Nat Microbiol：发现嗜黏蛋白阿克曼菌可调节肠道中的胆固醇生物合成

嗜黏蛋白阿克曼菌（Akkermansia muciniphila）是一种与较低的代谢紊乱率有关的肠道微生物。在一项新的研究中，来自美国杜克大学和加州大学伯克利分校的研究人员研究了嗜黏蛋白阿克曼菌的运行机制。他们开发并应用转座子诱变技术（transposon mutagenesis）来确定对肠道定植和粘蛋白（mucin）使用至关重要的基因。相关研究结果于2023年6月19日在线发表在Nature Microbiology期刊上，论文标题为“A genetic system for Akkermansia muciniphila reveals a role for mucin foraging in gut colonization and host sterol biosynthesis gene expression”。

在粪便中发现的生物群中，嗜黏蛋白阿克曼菌可以占到3%到5%。它存在于野生动物中，它在人类中的丰度似乎对健康的生理功能至关重要，因为它的不正常水平与免疫紊乱、妊娠并发症、癌症、神经系统疾病和多种代谢疾病有关。

由于这个原因，嗜黏蛋白阿克曼菌被认为是一种潜在的益生菌，但是关于这种细菌的作用机制仍然是一个谜。它的大约35%的基因组编码的蛋白没有已知的甚至是预测的功能。

嗜黏蛋白阿克曼菌的蛋白与其他重要的肠道微生物几乎没有相似之处，这就限制了进行活性比较。这些作者建立了转座子诱变技术，这是一种改变小部分遗传密码的方法，可以选择性地关闭某个基因的活性。通过观察发生了什么破坏，他们可以了解哪些基因编码哪些功能。

众所周知，嗜黏蛋白阿克曼菌使用粘蛋白作为它的首选的营养来源。粘蛋白是大型、高度糖基化的蛋白，构成了肠道粘液内壁的大部分。这项新的研究发现尽管有能力产生一系列糖苷水解酶，估计约为60种，但降解肠道粘蛋白只需要少数几种。这种冗余性意味着即使这些基因中的一个或大多数发生突变，这种细菌仍有能力生存。

这些作者观察到粘蛋白降解产物在这种细菌的内部区室中积累，这一过程需要基因编码菌毛和膜间质蛋白复合物（periplasmic protein complex），他们将这些基因称为MUL（mucin utilization locus）基因。

嗜黏蛋白阿克曼菌生长所需的基因与定植小鼠肠道所需的基因重叠。图片来自Nature Microbiology, 2023, doi:10.1038/s41564-023-01407-w。

当植入没有复杂肠道微生物组的小鼠体内时，嗜黏蛋白阿克曼菌在胃肠道中获得了多种营养来源，并没有以同样的方式使用它的MUL系统。在这种无菌情况下，MUL基因抑制了结肠中胆固醇生物合成所必需的人类基因。

这表明使用粘蛋白作为首选的营养来源是取决于条件的，是在竞争性的微生物群环境中时使用的策略，而且嗜黏蛋白阿克曼菌可以有多种生存策略。

这些作者指出除了赋予嗜黏蛋白阿克曼菌有益的免疫调节活性外，“...嗜黏蛋白阿克曼菌对粘蛋白的活跃分解代谢可能通过调节参与脂质生物合成的基因表达而提供额外的健康益处。” （生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Lauren E. Davey et al. A genetic system for Akkermansia muciniphila reveals 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 gut
https://phys.org/news/2023-06-akkermansia-muciniphila-cholesterol-biosynthesis-gut.html