Бактероиды тетайотаомикрон
| Бактероиды тетайотаомикрон | |
|---|---|
| |
Научная классификация 
| |
| Домен: | Бактерии |
| Тип: | Бактероидота |
| Сорт: | Бактероидии |
| Заказ: | Бактероидальные |
| Семья: | Бактероидные |
| Род: | Бактероиды |
| Разновидность: | Б. тетайотаомикрон
|
| Биномиальное имя | |
| Бактероиды тетайотаомикрон (Дистасо, 1912 г.) Кастеллани и Чалмерс, 1919 г.
| |
Bacteroides thetaiotaomicron — грамотрицательная палочковидная облигатная анаэробная бактерия, которая является важным членом нормального микробиома кишечника в дистальных отделах кишечника. Его протеом , состоящий из 4779 членов, включает в себя систему получения и расщепления пищевых полисахаридов , которые в противном случае было бы трудно переваривать. [1] B. thetaiotaomicron также является условно-патогенным микроорганизмом , то есть он может стать вирулентным у с ослабленным иммунитетом лиц . Его часто используют в исследованиях в качестве модельного организма для функциональных исследований микробиоты человека. [2]
История и таксономия
[ редактировать ]Bacteroides thetaiotaomicron был впервые описан в 1912 году под названием Bacillus thetaiotaomicron и перенесен в род Bacteroides в 1919 году. [3] Штамм типа B. thetaiotaomicron здорового взрослого человека VPI-5482 был первоначально выделен из фекалий . [1] Видовое название происходит от греческих букв тета , йота и омикрон ; В Списке названий прокариот, имеющих номенклатуру, это указано как «относящееся к морфологии вакуолизированных форм». [3] Тип бактерий Bacteroidota , отличающийся уникальной подвижностью, присутствует в широком диапазоне экосистем, сред обитания, образа жизни и физиологических условий. [4] Это название используется в качестве примера «произвольного» названия вида в Международном кодексе номенклатуры прокариот . [5] [6]
Геном
[ редактировать ]Геном был секвенирован в 2003 году . B. thetaiotaomicron Это одна кольцевая хромосома двухцепочечной ДНК. Его длина составляет 6,26 мегабаз , но он имеет относительно небольшое количество отдельных генов из-за генов, кодирующих белки , которые необычно велики по сравнению с другими прокариотами . [1] Эта геномная особенность является общей для другого представителя рода, Bacteroides fragilis . [7] Геном содержит гены, связанные с расщеплением полисахаридов , в том числе гликозидгидролаз и белков, связывающих крахмал . [1] [7] Эти гены вместе с сигма-факторами типа ECF позволяют B. thetaiotaomicron коррелировать доступность питательных веществ с экспрессией конкретных генов. [1] Геном также содержит множество генов, кодирующих белки, участвующие в восприятии внеклеточной среды и реагировании на нее, такие как сигма-факторы и двухкомпонентные системы . [1] [8] [9] Колокализация гена , кодирующего пищеварительные ферменты, с сигма-факторами экстрацитоплазматической функции и системами передачи сигналов создает механизм, который регулирует экспрессию генов на основе доступности питательных веществ в окружающей среде. [1] Геном B. thetaiotaomicron кодирует большое количество малых некодирующих РНК , которые также играют ключевую роль в регуляторных процессах, хотя на сегодняшний день лишь немногие из них охарактеризованы. [2] B. thetaiotaomicron имеет несколько различных типов мобильных генетических элементов, включая плазмиду длиной 33 тыс. оснований, 63 транспозазы и четыре гомолога конъюгативного транспозона CTnDOT. CTnDOT кодирует устойчивость к антибиотикам эритромицину и тетрациклину и горизонтально передается между видами Bacteroides , а также с другой кишечной микробиотой. [1]
Метаболизм
