嗜黏蛋白阿克曼菌（Akkermansia muciniphila）是一種與較低的代謝紊亂率有關的腸道微生物。在一項新的研究中，來自美國杜克大學和加州大學伯克利分校的研究人員研究了嗜黏蛋白阿克曼菌的運行機制。他們開發(fā)并應用轉(zhuǎn)座子誘變技術（transposon mutagenesis）來確定對腸道定植和粘蛋白（mucin）使用至關重要的基因。相關研究結(jié)果于2023年6月19日在線發(fā)表在Nature Microbiology期刊上，論文標題為“A genetic system for Akkermansia muciniphilareveals a role for mucin foraging in gut colonization and host sterol biosynthesis gene expression”。

在糞便中發(fā)現(xiàn)的生物群中，嗜黏蛋白阿克曼菌可以占到3%到5%。它存在于野生動物中，它在人類中的豐度似乎對健康的生理功能至關重要，因為它的不正常水平與免疫紊亂、妊娠并發(fā)癥、癌癥、神經(jīng)系統(tǒng)疾病和多種代謝疾病有關。

由于這個原因，嗜黏蛋白阿克曼菌被認為是一種潛在的益生菌，但是關于這種細菌的作用機制仍然是一個謎。它的大約35%的基因組編碼的蛋白沒有已知的甚至是預測的功能。

(資料圖)

嗜黏蛋白阿克曼菌的蛋白與其他重要的腸道微生物幾乎沒有相似之處，這就限制了進行活性比較。這些作者建立了轉(zhuǎn)座子誘變技術，這是一種改變小部分遺傳密碼的方法，可以選擇性地關閉某個基因的活性。通過觀察發(fā)生了什么破壞，他們可以了解哪些基因編碼哪些功能。

眾所周知，嗜黏蛋白阿克曼菌使用粘蛋白作為它的首選的營養(yǎng)來源。粘蛋白是大型、高度糖基化的蛋白，構成了腸道粘液內(nèi)壁的大部分。這項新的研究發(fā)現(xiàn)盡管有能力產(chǎn)生一系列糖苷水解酶，估計約為60種，但降解腸道粘蛋白只需要少數(shù)幾種。這種冗余性意味著即使這些基因中的一個或大多數(shù)發(fā)生突變，這種細菌仍有能力生存。

這些作者觀察到粘蛋白降解產(chǎn)物在這種細菌的內(nèi)部區(qū)室中積累，這一過程需要基因編碼菌毛和膜間質(zhì)蛋白復合物（periplasmic protein complex），他們將這些基因稱為MUL（mucin utilization locus）基因。

嗜黏蛋白阿克曼菌生長所需的基因與定植小鼠腸道所需的基因重疊。圖片來自Nature Microbiology, 2023, doi:10.1038/s41564-023-01407-w。

當植入沒有復雜腸道微生物組的小鼠體內(nèi)時，嗜黏蛋白阿克曼菌在胃腸道中獲得了多種營養(yǎng)來源，并沒有以同樣的方式使用它的MUL系統(tǒng)。在這種無菌情況下，MUL基因抑制了結(jié)腸中膽固醇生物合成所必需的人類基因。

這表明使用粘蛋白作為首選的營養(yǎng)來源是取決于條件的，是在競爭性的微生物群環(huán)境中時使用的策略，而且嗜黏蛋白阿克曼菌可以有多種生存策略。

這些作者指出除了賦予嗜黏蛋白阿克曼菌有益的免疫調(diào)節(jié)活性外，“...嗜黏蛋白阿克曼菌對粘蛋白的活躍分解代謝可能通過調(diào)節(jié)參與脂質(zhì)生物合成的基因表達而提供額外的健康益處。” （生物谷 Bioon.com）

參考資料：

1. Lauren E. Davey et al. A genetic system for Akkermansia muciniphilareveals a role for mucin foraging in gut colonization and host sterol biosynthesis gene expression. Nature Microbiology, 2023, doi:10.1038/s41564-023-01407-w.

2. Akkermansia muciniphila found to regulate cholesterol biosynthesis in the guthttps://phys.org/news/2023-06-akkermansia-muciniphila-cholesterol-biosynthesis-gut.html

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