Главная \ 3. Пробиотики \ Микрофлора ЖКТ \ Витаминный синтез \ Витамин В12 \ Витамин В12 как модулятор микробной экологии кишечника

Роль микробного кобаламина и метаболизм корриноидов в кишечнике

Витамин В12 как модулятор микробной экологии кишечника

vitamin_v12_kak_modulyator_mikrobnoj_ekologii_kishechnika.jpg

Patrick H. Degnan, Michiko E. Taga, Andrew L. Goodman.
Vitamin B12 as a Modulator of Gut Microbial Ecology. 
Cell Metabolism 20, November 4, 2014 - С.769-778.
liniya.png

Микробные механизмы и ключевые метаболиты, которые формируют состав кишечной микробиоты человека, в значительной степени неизвестны, что препятствует усилиям по манипулированию дисбиотическими микробными сообществами в целях обеспечения стабильности и здоровья. Витамины, которые по определению не синтезируются хозяином в достаточных количествах и могут опосредовать фундаментальные биологические процессы в микробах, представляют собой привлекательную цель для изменения микробных сообществ. Здесь мы обсуждаем, как витамин B12 (кобаламин) влияет на различные симбиозы микроорганизмов-хозяев. Хотя кобаламин синтезируется некоторыми кишечными микробами человека, он является ценным ресурсом в кишечнике и, вероятно, не предоставляется хозяину в значительных количествах. Однако этот витамин может внести непризнанный вклад в формирование структуры и функции кишечных микробных сообществ человека.

Содержание

Введение

В кишечнике человека содержатся триллионы микробов, в которых доминируют две широкие филогенетические группы (Bacteroidetes и Firmicutes), которые в совокупности кодируют в 100 раз больше генов, чем геном человека (Lozupone et al., 2012, Qin et al., 2010). Кроме того, гены, кодируемые кишечным микробным сообществом индивидуума, также демонстрируют значительно большие межличностные различия, чем их хозяин. Например, отдельные люди были оценены как гетерозиготные по 100 вариантам генов с потерей функции в их собственных геномах (MacArthur et al., 2012), тогда как их микробиомы обычно кодируют сотни тысяч генов, которых нет в большинстве отобранных индивидуумов: более 2 миллионов кодируемых микробиомами генов наблюдаются менее чем у 20% индивидуумов (Qin et al., 2010). Эти метагеномные исследования показывают, что микробиота может представлять собой важный фактор, способствующий предрасположенности к заболеванию и реакции на лечение. Однако лежащие в основе факторы и ключевые метаболиты, которые формируют вариации микробного сообщества, в основном неизвестны, и в результате методы рационального изменения состава микробиоты кишечника в терапевтических целях остаются неясными.

Биологи давно оценили вклад кишечной микробиоты в здоровье. В действительности, Пастер в 1885 году предположил, что животные не будут жизнеспособны без связанных с ними микробов (Gordon and Pesti, 1971). Хотя создание безмикробных мышей, крыс и других млекопитающих спустя 60 лет опровергло эту смелую гипотезу, исследования гнотобиотиков (известных животных), сравнивающих безмикробных и обычных животных, выявили огромное и широкомасштабное влияние резидентных микробов на развитие хозяина, обмен веществ, иммунные ответы и поведение (Dantas et al., 2013, Diaz Heijtz et al., 2011, Faith et al., 2010, Goodman and Gordon, 2010, Smith et al., 2007). Эти эксперименты быстро показали, что одной из основных услуг микробиоты кишечника является производство витаминов для хозяина. Действительно, в ранних исследованиях подчеркивалась потребность в повышенных диетических витаминах К, В1 (тиамин), В6 (пиридоксин), В7 (биотин), В9 (фолиевая кислота) и В12 (кобаламин) для здоровья животных, не содержащих микробов (Ikeda et al., 1979, Sumi et al., 1977, Wostmann, 1981, Wostmann and Knight, 1965). Представители родов Bifidobacterium и Lactobacillus могут играть важную роль в этом отношении (Lozupone et al., 2012).

Поскольку витамины (по определению) не вырабатываются хозяином в достаточных количествах, они безопасно потребляются людьми и часто опосредуют фундаментальные биологические процессы в большинстве клеток, включая бактерии, эти соединения представляют собой привлекательные мишени для манипулирования составом кишечного микробного сообщества. Здесь мы обсуждаем важные нюансы в оценке потенциальной роли одного витамина, кобаламина, в опосредовании как взаимодействия хозяин-микроб, так и взаимодействия микроб-микроб в кишечнике. Эта перспектива имеет две цели: во-первых, мы рассматриваем доказательства вклада микробов кишечника в уровни кобаламина хозяина в различных симбиозах микробов-хозяев и представляем доказательства того, что в случае людей микробные сообщества кишечника являются вероятными конкурентами для диетического кобаламина, а не вкладчиками этого важного витамина для хозяина. Во-вторых, мы предлагаем потенциальную роль кобаламина и связанных с ним кофакторов (корриноидов; Вставка 1 и Рисунок 1) в формировании состава микробных сообществ кишечника человека и их выраженных функций.


Вставка 1. Корриноидное разнообразие в кишечнике человека

Было описано более дюжины корриноидов, которые различаются по структуре нижнего лиганда, части молекулы, которая играет косвенную роль в реакциях, катализируемых корриноид-зависимыми ферментами (рис. 1). Из них восемь были обнаружены в кишечнике человека в разных пропорциях (Allen and Stabler, 2008). Хотя все корриноиды формально способны выполнять как радикально-опосредованные реакции, так и переносы метильных групп с помощью химии в верхнем лиганде (обозначено как Rin Figure 1) (Kräutler, 2005), люди и многие бактерии ограничены в корриноидах, которые они могут использовать (Keller et al., 2013, Mok and Taga, 2013, Rosenblatt and Fenton, 1999, Yi et al., 2012). Существуют разработанные механизмы, которые позволяют проникновение кобаламина в клетки человека, в то же время блокируя поглощение других корриноидов, тем самым защищая корриноид-зависимые ферменты от воздействия корриноидов, которые нельзя использовать в качестве кофакторов (Nielsen et al., 2012). Аналогично, бактерии, которые полагаются на импорт корриноидов, а не на биосинтез de novo, должны иметь механизмы приобретения специфических корриноидов, которые функционируют в их метаболизме, или способность реконструировать другие корриноиды (Gray и Escalante-Semerena, 2009, Men et al., 2014a, Seth). и Taga, 2014, Yi et al., 2012). Примечательно, что кишечные микробы, возможно, реконструируют 80% пищевого кобаламина на основе исследований добавок (Allen and Stabler, 2008, Brandt et al., 1977). Механизмы экспорта корриноидов у бактерий не выявлены.


Типичные примеры структурного разнообразия корриноидов

Рисунок 1. Типичные примеры структурного разнообразия корриноидов

См. Allen and Stabler, 2008 и Renz, 1999.