[ редактировать ]Bacteroides thetaiotaomicron способен метаболизировать очень разнообразный диапазон неперевариваемых полисахаридов , таких как амилоза , амилопектин и пуллулан . [8] Набор ферментов , используемых для гидролиза гликозидных связей , является одним из крупнейших, известных у прокариот , и даже считается, что он способен гидролизовать почти все гликозидные связи в биологических полисахаридах. Будучи основным организмом кишечной флоры человека , расщепляющим растительные полисахариды, он может использовать как пищевые углеводы , так и те, которые получены от хозяина , в зависимости от доступности питательных веществ. [10] Сложные растительные полисахариды, в отличие от простых моносахаридов и дисахаридов , которые перевариваются и всасываются в тонком кишечнике, используются в качестве источника пищи в толстой кишке. [11] B. thetaiotaomicron способен доминировать над многими другими кишечными бактериями, живущими в среде толстой кишки человека, используя свою превосходную способность усваивать достаточное количество питательных веществ. [11] Это возможно благодаря комбинированному воздействию повышенного количества гликозилгидролаз , которые разрушают ферменты, мембраносвязывающие белки и сахароспецифические транспортеры. [11] продуцирует 172 гликозилгидролазы, B. thetaiotaomicron что больше, чем у любой другой секвенированной бактерии, и вносит вклад в ферменты, которые переносят продукты гидролиза в организм хозяина. [11] Все B- актериоды используют локусы использования полисахаридов (PUL), кластеры генов которых кодируют системы, нацеленные на углеводы и расщепляющие их. [12] Частью этих систем являются углеводоактивные ферменты (CAZymes), которые могут очень эффективно расщеплять сложные углеводы, содержащиеся в рационе. Было идентифицировано три различных PUL, которые используют RG-II, диетический углевод с наибольшей структурной сложностью, в качестве субстрата. Деградом RG-II содержит 23 фермента, которые нацелены на последовательные гликозидные связи в RG-II, что приводит к его разборке. [12]
B. thetaiotaomicron аэротолерантен и может выживать, но не расти под воздействием кислорода . Доступ кислорода в эукариотической среде обитания, например в кишечнике человека, ограничен. Может произойти образование активных форм кислорода (АФК), таких как перекись водорода, которые угрожают флоре, атакуя ферменты-кофакторы железа, широко используемые в метаболизме. [13] Чтобы снизить концентрацию кислорода, B. thetaiotaomicron экспрессирует ряд белков, которые удаляют АФК, такие как перекись водорода, при воздействии воздуха. [13]
Роль в микробиоме человека
[ редактировать ]Представители рода Bacteroides составляют около четверти микробной популяции кишечника взрослого человека. В долгосрочном исследовании видов Bacteroides в клинических образцах B. thetaiotaomicron был вторым по распространенности изолированным видом после Bacteroides fragilis . [13] Это имеет решающее значение для человека, поскольку оно способно переваривать растительные материалы, чего не могут ферменты в кишечнике. [1]
B. thetaiotaomicron считается комменсалом , разновидностью симбиоза , то есть он обеспечивает хозяину ключевые преимущества, такие как пищеварение. [1] [7] B. thetaiotaomicron содержит гораздо больше гликозилгидролаз, из которых 61% расположены во внешней мембране или внеклеточном матриксе, что позволяет предположить, что пищеварительные способности служат хозяину бактерии больше, чем что-либо еще. [8] Гликозилгидролазы выполняют 23 специфические ферментативные функции, которые снабжают хозяина или даже других микробов кишечной флоры продуктами распада гидролиза. [11] Полисахариды, перевариваемые B. thetaiotaomicron, превращаются в моносахариды, которые затем могут усваиваться клетками человека для метаболизма. [11]
Предыдущие исследования показали, что B. thetaiotaomicron стимулирует ангиогенез , то есть образование новых кровеносных сосудов, во время развития кишечника после рождения. В этих исследованиях использовались стерильные мыши для контроля микробиоты, и мышам прививали специфические бактерии B. thetaiotaomicron . Ангиогенез приносит дополнительную пользу хозяину, увеличивая способность человека усваивать питательные вещества, которые микроб помогает производить. [1]
