متابولیزه کردن فیتات توسط میکروبیوتای روده انسان

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، متابولیسم فیتات با تغذیه متقابل میکروبی در میکروبیوتای روده انجام می شود.

در مطالعه ای که اخیراً در مجله Nature Microbiology منتشر شده است، محققان چگونگی متابولیزه کردن فیتات phytate رژیم غذایی توسط باکتری های روده انسان را بررسی کردند.

فیتات در قلمرو گیاهی، به ویژه برنج، گندم و آجیل فراوان است. به دلیل خواص کلاتینگ فلزی metal-chelating، به عنوان یک ماده ضد مغذی در خوراک دام شناخته می شود. با این حال، هیچ مدرکی مبنی بر اینکه فیتات ممکن است در انسان مشکلاتی ایجاد کند وجود ندارد. برعکس، رژیم های غذایی گیاهی، از جمله دانه ها و آجیل های غنی از فیتات، فواید سلامتی دارند.

نشان داده شده است که مکمل فیتات رژیمی باعث ترمیم اپیتلیال، بهبود متابولیسم گلوکز و کاهش التهاب می شود. با این حال، مکانیسم های مولکولی زیربنایی گریزان هستند. فیتات در سیگنال دهی انسولین، متابولیسم گلوکز، متاستاز سرطان و مهاجرت سلولی نقش دارد. این در طی متابولیسم داخل سلولی میواینوزیتول myoinositol سنتز می شود و یکی از فراوان ترین فسفات اینوزیتول (InsPs) در پستانداران است.

با این حال، مشخص نیست که آیا فیتات رژیم غذایی می تواند وارد گردش خون سیستمیک شود و به بیوسنتز پلی فسفات اینوزیتول درون زا کمک کند. پیش از این، نویسندگان تبدیل فیتات به اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه (SCFAs) توسط میکروبیوم روده انسان را گزارش کردند، اما میکروب های روده مسئول تبدیل ناشناخته بودند.

در مطالعه حاضر، محققان متابولیسم فیتات رژیم غذایی توسط میکروبیوتای روده انسان را ارزیابی کردند. ابتدا نمونه های مدفوع از دو اهداکننده (A, B) را در محیطی حاوی 13C6 InsP6 انکوبه کردند. سوپرناتانت جمع آوری شد و برای رزونانس مغناطیسی 13C-هسته ای (NMR) استفاده شد. علاوه بر این، غنی سازی های مدفوعی بدون برچسب به محیط های فیتات تازه منتقل شدند.

میکروبیوم مدفوع دهنده A 13C6 InsP6 را به 13C2 استات و 13C3 3-hydroxypropionate در عرض چند ساعت به 13C3 پروپیونات پس از 24 ساعت متابولیزه کرد. از سوی دیگر، میکروبیوم مدفوع دهنده B به آرامی 13C6 InsP6 را به 13C2 استات و 13C4 بوتیرات متابولیزه می کند. سپس، DNA ژنومی از سومین غنی سازی فیتات غیر نشاندار شده برای تعیین توالی جدا شد.

این غنای دو جامعه میکروبی متمایز را نشان داد: Ruminococcaceae، Butyricicoccus، و Mitsuokella بیشترین فراوانی را در اهداکننده A داشتند، در حالی که Mitsuokella، Escherichia coli/Shigella و Butyricicoccus بیشترین فراوانی را در اهداکننده B داشتند. پایان انکوباسیون فیتات؛ با این حال، آن را برای گونه Mitsuokella افزایش یافته است. در هر دو غنی سازی M. jalaludinii گونه غالب بود.

سپس، این تیم میکروبیوم بیش از 6000 نفر از یک گروه جمعیت عمومی (HELIUS) را تجزیه و تحلیل کردند. آنها سه نوع توالی آمپلیکون Mitsuokella را شناسایی کردند که مشابه M. jalaludinii یا M. multacida بود. اکثر مردم M. jalaludinii را در خود جای داده بودند. مردان بیشترین شیوع را داشتند. سپس، محققان یک سویه M. jalaludinii را از اهداکننده A جدا کردند که به سرعت روی فیتات رشد می کرد.