Роль микробного кобаламина в нечеловеческих системах

Кобаламин является необычным витамином, поскольку он не вырабатывается растениями, а синтезируется исключительно бактериями и археями (Roth et al., 1996). Тем не менее, эукариоты могут иметь как прямые, так и косвенные потребности в кобаламине и других корриноидах и потенциально могут далее зависеть от корриноид-зависимого метаболизма их кишечной микробиоты (рис. 2). Как и в случае бактерий, так и архей, только некоторые эукариотические линии кодируют корриноид-зависимые ферменты (например, позвоночные, некоторые простейшие и беспозвоночные, но не растения, насекомые или грибки) (Roth et al., 1996). Поразительно, как и у людей, большинство эукариот, которым требуются корриноиды, сохранили гены, кодирующие корриноид-зависимую метилмалонил-КоА-мутазу (MCM, EC 5.4.99.2) и / или корриноид-зависимую метионинсинтазу  (MetH, EC 2.1.1.13). Эти корриноид-зависимые гены сохраняются у этих эукариот, несмотря на существование корриноид-независимых аналогов или путей, которые используют различные промежуточные соединения. MCM катализирует взаимопревращение R-метилмалонил-КоА и сукцинил-КоА, шаг в метаболизме нескольких аминокислот с разветвленной цепью, жирных кислот, холестерина и сахаров в пропионат (Banerjee and Chowdhury, 1999). У эукариот этот процесс происходит главным образом в митохондриях (Frenkel and Kitchens, 1975). MetH катализирует конечную стадию биосинтеза метионина. Эта реакция включает перенос метильной группы из другого кофактора, метилтетрагидрофолата, в субстрат, гомоцистеин (Matthews, 1999). В дополнение к MCM и MetH некоторые эукариоты также кодируют корриноид-зависимую рибонуклеотидредуктазу (NrdJ / RNR II, EC 1.17.4.1) (Torrents et al., 2006). Этот фермент является критическим для синтеза ДНК, так как он отвечает за синтез дезоксинуклеотидов (dNDP или dNTP) из рибонуклеотидов (NDP или NTP) (Roth et al., 1996). Существенная природа этих путей делает многих эукариот зависимыми от микробных корриноидов.

Микробный метаболизм корриноидов в кишечнике

Рисунок 2. Микробный метаболизм корриноидов в кишечнике.

У копрофагов и жвачных животных кишечные микробы являются прямым источником кобаламина (прямой эффект) (Girard et al., 2009). У некоторых насекомых корриноиды являются важными кофакторами облигатных симбионтов, которые обеспечивают хозяина основными питательными веществами (косвенный эффект) (McCutcheon et al., 2009). Конкуренция и обмен корриноидов, вероятно, формируют состав микробного сообщества кишечника и выраженные функции у людей и других животных (ремоделирование микробиома) (Allen and Stabler, 2008; Goodman et al., 2011; Seth and Taga, 2014).


Хотя большинство растений не производят и не нуждаются в кобаламине, почти половина всех водорослей нуждается в этом витамине (Croft et al., 2005, Helliwell et al., 2011). Эти водоросли используют кобаламин в качестве кофактора для MCM, MetH и / или RNR II (Helliwell et al., 2011). Было обнаружено, что многие виды, которые не нуждаются в кобаламине, кодируют MetE, кобаламин-независимый изозим MetH, способствующий росту в условиях недостатка кобаламина (Helliwell et al., 2011). Средние уровни свободного кобаламина в морских системах слишком низки, чтобы поддерживать кобаламин-зависимый рост водорослей in vitro; однако совместное культивирование с бактериями, продуцирующими кобаламин, может спасти рост (Croft et al., 2005). Некоторые из этих бактерий колонизируют внеклеточные слои слизи, окружающие клетки водорослей. Эта тесная физическая ассоциация, вероятно, способствует обмену фотосинтатами водорослей и бактериальным кобаламином, образуя взаимность (Croft et al., 2005). Примечательно, что это требование не разделено аккуратно на филогенетическое древо водорослей и, вероятно, является результатом множественных независимых потерь MetE или MetH от предка, который кодировал оба фермента (Helliwell et al., 2011). Предполагается, что различия в доступности кобаламина и кобаламин-независимых метаболических путях способствовали гетерогенным проявлениям ферментов, нуждающихся в кобаламине, в водорослях (Helliwell et al., 2011, Sañudo-Wilhelmy et al., 2012). Подобные взаимные эффекты были предсказаны у морских губок и связанных с ними микробов (Siegl et al., 2011, Thomas et al., 2010). Неясно, могут ли водоросли или губки использовать корриноиды, отличные от кобаламина.

У нематод, включая модель Caenorhabditis elegans, ограничение кобаламина приводит к снижению фертильности и продолжительности жизни и повторяет симптомы дефицита кобаламина у людей (Bito et al., 2013). C. elegans питается почвенными и растительными бактериями, которые могут колонизировать кишечник (Félix и Duveau, 2012). В результате, бактериальная диета определяет статус кобаламина у C. elegans: черви, питающиеся бактериями, которые производят кобаламин, радикально изменяют экспрессию генов и показывают ускоренное развитие и сниженную смертность (MacNeil et al., 2013, Watson et al., 2014). В этой системе повышенная активность МСМ предотвращает токсическое накопление пропионовой кислоты, снижая смертность. Кроме того, активность MetH усиливает выработку S-аденозилметионина, что ускоряет развитие, приводит к раннему прекращению яйцекладки и, следовательно, к снижению фертильности (Watson et al., 2014). Резидентные кишечные микробы, которые продуцируют кобаламин, также важны для некоторых видов пресноводных рыб, устраняя необходимость в диетическом кобаламине (Sugita et al., 1991). Один из этих кобаламин-продуцирующих микроорганизмов, Cetobacterium somerae, повсеместно встречается у диких и выращенных в лаборатории рыбок данио, что указывает на возможное метаболическое значение (Roeselers et al., 2011).

Эукариоты, которые не кодируют кобаламин-зависимые ферменты, могут поддерживать косвенную потребность в кобаламине, если витамин необходим для микробных симбионтов, которые они несут. Например, ни растениям, ни насекомым напрямую не требуется кобаламин (Dadd, 1973, Roth et al., 1996), но в каждой из этих линий произошли симбиозы с бактериями, которые полагаются на этот существенный кофактор. Несколько видов бобовых, включая Medicago sativa (люцерну), образуют внутриклеточные ассоциации с ризобиальными бактериями, такими как Sinorhizobium meliloti. S. meliloti находится в специализированных корневых структурах, называемых клубеньками, где он фиксирует атмосферный азот и вносит значительный вклад в рост растений в условиях ограничения азота (Jones et al., 2007). Успешная колонизация этих клубеньков S. meliloti зависит от кобаламина для активности рибонуклеотидредуктазы (NrdJ) и метионинсинтазы (MetH) (Taga and Walker, 2010, Campbell et al., 2006). Следовательно, дефицит кобаламина серьезно ингибирует рост растений в условиях ограничения азота из-за отсутствия фиксации азота его бактериальным партнером (Campbell et al., 2006, Taga and Walker, 2010).

Многочисленные насекомые создали внутриклеточные питательные симбиозы с бактериями (Moran et al., 2008). Цикады, например, питаются ксилемным соком, невероятно бедным источником питания. Чтобы получить необходимые витамины и аминокислоты (включая метионин), отсутствующие в этой диете, эти насекомые поддерживают косимбиоз с двумя бактериальными видами, Sulcia muelleri (Bacteroidetes) и Hodgkinia cicadicola (Alphaproteobacteria) (McCutcheon et al., 2009). Hodgkinia cicadicola синтезирует метионин через его кобаламин-зависимый фермент MetH; в результате он поддерживает 13 генов для биосинтеза корриноидов в его уменьшающемся 144-kb геноме (McCutcheon et al., 2009). Без этих ферментов или каких-либо диетических изменений все три члена этого трехстороннего симбиоза, скорее всего, вымрут.

