Новое понимание того, как кишечные бактерии переваривают клетчатку, может привести к достижениям в таких разнообразных областях, как экологически чистое биотопливо и здоровье человека.
Клетчатка является неотъемлемой частью здоровой диеты, но наша способность получать от нее пользу полностью зависит от бактерий, живущих в нашем кишечнике. Международная исследовательская группа, в которую вошли ученые Королевского технологического института Швеции KTH, недавно обнаружила, как одна группа бактерий переваривает основной тип пищевых волокон.
До сих пор ученые не были уверены, как именно сложные сахара, известные как ксилоглюканы, расщепляются в кишечнике человека. Ксилоглюканы составляют четверть сухого веса многих распространенных фруктов и овощей. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature от 19 января, проливает свет на то, как определенный класс кишечных бактерий, называемых Bacteroidetes, расщепляет сложные углеводы.
Исследователи проследили молекулярный механизм переваривания ксилоглюканов до генетической последовательности одного из видов бактерий, Bacteroides ovatus.
"Bacteroides ovatus и его сложная система ферментов составляют важную часть нашего пищеварительного инструментария," говорит Гарри Брумер, который начал исследование четыре года назад с исследовательской группой в отделе гликонауки в Школе биотехнологии KTH. Брюмер продолжал эту работу в течение последних двух лет в Университете Британской Колумбии, где он является профессором Лабораторий Майкла Смита и кафедры химии. В число партнеров по исследованиям также входят Йоркский университет и Мичиганский университет.
"Эта недавно обнаруженная последовательность генов позволяет Bacteroides ovatus измельчать ксилоглюкан, основной тип пищевых волокон, содержащихся во многих овощах – от листьев салата до плодов томатов. На самом деле, эта система настолько важна, что она обнаружена по крайней мере у 92 процентов людей, опрошенных на данный момент во всем мире," Брумер говорит.
Результаты могут быть полезны исследователям, разрабатывающим новые пробиотические или диетические методы лечения микробного дисбаланса, которые вызывают или являются результатом заболеваний кишечника, – говорит он.
"Сфера пробиотиков сложна и включает в себя множество нормативных вопросов; но можно представить себе создание определенных методов лечения, основанных на конкретных микробах, на основе их индивидуальных, врожденных метаболических возможностей, для улучшения баланса микробиоты и общего состояния здоровья человека," он говорит.
Исследование также может оказаться полезным для будущего технологии биомассы.
"Базовая энзимология и структурная биология позволяют по-новому взглянуть на функции семейств углеводно-активных ферментов, что может предложить способы улучшения этих биокатализаторов для использования биомассы в таких областях, как материалы или ферментация до химикатов и топлива," Брумер говорит.
Следующим шагом исследовательской группы будет исследование того, работают ли эти бактерии согласованно – или конкурируют – с другими кишечными бактериями, чтобы воздействовать на сложные углеводы. "Прямо сейчас мы рады исследовать аналогичные сложные локусы, чтобы узнать, как расщепляются другие распространенные диетические полисахариды," он говорит.
"На молекулярном уровне в этой области известно очень мало, даже об очень распространенных пищевых углеводах."