B. thetaiotaomicron доминирует в микробиоме кишечника, а также способствует другому постнатальному развитию кишечника с формированием барьера слизистой оболочки кишечника, который играет важную роль в поддержании гомеостаза микробиоты хозяина. [14] [15] Слизистый барьер, расположенный между кишечным эпителием и микробиотой, является полупроницаемым, что позволяет усваивать необходимые питательные вещества, одновременно ограничивая прохождение патогенных молекул. [14] [16] Почти 90% бактерий кишечной микробиоты, колонизирующих желудочно-кишечный тракт (ЖКТ), принадлежат к типам Bacteroidetes или Firmicutes. [14] Способность B. thetaiotaomicron расти на полисахаридах, полученных от хозяина, в слизи является основным фактором, способствующим его персистенции в ЖКТ. [14]
Роль в иммунном ответе
[ редактировать ]B. thetaiotaomicron является важным представителем микробиоты кишечника человека, и его роль в иммунном ответе сложна. Взаимодействие между B. thetaiotaomicron и иммунной системой способствует поддержанию гомеостаза кишечника и развитию иммунной системы. Противовоспалительные и иммуномодулирующие свойства внеклеточных везикул, генерируемых широко распространенными кишечными бактериями человека B. thetaiotaomicron , очевидны, а также идентифицированы молекулярные механизмы, управляющие их взаимодействием с клетками врожденного иммунитета. [17] B.thetaiotaomicron связан с другими комменсальными бактериями и индукцией регуляторных Т-клеток, которые необходимы для поддержания иммунной толерантности и предотвращения чрезмерной воспалительной реакции. [18] [19]
Везикулы наружной мембраны (OMV) не только помогают защитить B. thetaiotaomicron от деградации, но также играют важную роль в стимулировании регуляторных реакций дендритных клеток . OMV B. thetaiotaomicron в здоровом кишечнике стимулируют дендритные клетки толстой кишки (ДК) к экспрессии IL-10 . Т-клетки стимулируются IL-10 и экспрессируются через врожденную иммунную систему через макрофаги и DC. OMV B. thetaiotaomicron у людей с язвенным колитом (ЯК) и болезнью Крона (БК) не способны стимулировать экспрессию IL-10, что приводит к потере регуляторных ДК. При этих заболеваниях OMV B. thetaiotaomicron также вызывают экспрессию значительно меньшего количества DC. Эти результаты также наблюдались у пациентов с неактивными заболеваниями, что означает, что дефекты иммунного ответа присущи воспалительным заболеваниям кишечника (ВЗК). [20] [ нужен лучший источник ]
Патология
[ редактировать ]B. thetaiotaomicron также является условно-патогенным микроорганизмом и может инфицировать ткани, контактирующие с кишечной флорой. [13] Находясь в кишечнике, B. thetaiotaomicron обычно поддерживает полезные отношения со своим хозяином. Однако бактерии могут вызвать серьезные патологии, если они присутствуют в неподходящей среде. Бактерии могут покинуть кишечник в результате разрыва желудочно-кишечного тракта . Это может привести к таким заболеваниям, как бактериемия , то есть присутствие бактерий в кровотоке. Это также может привести к образованию абсцесса , который возникает, когда участок ткани инфицирован, и иммунная система организма посылает лейкоциты, чтобы попытаться бороться и сдержать его. [7]
Его способность метаболизировать полисахариды делает его источником пищи для других компонентов кишечного микробиома . Например, хотя B. thetaiotaomicron экспрессирует сиалидазы ферменты , он не может катаболизировать сиаловую кислоту ; в результате его присутствие увеличивает количество свободной сиаловой кислоты, доступной другим организмам в кишечнике для использования в качестве источника энергии. Эти взаимодействия могут способствовать росту патогенных бактерий, таких как Clostridium difficile , которые используют сиаловую кислоту в качестве источника углерода. [21] Подобные взаимодействия могут привести к тому, что B. thetaiotaomicron усугубит патогенную инфекцию E. coli . [22] Эти стратегии позволяют B. thetaiotaomicron и дальше процветать в конкурентной среде кишечника человека.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к Сюй Дж., Бьюрселл М.К., Химрод Дж., Дэн С., Кармайкл Л.К., Чианг Х.К. и др. (март 2003 г.). «Геномный взгляд на симбиоз человека и Bacteroides thetaiotaomicron». Наука . 299 (5615): 2074–2076. Бибкод : 2003Sci...299.2074X . дои : 10.1126/science.1080029 . ПМИД 12663928 . S2CID 34071235 .