Кишечные микробы вряд ли могут обеспечить человека значительными источниками кобаламина

У людей ограничение кобаламина может быть вызвано как расстройствами поглощения (включая пернициозную анемию, аутоиммунную потерю внутреннего фактора поглощения белка кобаламином, который фатален, если не лечить), так и дефицитом рациона питания (Stabler and Allen, 2004). Физиологические и неврологические последствия ограничения кобаламина и нарушений поглощения кобаламина обсуждались в многочисленных превосходных обзорах (Alpers и Russell-Jones, 2013, Gherasim et al., 2013, Rosenblatt and Fenton, 1999).

Хотя корриноиды в толстой кишке в изобилии из-за активности кишечной микробиоты, многие факторы препятствуют приобретению человеком значительных уровней кобаламина из этого источника. Во-первых, кобаламин, вырабатываемый кишечными микробами, составляет менее 2% от общего содержания корриноидов в кале (llen and Stabler, 200). Кроме того, кобаламин, продуцируемый в толстой кишке, где число микроорганизмов является наивысшим, не является биодоступным, поскольку рецепторы, необходимые для поглощения витамина, находятся в тонкой кишке, выше по течению от места образования корриноидов (Seetharam and Alpers, 1982). Заметное исключение найдено у млекопитающих, которые практикуют копрофагию: эти животные получают выгоду от микробной продукции кобаламина в толстой кишке, потребляя кал, который локализует микробный кобаламин (и другие витамины) в верхней части пищеварительного тракта, где это поглощается (Mickelsen, 1956). Кроме того, жвачные животные способны поглощать кобаламин, вырабатываемый микробами, которые находятся в рубце, пищеварительном органе с высоким содержанием микробов, расположенном выше по течению от тонкой кишки (Girard et al., 2009). Возможно, копрофаговые и жвачные животные могли бы таким образом отбирать кишечные микробы, которые производят кобаламин, а не другие корриноиды, в то время как другие виды не извлекут выгоду из такого обогащения. Действительно, содержание кобаламина в бычьем рубце (38% от общего количества корриноидов) значительно выше, чем в человеческом кале (рис. 3А) (Girard et al., 2009).

Корриноидный состав микробных сообществ, измеренный с помощью LCMS

Рисунок 3. Корриноидный состав микробных сообществ, измеренный с помощью LCMS (Liquid chromatography–mass spectrometry)

(A) показан средний корриноидный состав фекальных образцов от 18 человек в отсутствие добавки кобаламина (человека); сообщество обогащения грунтовых вод, модифицированное трихлорэтином (GW); и рубец крупного рогатого скота (Rumen) (адаптировано с разрешения Allen and Stabler, 2008; Girard et al., 2009; мужчины и соавт., 2014б).

B) Корриноидный состав образцов фекалий от 20 особей (адаптирован с разрешения Allen and Stabler, 2008). Звездочки указывают на людей, ежедневно дополненных%25 мг кобаламина. Двойные звездочки указывают на лиц, ежедневно дополненных%1000 мг кобаламина. Сокращения корриноидов определены во вставке 1.


У людей диета является основным источником кобаламина. Учитывая, что кобаламин не содержится в растениях, продукты животного происхождения являются основным источником кобаламина для большинства людей. Именно по этой причине у вегетарианцев, и особенно веганов, чаще обнаруживаются низкие уровни кобаламина в сыворотке крови (Antony, 2003). Обнаружено, что съедобная макроводоросль Porphyra yezoensis (обычно известная как пурпурный умывальник или нори) содержит уровни корриноидов, достаточные для устранения последствий дефицита кобаламина у крыс (Takenaka et al., 2001). Сообщалось также, что кобаламин присутствует в более низких количествах в других продуктах, не относящихся к животным, включая другие съедобные водоросли, некоторые грибы и ферментированные продукты, такие как темпе, кимчи и чай (Watanabe et al., 2014).

Ранее сообщалось, что некоторые другие диетические продукты содержат кобаламин, но более тщательный химический анализ позже выявил присутствие других корриноидов. Большая часть путаницы в отношении доступности кобаламина в пищевых продуктах и ​​пробиотиках связана с неоднозначностью методов, используемых для измерения кобаламина. Классический метод измерения уровня кобаламина представляет собой микробиологическую биопробу, при которой происходит рост корриноид-зависимого организма, такого как Lactobacillus spp. или Euglena gracilis используемого в качестве эталона (Raven et al., 1972). Биологические анализы до сих пор широко используются сегодня из-за их чувствительности и удобства. Однако ясно, что эти анализы не могут отличить кобаламин от других корриноидов, потому что штаммы биоанализа могут использовать несколько различных корриноидов в качестве кофакторов. Также были разработаны анализы с более высокой специфичностью к кобаламину, в которых используется очищенный внутренний фактор, белок млекопитающих с самой высокой селективностью к кобаламину (Lau et al., 1965). Однако, насколько нам известно, не все известные природные корриноиды были протестированы с помощью этого анализа. Недавняя разработка методов жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии для измерения корриноидов позволила идентифицировать специфические корриноиды в биологических образцах (Allen and Stabler, 2008, Men et al., 2014b). Использование таких методов показало, что пищевые бактерии, которые ранее считались производящими кобаламин, такие как пробиотическая бактерия Lactobacillus reuteri и съедобная цианобактерия Arthrospira (ранее Spirulina) platensis, на самом деле продуцируют только псевдокобаламин ([Ade] Cba), который не может быть использован людьми (Santos et al., 2007, Tanioka et al., 2010).

Действительно, кишечные микробы человека, вероятно, будут напрямую конкурировать с хозяином за кобаламин. По прогнозам, подавляющему большинству видов кишечных микробов человека требуются экзогенные корриноиды (Degnan et al., 2014). Примечательно, что люди с высокими бактериальными нагрузками в тонком кишечнике обычно имеют низкий статус кобаламина (Albert et al., 1980, Brandt et al., 1977, Murphy et al., 1986), возможно, из-за конкуренции между хозяином и микробами за кобаламин, или из-за переизбытка корриноидов, отличных от кобаламина. Это наблюдение особенно примечательно, учитывая, что несколько бактерий, выделенных из тонкой кишки, способны синтезировать корриноиды in vitro (Albert et al., 1980). Кроме того, бактериальные клетки и очищенный внутренний фактор связывают кобаламин со сходным сродством (Giannella et al., 1971, Giannella et al., 1972). Вместе эти наблюдения показывают, что кишечные микробы, вероятно, конкурируют за диетический кобаламин в тонком кишечнике. Способствуют ли конфигурации микробного сообщества тонкого кишечника, обогащенные корриноидными падальщиками, дефициту кобаламина у предрасположенных лиц (из-за диеты или генетических факторов), неизвестно.

