метаногенной археей в микробиоте кишечника человека. M. smithii играет первостепенную роль в пищеварительных процессах и имеет высокую распространенность в человеческих фекалиях . [6]

В микробиоте кишечника доминируют грамотрицательные Bacteroidota и Bacillota (в основном грамположительные ). Археи наиболее ярко представлены метаногенными M. smithii . Считается, что M. smithii является терапевтической целью для манипуляций и адаптации к экосистеме кишечника. [7]

M. smithii имеет значительное обогащение генов, участвующих в утилизации углекислого газа (CO 2 ), водорода (H 2 ) и формиата ( HCO−2) для метаногенеза . Он также имеет неповрежденный путь, позволяющий кластеру генов утилизации CO 2 для метаногенного потребления метаболита, произведенного Bacteroides thetaiotaomicron . [7]

M. smithii поддерживает метаногенное и неметаногенное удаление различных бактериальных конечных продуктов ферментации. [7]

Доминирующий архей в экосистеме кишечника человека влияет на специфику и эффективность бактериального переваривания пищевых полисахаридов. Это влияет на количество потребляемых человеком калорий и жировых отложений. [7] M. smithii , наряду с некоторыми бактериями, чаще встречается у худых людей, чем у людей с избыточным весом. [8] Исследователи секвенировали геном M. smithii , что указывает на то, что M. smithii может быть терапевтической целью для снижения количества потребляемой энергии у людей с ожирением. [7]

Клеточная стенка и клеточная мембрана по сравнению с бактериями

Клеточная стенка и клеточная мембрана Methanobrevibacter smithii определяют восприимчивость к антибиотикам и статинам . Клеточная стенка состоит из псевдопептидогликана (а не пептидогликана, как у бактерий), что делает археи устойчивыми к лизоциму и многим антибиотикам, которые мешают синтезу клеточной стенки. Клеточная мембрана состоит из липидного бислоя или монослоя, остов которого состоит из изопреновых единиц, которые связаны с глицерином эфирными связями. Напротив, липидный бислой бактерий состоит из жирнокислотного остова, который связан с глицерином эфирной связью . Наличие статино-чувствительных изопреновых единиц в клеточной мембране архей позволяет статинам избирательно мешать росту архей, оставляя клеточную мембрану бактерий незатронутой. Хотя бактерии не используют изопреновые единицы в своей клеточной мембране, они все равно необходимы в других местах. Однако эти бактериальные изопреновые единицы синтезируются мевалонатным путем (MEP), который не ингибируется статинами. [9]

У пациентов с анорексией

В 2009 году было проведено крупнейшее на сегодняшний день исследование на людях, касающееся ожирения и микробиоты кишечника . Расстройства, связанные с ожирением, являются результатом дисбаланса и имеют серьезные последствия, такие как сердечно-сосудистые заболевания , диабет 2 типа и рак толстой кишки . Микробиота кишечника и окружающая среда способствуют энергетическому дисбалансу из-за своего участия в потреблении, преобразовании и хранении энергии. Методы, не зависящие от культуры, показали, что высокие доли метаногенов могут составлять до 10% всех анаэробов в толстой кишке здоровых взрослых. Среднее количественное значение M. smithii для группы с анорексией было намного выше, чем для группы с худым и ожирением. Таким образом, у пациентов с анорексией было обнаружено большее количество M. smithii , чем у худых пациентов.

Развитие Methanobrevibacter у пациентов с анорексией может быть связано с адаптивной попыткой оптимального использования низкокалорийной диеты пациентов с анорексией. Таким образом, увеличение M. smithii приводит к оптимизации преобразования пищи в низкокалорийных диетах. M. smithii также может быть связан с запором, распространенным состоянием у пациентов с анорексией. [3]

М. smithiiи запор

Наблюдательные исследования показывают сильную связь между задержкой кишечного транзита и выработкой метана. Экспериментальные данные предполагают прямую ингибирующую активность метана на гладкие мышцы толстой и подвздошной кишки и возможную роль метана как газотрансмиттера . Статины могут ингибировать биосинтез мембран архейных клеток, по-видимому, не влияя на количество бактерий, как показано на скоте и людях. Это открывает возможность терапевтического вмешательства, нацеленного на конкретный этиологический фактор запора, при этом защищая кишечный микробиом. Хотя обычно считается, что статины ингибируют выработку метана посредством их воздействия на биосинтез клеточной мембраны, опосредованного ингибированием HMG-CoA-редуктазы , накапливаются доказательства альтернативного или дополнительного механизма действия, при котором статины напрямую ингибируют метаногенез . Похоже, что этот другой механизм может преобладать при введении лактонной формы статинов, в частности ловастатина . [9]

Вирусы

Хромосома Methanobrevibacter smithii PS содержит провирус, полученный в результате интеграции генома архейного вируса с головой и хвостом. [10] Было показано, что провирус спорадически индуцируется, что приводит к высвобождению вирионов с изометрическими икоаэдрическими капсидами и длинными несократимыми хвостами (морфология, подобная сифовирусу). [11] Было обнаружено, что вирус Methanobrevibacter smithii tailed virus 1 (MSTV1) сосуществует со своим хозяином в стабильном равновесии, при этом среднее соотношение вируса к хозяину поддерживается на уровне ~0,1 как in vitro, так и in vivo. Подобная динамика также типична для бактериофагов, инфицирующих кишечные бактерии, что позволяет предположить, что бактериальные и архейные вирусы в желудочно-кишечном тракте имеют сходную стратегию распространения. [11]