- ^ Перейти обратно: а б Райан Д., Дженничес Л., Райхардт С., Барквист Л., Вестерманн А.Дж. (июль 2020 г.). «Карта транскриптома высокого разрешения идентифицирует регуляцию метаболизма малыми РНК у кишечного микроба Bacteroides thetaiotaomicron» . Природные коммуникации . 11 (1): 3557. Бибкод : 2020NatCo..11.3557R . дои : 10.1038/s41467-020-17348-5 . ПМЦ 7366714 . ПМИД 32678091 .
- ^ Перейти обратно: а б «Бактероиды» . Список названий прокариот, стоящих в номенклатуре . Проверено 20 мая 2018 г.
- ^ Ханке Р.Л., Мейер-Колтхофф Дж.П., Гарсиа-Лопес М., Мукерджи С., Хантеманн М., Иванова Н.Н. и др. (20 декабря 2016 г.). «Геномная таксономическая классификация Bacteroidetes » . Границы микробиологии . 7 : 2003. doi : 10.3389/fmicb.2016.02003 . ПМК 5167729 . ПМИД 28066339 .
- ^ Орен А., Вандамм П., Шинк Б. (июнь 2016 г.). «Заметки об употреблении корней греческих слов в названиях родов и видов прокариот» . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 66 (6): 2129–2140. дои : 10.1099/ijsem.0.001063 . ПМИД 27055242 .
- ^ Трюпер Х.Г. (апрель 1999 г.). «Как назвать прокариот?: Этимологические соображения, предложения и практические советы по номенклатуре прокариот» . Обзоры микробиологии FEMS . 23 (2): 231–249. дои : 10.1111/j.1574-6976.1999.tb00397.x .
- ^ Перейти обратно: а б с д Векслер Х.М. (октябрь 2007 г.). «Бактероиды: хорошие, плохие и подробности» . Обзоры клинической микробиологии . 20 (4): 593–621. дои : 10.1128/CMR.00008-07 . ПМК 2176045 . ПМИД 17934076 .
- ^ Перейти обратно: а б с Сюй Дж, Чан ХК, Бьюрселл М.К., Гордон Джи (январь 2004 г.). «Послание от симбионта человеческого кишечника: чувствительность — необходимое условие для обмена». Тенденции в микробиологии . 12 (1): 21–28. дои : 10.1016/j.tim.2003.11.007 . ПМИД 14700548 .
- ^ Флинт Х.Дж., Байер Э.А., Ринкон М.Т., Ламед Р., Уайт Б.А. (февраль 2008 г.). «Утилизация полисахаридов кишечными бактериями: потенциал для новых открытий на основе геномного анализа». Обзоры природы. Микробиология . 6 (2): 121–131. дои : 10.1038/nrmicro1817 . ПМИД 18180751 . S2CID 10400358 .
- ^ Зонненбург Дж.Л., Сюй Дж., Лейп Д.Д., Чен Ч., Вестовер Б.П., Уэтерфорд Дж. и др. (март 2005 г.). «Гликаны добывают пищу in vivo с помощью адаптированного к кишечнику бактериального симбионта». Наука . 307 (5717): 1955–1959. Бибкод : 2005Sci...307.1955S . дои : 10.1126/science.1109051 . ПМИД 15790854 . S2CID 13588903 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Комсток Л.Е., Койн М.Дж. (октябрь 2003 г.). «Bacteroides thetaiotaomicron: динамичный, адаптированный к нише человеческий симбионт». Биоэссе . 25 (10): 926–929. дои : 10.1002/bies.10350 . ПМИД 14505359 .