Потенциальная роль корриноидов в микробной экологии кишечника

Существует большой интерес к разработке способов манипулирования микробиотой для укрепления здоровья. В настоящее время не существует эффективных методов контроля состава микробов в кишечнике человека, за исключением антибиотикотерапии, которая нацелена на широкие таксономические группы или трансплантации кала, при которой вся микробиота заменяется на микробиоту другого человека (Dethlefsen et al.., 2008, Seekatz et al., 2014). Лечение пробиотиками, живыми бактериями, которые попадают в организм с целью изменения состава или метаболизма в кишечнике, также может улучшить симптомы различных кишечных патологий, хотя эти пробиотические организмы могут и не интегрироваться как члены микробиоты (Brigidi et al., 2000 , McNulty et al., 2011).

Основываясь на недавних исследованиях роли корриноидов в кишечнике человека, мы предполагаем, что целевые манипуляции с микробиотой кишечника могут быть достигнуты путем изменения уровня специфических корриноидов. Эта гипотеза основана на следующих наблюдениях. Во-первых, более 80% секвенированных кишечных бактерий человека, по прогнозам, используют корриноиды, но менее 25% обладают генетической способностью синтезировать эти молекулы (Degnan et al., 2014); во-вторых, в образцах фекалий человека было обнаружено до восьми различных корриноидов (Allen and Stabler, 2008). В-третьих, только часть корриноидов, доступных в микробном сообществе, может использоваться данным организмом, потому что корриноид-зависимые ферменты обладают нативной специфичностью для своих предпочтительных кофакторов (Keller et al., 2013, Mok and Taga, 2013, Yi et al.., 2012). В-четвертых, корриноиды, отличные от кобаламина, плохо распознаются внутренним фактором человека, ключевым белком, необходимым для транспорта кобаламина из просвета тонкой кишки. Наконец, корриноиды синтезируются исключительно бактериями и археями, в отличие от многих других витаминов, которые также распространены в пищевых компонентах на растительной основе (Roth et al., 1996). Таким образом, поскольку разные бактерии требуют разных групп корриноидов, мы предполагаем, что микробными сообществами можно манипулировать, изменяя уровни определенных корриноидов.

Анализ корриноидного состава образцов фекалий 20 особей в исследовании  Allen and Stabler (2008 г.) выявил различия как по общему уровню корриноидов, так и по доле каждого корриноида (рис. 3В). Еще предстоит проверить, коррелируют ли эти различия с различными микробными сигнатурами в этих сообществах. Например, корриноид, обнаруженный почти исключительно в метаногенах, 5-гидроксибензимидазолил кобамиде ([5-OHBza] Cba) (Pol et al., 1982, Рыжкова и Брюханов, 2009), был обнаружен только в 30% случаев проанализированных образцов. Было бы интересно проверить, коррелирует ли наличие или количество этого корриноида с обилием или метаболической активностью метаногенных архей, которые также обнаруживаются примерно у 30% особей (Hansen et al., 2011). Точно так же уровни п-крезолилкобамида ([p-Cre] Cba), корриноида, о котором известно, что он синтезируется только Veillonellaceae, могут отражать содержание этого таксона (Chan и Escalante-Semerena, 2011, Men et al., 2014a, Men et al., 2014b). Несмотря на наблюдаемые различия между этими индивидуумами, гораздо большая разница наблюдается между образцами фекалий человека и образцами из рубца крупного рогатого скота и грунтовых вод, обогащенных трихлорэтиленом, что позволяет предположить, что кишечная среда человека выбирает микробов, которые производят определенный набор корриноидов (рис. 3А) (Girard et al., 2009, Men et al., 2014b). Тем не менее, еще предстоит определить, можно ли найти более широкое разнообразие профилей корриноидов у людей с большими различиями в рационе питания, образе жизни или географическом положении.

Важное исследование корриноидов в образцах фекалий человека, проведенное Алленом и Стаблером, также выявило влияние высоких доз кобаламина на корриноидный состав кишечника (Allen and Stabler, 2008). Люди, которые принимали 1-2 мг кобаламина в день (почти в 1000 раз выше рекомендуемой суточной нормы в США), не только имели более высокие уровни этого витамина в кале, чем можно было бы ожидать, если бы некоторые добавки не всасывались в тонкой кишке, но также имели высокий уровень почти всех других корриноидов (рис. 3В). Кроме того, при обследовании с течением времени у одного индивидуума было выявлено, что повышение уровней корриноидов является кратковременным, поскольку каждый корриноид вернулся к исходному уровню только через 10 дней. Увеличение общего уровня корриноидов после приема кобаламина свидетельствует о ремоделировании корриноидов, при котором нижний лиганд корриноида удаляется, а другой прикрепляется (Grey and Escalante-Semerena, 2009). Ремоделирование корриноидов наблюдается у архей и бактерий, выращенных в чистой культуре, и считается механизмом получения специфических корриноидов, необходимых для метаболизма (Escalante-Semerena, 2007, Grey и Escalante-Semerena, 2009, Yi et al., 2012). Наблюдение за тем, что ремоделирование корриноидов позволяет микробиоте кишечника поддерживать стабильный состав корриноидов, указывает на надежность этого сообщества и важную проблему в модуляции уровней корриноидов с помощью биологически активного корриноида. Альтернативные подходы могут заключаться в том, чтобы предоставить синтетические аналоги корриноидов, которые не распознаются механизмом ремоделирования, или низшие лигандные основания для включения в желаемые корриноиды (известный как направленный биосинтез). Было бы интересно изучить микробный состав и профили экспрессии генов после приема кобаламина в качестве средства для понимания краткосрочных и долгосрочных эффектов нарушений метаболизма корриноидов.

Корриноиды играют роль в физиологии большинства кишечных микробов человека

Корриноиды наиболее известны своей ролью кофакторов для ферментов, которые осуществляют радикальные перегруппировки или реакции переноса метила. MCM и MetH, единственные два кобаламин-зависимых фермента, присутствующие у человека, также входят в число наиболее распространенных корриноид-зависимых ферментов в кишечном микробиоме человека (Degnan et al., 2014). Превращение сукцинил-КоА в метилмалонил-КоА с помощью МСМ и последующее декарбоксилирование в пропионил-КоА генерирует СО2, что, как было предположено, облегчает дыхание в анаэробных средах, таких как кишечник, который содержит низкие уровни альтернативных акцепторов электронов (Fischbach and Sonnenburg, 2011 , Macy et al., 1978). Во время этого процесса Na+ выкачивается из клетки, устанавливая градиент, который можно использовать для синтеза АТФ (Dimroth, 1987). Одна треть видов бактерий, которые содержат гомолог MetH, по-видимому, не зависят от корриноидов для активности MetH по крайней мере при некоторых условиях, поскольку они также содержат гомолог MetE (Degnan et al., 2014). Однако многочисленные дополнительные гены, кодирующие множество других корриноид-зависимых ферментов, не обнаруженных в клетках человека, также присутствуют в кишечном микробиоме человека и способствуют специфическим метаболическим процессам (таблица 1). Например, корриноид-зависимый фермент этаноламин-аммиачная лиаза, присутствующий в 17% последовательных комменсалов кишечника человека (Degnan et al., 2014), позволяет бактериям использовать этаноламин, продукт расщепления фосфолипид-фосфатипидэтаноламина в мембране, который находится в кишечник, как источник углерода и азота (Garsin, 2010). Как описано ниже, большое количество других генов в кишечнике, экспрессия которых потенциально регулируется корриноидами, позволяет предположить, что дополнительные корриноид-зависимые процессы еще предстоит обнаружить.