Ссылки

  1. ^ Миллер, Терри Л.; Волин, Мейер Дж. (февраль 1982 г.). «Подсчет Methanobrevibacter smithii в человеческих фекалиях». Архив микробиологии . 131 (1): 14–18. doi :10.1007/BF00451492. ISSN  0302-8933.
  2. ^ Уитмен, Уильям Б., ред. (2015-09-14). Руководство Берджи по систематике архей и бактерий (1-е изд.). Wiley. doi :10.1002/9781118960608.gbm00496. ISBN 978-1-118-96060-8.
  3. ^ abc Armougom F; Henry M; Vialettes B; Raccah D; et al. (2009). «Мониторинг бактериального сообщества микробиоты кишечника человека выявил увеличение количества лактобацилл у пациентов с ожирением и метаногенов у пациентов с анорексией». PLOS ONE . ​​4 (9): e7125. Bibcode :2009PLoSO...4.7125A. doi : 10.1371/journal.pone.0007125 . PMC 2742902 . PMID  19774074. 
  4. ^ Belay, N; Mukhopadhyay, B; Conway de Macario, E; Galask, R; Daniels, L. 1990. Метаногенные бактерии в образцах влагалища человека. Журнал клинической микробиологии, 28 (7), 1666–1668.
  5. ^ Хансен, Элизабет Э.; Лозупоне, Кэтрин А.; Рей, Федерико Э.; Ву, Мэн; Гуруге, Джанаки Л.; Нарра, Аниша; Гудфеллоу, Джонатан; Заневельд, Джесси Р.; Макдональд, Дэниел Т. (15.03.2011). «Пангеном доминирующей человеческой кишечно-ассоциированной археи Methanobrevibacter smithii, изучен на близнецах». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 Suppl 1 (Suppl 1): 4599–4606. Bibcode : 2011PNAS..108.4599H. doi : 10.1073/pnas.1000071108 . ISSN  1091-6490. PMC 3063581. PMID  21317366 . 
  6. ^ Бедис, Д., Мирей, Х. (2009). «Высокая распространенность Methanobrevibacter smithii и Methanosphaera stadtmanae обнаружена в кишечнике человека с использованием улучшенного протокола обнаружения ДНК». PLOS One 4(9) e7063.
  7. ^ abcde Бак, С., Хансен, Э., (2007). «Геномные и метаболические адаптации Methanobrevibacter smithii к кишечнику человека». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки 104, 10643-10648.
  8. ^ Stenman LK, Burcelin R, Lahtinen S (2016). «Установление причинно-следственной связи между кишечными микробами, увеличением веса тела и метаболизмом глюкозы у людей — к лечению пробиотиками». Beneficial Microbes . 7 (1): 11–22. doi :10.3920/BM2015.0069. PMID  26565087.
  9. ^ ab Gottlieb, K., Wacher, V., Sliman, J., & Pimentel, M. (2015). Обзорная статья: ингибирование метаногенных архей статинами как целевая стратегия лечения запоров и связанных с ними расстройств. Пищевая фармакология и терапия.
  10. ^ Крупович, М.; Фортерре, П.; Бэмфорд, Д.Х. (2010). «Сравнительный анализ мозаичных геномов хвостатых архейных вирусов и провирусов предполагает общие темы для архитектуры и сборки вирионов с хвостатыми вирусами бактерий». Журнал молекулярной биологии . 397 (1): 144–60. doi :10.1016/j.jmb.2010.01.037. PMID  20109464.
  11. ^ ab Baquero, DP; Медведева, S; Martin-Gallausiaux, C; Pende, N; Sartori-Rupp, A; Tachon, S; Pedron, T; Debarbieux, L; Borrel, G; Gribaldo, S; Krupovic, M (2024). "Стабильное сосуществование архейного вируса и доминирующего метаногена человеческого кишечника". Nature Communications . 15 (1): 7702. doi :10.1038/s41467-024-51946-x. PMID  39231967.

Дальнейшее чтение

Банг, Коринна; Вайденбах, Катрин; Гуцманн, Томас; Хайне, Хольгар; Шмитц, Рут А. (2014). «Кишечные археи Methanosphaera stadtmanae и Methanobrevibacter smithii активируют дендритные клетки человека». PLOS ONE . 9 (6): e99411. Bibcode : 2014PLoSO...999411B. doi : 10.1371 /journal.pone.0099411 . PMC  4051749. PMID  24915454.

Ким, Джин; Дипиндер, Фну; Моралес, Уолтер; Хванг, Лора; Вайтсман, Стейси; Чанг, Кристофер; Гунсалус, Роберт; Пиментел, Марк (декабрь 2012 г.). «Methanobrevibacter smithii — преобладающий метаноген у пациентов с СРК, преобладающим запором, и метаном в дыхании». Пищеварительные заболевания и науки . 57 (12): 3213–3218. doi :10.1007/s10620-012-2197-1. PMID  22573345. S2CID  207113756.

Внешние ссылки