Nat Commun:科学家揭示了水豚肠道内微生物降解植物多糖的酶促机制

来源：原网站2022-03-22 17:24

食草动物消化道中的共生菌群是木质纤维素解聚的主要来源。水豚是现存最大的啮齿动物。它通常生活在潘塔纳尔湿地和亚马逊盆地。因为它的饮食以草和水生植物为主，所以也被称为“草中之王”。它们可以通过微生物共生机制有效地解聚和利用木质纤维素生物质。最近，在《自然通讯》上发表了一篇题为“现存最大的肠道微生物”的文章

食草动物消化道中的共生菌群是木质纤维素解聚的主要来源。水豚是现存最大的啮齿动物。它通常生活在潘塔纳尔湿地和亚马逊盆地。因为它的饮食以草和水生植物为主，所以也被称为“草中之王”。它们可以通过微生物共生机制有效地解聚和利用木质纤维素生物质。最近，一篇题为“最大活杆的肠道微体拥有前所未有的降解植物多糖类的酶系统”的研究论文发表在Nat Commun上，专门研究了水豚分解膳食纤维及其微生物共生群落所采用的酶策略和代谢途径。

研究人员利用16S rRNA基因靶向测序(16S)、宏基因组学(MG)、元转录组学(MT)和核磁共振代谢组学(NMR)对水豚肠道菌群进行了全面研究。发现水豚盲肠和直肠的肠道菌群分类结构以细菌为主，古细菌和真菌所占比例较小。微生物群落中最丰富的细菌来自硬皮病菌和拟杆菌属，其次是梭杆菌属和变形杆菌属。利用重建的宏基因组组装基因组(MAGs)发现了一些已知植物纤维降解细菌科(如细菌科和拟杆菌科)的未知种或属。水豚肠道菌群的MAGs含有最多数量的编码CAZymes的基因，这些基因可能参与不同半纤维素(包括木聚糖)的解聚。这些研究表明，水豚肠道菌群中可能存在尚未开发的用于植物纤维分解和利用的高性能分子系统。

图水豚肠道菌群的分类和组成

此外，还发现纤维杆菌和类杆菌是水豚肠道中膳食纤维的主要降解菌。对水豚肠道微生物的CAZyome分析表明，芽孢杆菌是纤维素分解的主要驱动因素，而大量的拟杆菌菌群和CAZymes菌群为水豚群落消化食物中的半纤维素和果胶提供了大量的酶策略。

研究人员通过整合代谢组学和代谢重建分析，进一步研究了这些微生物在游离糖转化为能量中的作用。研究发现，短链脂肪酸是水豚肠道中的主要发酵产物，短链脂肪酸是宿主的主要能量来源，这表明肠道菌群不仅能分解植物多糖，还能为宿主产生能量代谢产物。此外，研究人员还发现了参与木聚糖结合的-半乳糖苷酶糖苷酶家族(命名为GH173)和碳水化合物结合模块家族(命名为CBM89)，相关模块之间建立了前所未有的碳水化合物活性酶三维折叠。

总之，这些结果表明水豚肠道菌群如何协调植物纤维的解聚和利用，以克服木质纤维素的顽固性，为开发木质纤维素农业工业原料的高附加值产品奠定了基础。(100yiyao.com 100医疗网)

参考文献：Cabral，l .Persinoti，G.F .Paix o，D.A.A .等。最大活杆的肠道微体含有未发现的有机系统来降解植物多糖。Natcommun 13，629 (2022)。

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