Таблица 1. Корриноид-зависимые ферменты у людей и их кишечной микробиоты
Ортолог
Люди
Кишечный микробиом
Процент от
кишечных микробов
Описание белка
EC No.
MetH
+
+
67%
B12-зависимая метионинсинтаза
MCM/SpcA/MutAB
+
+
25%
RNR II/NrdJ
-
+
35%
Витамин В12-зависимая рибонуклеотидредуктаза
GlmES
-
+
8%
Mgm
-
+
1%
IcmAB/IcmF/Hcm
-
+
4%
Изобутирил-КоА-мутаза / 2-гидроксиизобутирил-КоА-мутаза
5.4.99.13/5.4.99.-
EutB
-
+
17%
CPduCDE
-
+
11%
KamED
-
+
8%
OraSE
-
+
2%
QueG
-
+
33%
PceA
-
+
1%

Тетрахлорэтенредуктивная дегалогеназа

AcsEC
-
+
4%
CO-дегидрогеназный корриноидный / железо-серный белковый комплекс
-
DMta/Mtt
-
+
30%
HpnR/Hyp.
-
+
43%
B12-связывающий домен / радикальные белки домена SAM
-
См.: Degnan et al., 2014.

Корриноид-зависимая регуляция генов в кишечном микробиоме

В дополнение к их роли в качестве кофакторов ферментов, корриноиды также действуют как регуляторы экспрессии генов в различных бактериях, включая виды кишечника человека. Рибосвитчи - это регуляторные РНК-элементы, обычно встречающиеся в 5'-UTR генных транскриптов, которые модулируют экспрессию генов путем связывания специфических низкомолекулярных метаболитов, таких как витамины или аминокислоты (Tucker and Breaker, 2005). Изменение вторичной структуры РНК, вызванное связыванием низкомолекулярного лиганда, влияет на транскрипцию или трансляцию присоединенной мРНК (Nahvi et al., 2002, Waters and Storz, 2009). Обнаружено, что корриноидные рибосвитчи (классифицируемые как рибосвитчи кобаламина или аденозилкобаламина) действуют в результате лиганд-индуцированной транскрипционной или трансляционной аттенуации у некоторых модельных бактерий (Vitreschak et al., 2003). У этих организмов большинство генов, регулируемых рибосвитчами, участвуют в биосинтезе или транспорте корриноидов. Кишечные микробы, которые зависят от корриноидов, часто кодируют множественные корриноидные рибосвитчи, причем почти 41% недавно проанализированных видов (106/260) имеют ≥3, а у некоторых целых 17 (Degnan et al., 2014). Помимо генов биосинтеза и транспорта корриноидов, эти регуляторы мРНК в человеческом микробиоме обнаружены выше ряда корриноид-зависимых генов и их аналогов с корриноидинзависимым изозимом, таких как metE и корриноид-независимые рибонуклеотидредуктазы (Rodionov et al., 2003). Поразительно, что известный биосинтез корриноидов, транспорт корриноидов, корриноид-зависимые ферменты и их корриноид-независимые изозимы составляют только половину из почти 4000 генов, предположительно регулируемых корриноидными рибосвитчами в секвенированных микробных видах кишечника человека (Degnan et al., 2014). Таким образом, многие дополнительные гены потенциально подвержены модуляции экспрессии в ответ на доступность корриноидов. Например, более половины секвенированных геномов Bacteroidetes кодируют кластер генов мультисубъединицы карбоксилазы, регулируемый рибозоидом рибосвичей (EC 6.4.1.-). Хотя субстрат является неопределенным (возможно, пропионат; Rodionov et al., 2003), широко распространенная регуляция этого локуса в ответ на корриноиды может быть важна для модуляции потока через MCM. Кроме того, многие предполагаемые переносчики неизвестных субстратов обнаружены ниже по течению от рибосвичей, содержащих корриноиды, и требуют дальнейшего изучения (Degnan et al., 2014).

Корриноид-зависимая регуляция в микробиоме кишечника также может распространяться за пределы генов, регулируемых рибосвитчем. Около 100 ORFs, регулируемых рибосвитчами с помощью корриноидов, идентифицированных в нашем недавнем обзоре микробных геномов кишечника человека, кодируют предсказанные регуляторы транскрипции и ДНК-связывающие белки, которые сами, вероятно, влияют на экспрессию многочисленных нижестоящих генов (Degnan et al., 2014). Действительно, исследования транскрипционного профилирования по всему геному корриноидного ответа в органогалогенид-респираторной бактерии Dehalococcoides mccartyi (ранее D. ethenogenes) показывают, что многие корриноид-чувствительные гены в этом организме не имеют рибосвичи корриноидов (Johnson et al., 2009). Несколько видов бактерий также используют кобаламин для прямого контроля активности регуляторов транскрипции (Klug, 2014). В наиболее изученных примерах эти регуляторы используют фотолабильную природу верхнего лиганда молекулы для реакции на свет (Cheng et al., 2014, Ortiz-Guerrero et al., 2011). Неизвестно, существуют ли похожие процессы в микробах, которые переходят между ассоциированной с хозяином и внешней средой обитания, или же эти или другие факторы транскрипции реагируют на обширное структурное разнообразие корриноидов, присутствующее в полимикробной среде.

Выборочное приобретение корриноидов

В отличие от других незаменимых малых молекул и металлов, у бактерий преобладает один тип транспортного механизма для кобаламина (и других корриноидов): транспортер ABC-типа BtuFCD в сочетании с рецептором внешней мембраны BtuB у грамотрицательных бактерий (см. Gopinath et al.., 2013). Хотя было показано, что микробам и их корриноид-зависимым ферментам требуются корриноиды со специфическими низшими лигандами (Mok and Taga, 2013, Reinhold et al., 2012, Yi et al., 2012), однако несколько охарактеризованных систем BtuFCD(B) способны к транспортировке различных корриноидов и их предшественников (Bradbeer et al., 1978, Degnan et al., 2014). Эта разнородность, вероятно, позволяет эффективно извлекать и реконструировать корриноиды. Тем не менее, для микробов без ферментов, необходимых для осуществления этих процессов, развитие транспортерной специфичности для совместимых корриноидов может быть выгодным. Недавно мы показали, что в отличие от Proteobacteria (например, Escherichia coli), кишечные бактерии (которые составляют 20–80% кишечного микробиома человека) часто кодируют несколько копий BtuB (Degnan et al., 2014). В Bacteroides thetaiotaomicron три копии демонстрируют специфическую для корриноидов функциональную иерархию. Один экземпляр, BtuB2, легко транспортирует кобаламин и шесть дополнительных испытанных корриноидов. Штаммы, лишенные этого единственного транспортера (с двумя дополнительными транспортерами BtuB1 и BtuB3 в интактном состоянии), не способны конкурировать с бактериями дикого типа у мышей-гнотобиотов с кобаламином в качестве единственного доступного корриноида (Degnan et al., 2014; Goodman et al., 2009). Эти эксперименты и исследования in vitro предполагают, что BtuB1 и BtuB3 имеют более низкую аффинность или специфичность к кобаламину по сравнению с BtuB2. Кроме того, оставшиеся транспортеры BtuB1 и BtuB3 демонстрируют предпочтения in vitro и in vivo для различных корриноидов, распространенных в кишечнике. Штаммы, кодирующие только BtuB1, уступают штаммам, кодирующим BtuB3, когда предоставляются [Ade] Cba и [Bza] Cba, но не присутствуют в присутствии кобаламина, [2-MeAde] Cba, [5-OMeBza] Cba и [5-MeBza] Cba. Наш вычислительный анализ показывает, что эти три переносчика B. thetaiotaomicron (рецепторы, BtuB1, BtuB2 и BtuB3) представляют только 3% известной последовательности BtuB и функционального разнообразия в кишечных бактериях человека. Как таковые, их относительные транспортные предпочтения представляют небольшую часть сложности распознавания корриноидов в микробиоме кишечника человека.