ژنوم آن شبیه به نوع سویه DSM13811T بود و دارای ژن های مسیر تخریب فیتات بسیار مشابه بود. در مرحله بعد، M. jalaludinii DSM13811T در محیطی با میئوینوزیتول یا فیتات کشت داده شد. در محیط فیتات به سرعت رشد کرد، در 3.4 ساعت دو برابر شد، در مقایسه با 7 ساعت در محیط میوینوزیتول. با این حال، تولید متابولیت بین شرایط مشابه باقی ماند.

سپس، تیم M. jalaludinii را در یک محیط بافر بی کربنات با 13C6 myoinositol یا 13C6 فیتات کشت دادند. به سرعت فیتات را به چندین متابولیت تبدیل کرد و 3-هیدروکسی پروپیونات، لاکتات و سوکسینات متابولیت های اصلی نهایی بودند. تجمع myoinositol و myoinositol-2-monophosphate آنها را به عنوان واسطه های تخریب فیتات تایید کرد.

علاوه بر این، استفاده از میوینوزیتول 13C6 توسط M. jalaludinii نیز با تبدیل آن به 3-هیدروکسی پروپیونات، سوکسینات و لاکتات تایید شد. تجزیه و تحلیل های ترانسکریپتومیک بیانگر افزایش بیان ژن های ناقل اینوزیتول، سنتاز ATP و ژن های سیستم انتقال فسفات با میل ترکیبی بالا، از جمله، در طول رشد در محیط فیتات بود. علاوه بر این، ژن فیتاز پری پلاسمیک به طور اساسی بیان شد.

در مرحله بعد، تیم همکاری بین Anaerostipes rhamnosivorans و M. jalaludinii را در تجزیه فیتات مورد بررسی قرار داد، با توجه به اینکه نشان داده شده است که مکمل A. rhamnosivorans در غنی سازی فیتات مدفوع باعث افزایش تشکیل پروپیونات می شود. استات و پروپیونات در کشت مشترک شناسایی شد، اما لاکتات و 3-هیدروکسی پروپیونات تنها در M. jalaludinii تک کشت انباشته شده است. هم افزایی به دلیل انتقال بین گونه ای 3-هیدروکسی پروپیونات بود.

با این حال، A. rhamnosivorans اثر محدودی بر دفسفوریلاسیون فیتات توسط M. jalaludinii داشت. در نهایت، در داخل بدن هم افزایی بین دو گونه در موش گاواژ شده با M. jalaludinii تنها، هر دو گونه باکتریایی، و یا یک کنترل استریل مورد بررسی قرار گرفت و با 13C6 InsP6 به چالش کشیده شد. سطوح Cecal 13C6 InsP6 سه و شش ساعت بعد به طور قابل توجهی کاهش یافت.

سطح کولون M. jalaludinii در گروه های تحت درمان با باکتری افزایش یافت، در حالی که سطوح A. rhamnosivorans تنها در گروه درمان مشترک افزایش یافت. قابل ذکر است، تفاوت در سطوح InsP6 در شش ساعت کمتر بود، که نشان دهنده تخریب InsP6 توسط میکروبیوم باقیمانده موش است. تجمع پروپیونات بین موش های تحت درمان با باکتری و گروه کنترل تفاوت معنی داری نداشت. سطح سکوم 13C 3-هیدروکسی پروپیونات به طور قابل توجهی در گروه M. jalaludinii افزایش یافته بود.

نتیجه گیری:

محققان نشان دادند که میکروبیوم روده انسان می تواند فیتات را به SCFA های مختلف که بر اساس ترکیب میکروبی است، تبدیل کند. Mitsuokella spp به عنوان یک تجزیه کننده فیتات رایج و کارآمد در روده شناسایی شد. علاوه بر این، این مطالعه تعاملات هم افزایی بین A. rhamnosivorans و M. jalaludinii از طریق 3-hydroxypropionate را نشان داد که منجر به تولید پروپیونات شد. به طور کلی، یافته ها ممکن است رویکردهای استراتژیک را برای استفاده از هم افزایی میکروبی و فیتات برای مداخلات سلامتی مفید ترویج کنند.