- ^ Перейти обратно: а б Трован Ф, Коррейя В.Г., Лоуренсу ФМ, Рибейру ДО, Карвальо А.Л., Пальма АС, Пиньейру БА (02.01.2023). «Структура углеводсвязывающего модуля Bacteroides thetaiotaomicron дает новое представление о распознавании сложных оптических полисахаридов микробиомом человека» . Журнал структурной биологии . 7 : 100084. дои : 10.1016/j.yjsbx.2022.100084 . ПМЦ 9843283 . ПМИД 36660365 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Мишра С., Имлай Дж.А. (декабрь 2013 г.). «Анаэробная бактерия Bacteroides thetaiotaomicron использует консорциум ферментов для удаления перекиси водорода» . Молекулярная микробиология . 90 (6): 1356–1371. дои : 10.1111/mmi.12438 . ПМЦ 3882148 . ПМИД 24164536 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Вржосек Л., Микель С., Нордин М.Л., Буэ С., Жонкель Шевалье-Курт М., Роберт В. и др. (май 2013 г.). «Bacteroides thetaiotaomicron и Faecalibacterium prausnitzii влияют на выработку гликанов слизи и развитие бокаловидных клеток в эпителии толстой кишки гнотобиотической модели грызуна» . БМК Биология . 11:61 . дои : 10.1186/1741-7007-11-61 . ПМЦ 3673873 . ПМИД 23692866 .
- ^ Сюй Дж, Гордон Джи (сентябрь 2003 г.). «Почитай своих симбионтов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (18): 10452–10459. дои : 10.1073/pnas.1734063100 . ЧВК 193582 . ПМИД 12923294 .
- ^ Ванкамельбеке М., Вермейр С. (сентябрь 2017 г.). «Кишечный барьер: фундаментальная роль в здоровье и болезни» . Экспертный обзор гастроэнтерологии и гепатологии . 11 (9): 821–834. дои : 10.1080/17474124.2017.1343143 . ПМК 6104804 . ПМИД 28650209 .
- ^ Фонсека С., Карвальо А.Л., Микель-Клопес А., Джонс Э.Дж., Юдейкис Р., Стенц Р., Кардинг С.Р. (10 ноября 2022 г.). «Внеклеточные везикулы, продуцируемые кишечной комменсальной бактерией Bacteroides thetaiotaomicron, вызывают противовоспалительные реакции со стороны клеток врожденного иммунитета» . Границы микробиологии . 13 : 1050271. doi : 10.3389/fmicb.2022.1050271 . ПМЦ 9684339 . ПМИД 36439842 .
- ^ Wegorzewska MM, Glowacki RW, Hsieh SA, Donermeyer DL, Hickey CA, Horvath SC и др. (февраль 2019 г.). «Диета модулирует реакцию Т-клеток толстой кишки путем регулирования экспрессии антигена Bacteroides thetaiotaomicron » . Наука Иммунология . 4 (32). doi : 10.1126/sciimmunol.aau9079 . ПМК 6550999 . ПМИД 30737355 .
- ^ У, Синь-Юнг; Ву, Эрик (январь 2012 г.). «Роль микробиоты кишечника в иммунном гомеостазе и аутоиммунитете» . Кишечные микробы . 3 (1): 4–14. дои : 10.4161/gmic.19320 . ISSN 1949-0976 . ПМК 3337124 . ПМИД 22356853 .
- ^ Дюрант Л., Стенц Р., Ноубл А., Брукс Дж., Гичева Н., Редди Д. и др. (июнь 2020 г.). «Везикулы наружной мембраны, полученные из Bacteroides thetaiotaomicron, способствуют регуляторным реакциям дендритных клеток в здоровом состоянии, но не при воспалительных заболеваниях кишечника» . Микробиом . 8 (1): 88. дои : 10.1186/s40168-020-00868-z . ПМК 7282036 . ПМИД 32513301 .
- ^ Боймлер А.Дж., Сперандио В. (июль 2016 г.). «Взаимодействие между микробиотой и патогенными бактериями в кишечнике» . Природа . 535 (7610): 85–93. Бибкод : 2016Natur.535...85B . дои : 10.1038/nature18849 . ПМК 5114849 . ПМИД 27383983 .
- ^ Кертис М.М., Ху З., Климко С., Нарайанан С., Деберардинис Р., Сперандио В. (декабрь 2014 г.). «Кишечный комменсал Bacteroides thetaiotaomicron усугубляет кишечную инфекцию за счет изменения метаболического ландшафта» . Клетка-хозяин и микроб . 16 (6): 759–769. дои : 10.1016/j.chom.2014.11.005 . ПМК 4269104 . ПМИД 25498343 .