Заключение

Связанные с человеком комменсальные микробы участвуют в элегантных и сложных химических связях и метаболических взаимодействиях (Dorrestein et al., 2014). Манипулирование этими путями обеспечивает привлекательную стратегию максимизации вклада микробиоты в здоровье, но какие метаболиты играют фундаментальную роль в формировании таких сообществ, остается неизвестным. Эта проблема дополнительно усугубляется тем, что огромное разнообразие микробных метаболитов остается в значительной степени неисследованным (Cimermancic et al., 2014). Рост усилий по секвенированию генома в сочетании с новыми подходами к исследованию, кластеризации и аннотированию химических метаболитов создают волнующую эпоху в открытии малых молекул (Bouslimani et al., 2014, Charlop-Powers et al., 2014). Однако не следует упускать из виду известные небольшие молекулы с хорошо зарекомендовавшей себя фундаментальной ролью в метаболизме бактерий и регуляции генов, включая витамины, т.к. и они могут представлять многообещающие возможности для преобразования десятилетних исследований микробного метаболизма в эффективные методы манипулирования микробиотой.

Источник: Patrick H. Degnan, Michiko E. Taga, Andrew L. Goodman. Vitamin B12 as a Modulator of Gut Microbial Ecology. Cell Metabolism 20, November 4, 2014 - С.769-778.

К разделуВитамин B12

Литература:

  1. Albert, M.J., Mathan, V.I., and Baker, S.J. (1980). Vitamin B12 synthesis by human small intestinal bacteria. Nature 283, 781–782.
  2. Allen, R.H., and Stabler, S.P. (2008). Identification and quantitation of cobalamin and cobalamin analogues in human feces. Am. J. Clin. Nutr. 87, 1324–1335.
  3. Alpers, D.H., and Russell-Jones, G. (2013). Gastric intrinsic factor: the gastric and small intestinal stages of cobalamin absorption. a personal journey. Biochimie 95, 989–994.
  4. Antony, A.C. (2003). Vegetarianism and vitamin B-12 (cobalamin) deficiency. Am. J. Clin. Nutr. 78, 3–6.
  5. Banerjee, R., and Chowdhury, S. (1999). Methylmalonyl-CoA mutase. In Chemistry and Biochemistry of B12, R. Banerjee, ed. (New York: John Wiley & Sons, Inc.), pp. 707–729.
  6. Bito, T., Matsunaga, Y., Yabuta, Y., Kawano, T., and Watanabe, F. (2013). Vitamin B12 deficiency in Caenorhabditis elegans results in loss of fertility, extended life cycle, and reduced lifespan. FEBS Open Bio. 3, 112–117.
  7. Bouslimani, A., Sanchez, L.M., Garg, N., and Dorrestein, P.C. (2014). Mass spectrometry of natural products: current, emerging and future technologies. Nat. Prod. Rep. 31, 718–729.
  8. Bradbeer, C., Kenley, J.S., Di Masi, D.R., and Leighton, M. (1978). Transport of vitamin B12 in Escherichia coli. Corrinoid specificities of the periplasmic B12-binding protein and of energy-dependent B12 transport. J. Biol. Chem. 253, 1347–1352.
  9. Brandt, L.J., Bernstein, L.H., and Wagle, A. (1977). Production of vitamin B 12 analogues in patients with small-bowel bacterial overgrowth. Ann. Intern. Med. 87, 546–551.
  10. Brigidi, P., Vitali, B., Swennen, E., Altomare, L., Rossi, M., and Matteuzzi, D. (2000). Specific detection of bifidobacterium strains in a pharmaceutical probiotic product and in human feces by polymerase chain reaction. Syst. Appl. Microbiol. 23, 391–399.
  11. Campbell, G.R., Taga, M.E., Mistry, K., Lloret, J., Anderson, P.J., Roth, J.R., and Walker, G.C. (2006). Sinorhizobium meliloti bluB is necessary for production of 5,6-dimethylbenzimidazole, the lower ligand of B12. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103, 4634–4639.
  12. Chan, C.H., and Escalante-Semerena, J.C. (2011). ArsAB, a novel enzyme from Sporomusa ovata activates phenolic bases for adenosylcobamide biosynthesis. Mol. Microbiol. 81, 952–967.
  13. Charlop-Powers, Z., Milshteyn, A., and Brady, S.F. (2014). Metagenomic small molecule discovery methods. Curr. Opin. Microbiol. 19, 70–75. Cheng, Z., Li, K., Hammad, L.A., Karty, J.A., and Bauer, C.E. (2014). Vitamin B12 regulates photosystem gene expression via the CrtJ antirepressor AerR in Rhodobacter capsulatus. Mol. Microbiol. 91, 649–664.
  14. Cimermancic, P., Medema, M.H., Claesen, J., Kurita, K., Wieland Brown, L.C., Mavrommatis, K., Pati, A., Godfrey, P.A., Koehrsen, M., Clardy, J., et al. (2014). Insights into secondary metabolism from a global analysis of prokaryotic biosynthetic gene clusters. Cell 158, 412–421.
  15. Croft, M.T., Lawrence, A.D., Raux-Deery, E., Warren, M.J., and Smith, A.G. (2005). Algae acquire vitamin B12 through a symbiotic relationship with bacteria. Nature 438, 90–93.
  16. Dadd, R.H. (1973). Insect nutrition: current developments and metabolic implications. Annu. Rev. Entomol. 18, 381–420.
  17. Dantas, G., Sommer, M.O., Degnan, P.H., and Goodman, A.L. (2013). Experimental approaches for defining functional roles of microbes in the human gut. Annu. Rev. Microbiol. 67, 459–475.
  18. Degnan, P.H., Barry, N.A., Mok, K.C., Taga, M.E., and Goodman, A.L. (2014). Human gut microbes use multiple transporters to distinguish vitamin B12 analogs and compete in the gut. Cell Host Microbe 15, 47–57.
  19. Dethlefsen, L., Huse, S., Sogin, M.L., and Relman, D.A. (2008). The pervasive effects of an antibiotic on the human gut microbiota, as revealed by deep 16S rRNA sequencing. PLoS Biol. 6, e280.
  20. Diaz Heijtz, R., Wang, S., Anuar, F., Qian, Y., Bjo¨ rkholm, B., Samuelsson, A., Hibberd, M.L., Forssberg, H., and Pettersson, S. (2011). Normal gut microbiota modulates brain development and behavior. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 3047–3052.
  21. Dimroth, P. (1987). Sodium ion transport decarboxylases and other aspects of sodium ion cycling in bacteria. Microbiol. Rev. 51, 320–340.
  22. Dorrestein, P.C., Mazmanian, S.K., and Knight, R. (2014). Finding the missing links among metabolites, microbes, and the host. Immunity 40, 824–832.
  23. Escalante-Semerena, J.C. (2007). Conversion of cobinamide into adenosylcobamide in bacteria and archaea. J. Bacteriol. 189, 4555–4560.
  24. Faith, J.J., Rey, F.E., O’Donnell, D., Karlsson, M., McNulty, N.P., Kallstrom, G., Goodman, A.L., and Gordon, J.I. (2010). Creating and characterizing communities of human gut microbes in gnotobiotic mice. ISME J. 4, 1094–1098.
  25. Fe´ lix, M.A., and Duveau, F. (2012). Population dynamics and habitat sharing of natural populations of Caenorhabditis elegans and C. briggsae. BMC Biol. 10, 59.
  26. Fischbach, M.A., and Sonnenburg, J.L. (2011). Eating for two: how metabolism establishes interspecies interactions in the gut. Cell Host Microbe 10, 336–347.
  27. Frenkel, E.P., and Kitchens, R.L. (1975). Intracellular localization of hepatic propionyl-CoA carboxylase and methylmalonyl-CoA mutase in humans and normal and vitamin B12 deficient rats. Br. J. Haematol. 31, 501–513.
  28. Garsin, D.A. (2010). Ethanolamine utilization in bacterial pathogens: roles and regulation. Nat. Rev. Microbiol. 8, 290–295.
  29. Gherasim, C., Lofgren, M., and Banerjee, R. (2013). Navigating the B(12) road: assimilation, delivery, and disorders of cobalamin. J. Biol. Chem. 288, 13186–13193.
  30. Giannella, R.A., Broitman, S.A., and Zamcheck, N. (1971). Vitamin B12 uptake by intestinal microorganisms: mechanism and relevance to syndromes of intestinal bacterial overgrowth. J. Clin. Invest. 50, 1100–1107.
  31. Giannella, R.A., Broitman, S.A., and Zamcheck, N. (1972). Competition between bacteria and intrinsic factor for vitamin B 12 : implications for vitamin B 12 malabsorption in intestinal bacterial overgrowth. Gastroenterology 62, 255–260.
  32. Girard, C.L., Santschi, D.E., Stabler, S.P., and Allen, R.H. (2009). Apparent ruminal synthesis and intestinal disappearance of vitamin B12 and its analogs in dairy cows. J. Dairy Sci. 92, 4524–4529.
  33. Goodman, A.L., and Gordon, J.I. (2010). Our unindicted coconspirators: human metabolism from a microbial perspective. Cell Metab. 12, 111–116.
  34. Goodman, A.L., McNulty, N.P., Zhao, Y., Leip, D., Mitra, R.D., Lozupone, C.A., Knight, R., and Gordon, J.I. (2009). Identifying genetic determinants needed to establish a human gut symbiont in its habitat. Cell Host Microbe 6, 279–289.
  35. Goodman, A.L., Wu, M., and Gordon, J.I. (2011). Identifying microbial fitness determinants by insertion sequencing using genome-wide transposon mutant libraries. Nat. Protoc. 6, 1969–1980.
  36. Gopinath, K., Venclovas, C., Ioerger, T.R., Sacchettini, J.C., McKinney, J.D., Mizrahi, V., and Warner, D.F. (2013). A vitamin B12 transporter in Mycobacterium tuberculosis. Open Biol 3, 120175.
  37. Gordon, H.A., and Pesti, L. (1971). The gnotobiotic animal as a tool in the study of host microbial relationships. Bacteriol. Rev. 35, 390–429.
  38. Gray, M.J., and Escalante-Semerena, J.C. (2009). The cobinamide amidohydrolase (cobyric acid-forming) CbiZ enzyme: a critical activity of the cobamide remodelling system of Rhodobacter sphaeroides. Mol. Microbiol. 74, 1198–1210.
  39. Hansen, E.E., Lozupone, C.A., Rey, F.E., Wu, M., Guruge, J.L., Narra, A., Goodfellow, J., Zaneveld, J.R., McDonald, D.T., Goodrich, J.A., et al. (2011). Pan-genome of the dominant human gut-associated archaeon, Methanobrevibacter smithii, studied in twins. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108 (Suppl 1 ), 4599–4606.
  40. Helliwell, K.E., Wheeler, G.L., Leptos, K.C., Goldstein, R.E., and Smith, A.G. (2011). Insights into the evolution of vitamin B12 auxotrophy from sequenced algal genomes. Mol. Biol. Evol. 28, 2921–2933.
  41. Ieda, M., Hosotani, T., Kurimoto, K., Mori, T., Ueda, T., Kotake, Y., and Sakakibara, B. (1979). The differences of the metabolism related to vitamin B6-dependent enzymes among vitamin B6-deficient germ-free and conventional ats. J. Nutr. Sci. Vitaminol. (Tokyo) 25, 131–139.
  42. Johnson, D.R., Nemir, A., Andersen, G.L., Zinder, S.H., and Alvarez-Cohen, L. (2009). Transcriptomic microarray analysis of corrinoid responsive genes in Dehalococcoides ethenogenes strain 195. FEMS Microbiol. Lett. 294, 198–206.
  43. Jones, K.M., Kobayashi, H., Davies, B.W., Taga, M.E., and Walker, G.C. (2007). How rhizobial symbionts invade plants: the Sinorhizobium-Medicago model. Nat. Rev. Microbiol. 5, 619–633.
  44. Keller, S., Ruetz, M., Kunze, C., Krautler, B., Diekert, G., and Schubert, T. (2013). Exogenous 5,6-dimethylbenzimidazole caused production of a nonfunctional tetrachloroethene reductive dehalogenase in Sulfurospirillum multivorans. Environ. Microbiol. Published online September 4, 2013. http://dx.doi.org/10.1111/1462-2920.12268
  45. Klug, G. (2014). Beyond catalysis: vitamin B12 as a cofactor in gene regulation. Mol. Microbiol. 91, 635–640.
  46. Kra¨ utler, B. (2005). Vitamin B12: chemistry and biochemistry. Biochem. Soc. Trans. 33, 806–810.
  47. Lau, K.S., Gottlieb, C., Wasserman, L.R., and Herbert, V. (1965). Measurement of Serum Vitamin B12 Level Using Radioisotope Dilution and Coated Charcoal. Blood 26, 202–214.
  48. Lozupone, C.A., Stombaugh, J.I., Gordon, J.I., Jansson, J.K., and Knight, R. (2012). Diversity, stability and resilience of the human gut microbiota. Nature 489, 220–230.
  49. MacArthur, D.G., Balasubramanian, S., Frankish, A., Huang, N., Morris, J., Walter, K., Jostins, L., Habegger, L., Pickrell, J.K., Montgomery, S.B., et al.; 1000 Genomes Project Consortium (2012). A systematic survey of loss-offunction variants in human protein-coding genes. Science 335, 823–828.
  50. MacNeil, L.T., Watson, E., Arda, H.E., Zhu, L.J., and Walhout, A.J. (2013). Dietinduced developmental acceleration independent of TOR and insulin in C. elegans. Cell 153, 240–252.
  51. Macy, J.M., Ljungdahl, L.G., and Gottschalk, G. (1978). Pathway of succinate and propionate formation in Bacteroides fragilis. J. Bacteriol. 134, 84–91.
  52. Matthews, R.G. (1999). Cobalamin-dependent methionine synthase. In Chemistry and Biochemistry of B12, R. Banerjee, ed. (New York: John Wiley & Sons, Inc.), pp. 681–706.
  53. McCutcheon, J.P., McDonald, B.R., and Moran, N.A. (2009). Convergent evolution of metabolic roles in bacterial co-symbionts of insects. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 15394–15399.
  54. McNulty, N.P., Yatsunenko, T., Hsiao, A., Faith, J.J., Muegge, B.D., Goodman, A.L., Henrissat, B., Oozeer, R., Cools-Portier, S., Gobert, G., et al. (2011). The impact of a consortium of fermented milk strains on the gut microbiome of gnotobiotic mice and monozygotic twins. Sci. Transl. Med. 3, 106ra106.
  55. Men, Y., Seth, E.C., Yi, S., Allen, R.H., Taga, M.E., and Alvarez-Cohen, L. (2014a). Sustainable growth of Dehalococcoides mccartyi 195 by corrinoid salvaging and remodeling in defined lactate-fermenting consortia. Appl. Environ. Microbiol. 80, 2133–2141.
  56. Men, Y., Seth, E.C., Yi, S., Crofts, T.S., Allen, R.H., Taga, M.E., and Alvarez- Cohen, L. (2014b). Identification of specific corrinoids reveals corrinoid modification in dechlorinating microbial communities. Environ. Microbiol. Published online May 7, 2014. http://dx.doi.org/10.1111/1462-2920.12500
  57. Mickelsen, O. (1956). Intestinal synthesis of vitamins in the nonruminant. Vitam. Horm. 14, 1–95.
  58. Mok, K.C., and Taga, M.E. (2013). Growth inhibition of Sporomusa ovata by incorporation of benzimidazole bases into cobamides. J. Bacteriol. 195, 1902–1911.
  59. Moran, N.A., McCutcheon, J.P., and Nakabachi, A. (2008). Genomics and evolution of heritable bacterial symbionts. Annu. Rev. Genet. 42, 165–190.
  60. Murphy, M.F., Sourial, N.A., Burman, J.F., Doyle, D.V., Tabaqchali, S., and Mollin, D.L. (1986). Megaloblastic anaemia due to vitamin B12 deficiency caused by small intestinal bacterial overgrowth: possible role of vitamin B12 analogues. Br. J. Haematol. 62, 7–12.
  61. Nahvi, A., Sudarsan, N., Ebert, M.S., Zou, X., Brown, K.L., and Breaker, R.R. (2002). Genetic control by a metabolite binding mRNA. Chem. Biol. 9, 1043.
  62. Nielsen, M.J., Rasmussen, M.R., Andersen, C.B., Nexo, E., and Moestrup, S.K. (2012). Vitamin B12 transport from food to the body’s cells–a sophisticated, multistep pathway. Nature Rev. Gastroenterol. Hepatol. 9, 345–354.
  63. Ortiz-Guerrero, J.M., Polanco, M.C., Murillo, F.J., Padmanabhan, S., and Elı´as-Arnanz, M. (2011). Light-dependent gene regulation by a coenzyme B12-based photoreceptor. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 7565–7570.
  64. Pol, A., van der Drift, C., and Vogels, G.D. (1982). Corrinoids from Methanosarcina barkeri: structure of the alpha-ligand. Biochem. Biophys. Res. Commun. 108, 731–737.
  65. Qin, J., Li, R., Raes, J., Arumugam, M., Burgdorf, K.S., Manichanh, C., Nielsen, T., Pons, N., Levenez, F., Yamada, T., et al.; MetaHIT Consortium (2010). A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature 464, 59–65.
  66. Raven, J.L., Robson, M.B., Morgan, J.O., and Hoffbrand, A.V. (1972). Comparison of three methods for measuring vitamin B 12 in serum: radioisotopic, euglena gracilis and Lactobacillus leichmannii. Br. J. Haematol. 22, 21–31.
  67. Reinhold, A., Westermann, M., Seifert, J., von Bergen, M., Schubert, T., and Diekert, G. (2012). Impact of vitamin B12 on formation of the tetrachloroethene reductive dehalogenase in Desulfitobacterium hafniense strain Y51. Appl. Environ. Microbiol. 78, 8025–8032.
  68. Renz, P. (1999). Biosynthesis of the 5,6-dimethylbenzimidazole moiety of cobalamin and of the other bases found in natural corrinoids. In Chemistry and Biochemistry of B12, R. Banerjee, ed. (New York: John Wiley & Sons, Inc.), pp. 557–575.
  69. Rodionov, D.A., Vitreschak, A.G., Mironov, A.A., and Gelfand, M.S. (2003). Comparative genomics of the vitamin B12 metabolism and regulation in prokaryotes. J. Biol. Chem. 278, 41148–41159.
  70. Roeselers, G., Mittge, E.K., Stephens, W.Z., Parichy, D.M., Cavanaugh, C.M., Guillemin, K., and Rawls, J.F. (2011). Evidence for a core gut microbiota in the zebrafish. ISME J. 5, 1595–1608.
  71. Rosenblatt, D.S., and Fenton, W.A. (1999). Inborn errors of cobalamin metabolism. In Chemistry and Biochemistry of B12, R. Banerjee, ed. (New York: Wiley), pp. 367–384.
  72. Roth, J.R., Lawrence, J.G., and Bobik, T.A. (1996). Cobalamin (coenzyme B12): synthesis and biological significance. Annu. Rev. Microbiol. 50, 137–181.
  73. Ryzhkova, E.P., and Briukhanov, A.L. (2009). [Effect of a corrinoid on Methanosarcina barkeri DNA synthesis]. Mikrobiologiia 78, 5–11.
  74. Santos, F., Vera, J.L., Lamosa, P., de Valdez, G.F., de Vos, W.M., Santos, H., Sesma, F., and Hugenholtz, J. (2007). Pseudovitamin B(12) is the corrinoid produced by Lactobacillus reuteri CRL1098 under anaerobic conditions. FEBS Lett. 581, 4865–4870.
  75. San˜ udo-Wilhelmy, S.A., Cutter, L.S., Durazo, R., Smail, E.A., Go´ mez-Consarnau, L., Webb, E.A., Prokopenko, M.G., Berelson, W.M., and Karl, D.M. (2012). Multiple B-vitamin depletion in large areas of the coastal ocean. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 109, 14041–14045.
  76. Seekatz, A.M., Aas, J., Gessert, C.E., Rubin, T.A., Saman, D.M., Bakken, J.S., and Young, V.B. (2014). Recovery of the gut microbiome following fecal microbiota transplantation. MBio. 5,
  77. Seetharam, B., and Alpers, D.H. (1982). Absorption and transport of cobalamin (vitamin B12). Annu. Rev. Nutr. 2, 343–369.
  78. Seth, E.C., and Taga, M.E. (2014). Nutrient cross-feeding in the microbial world. Front. Microbiol. 5, 350.
  79. Siegl, A., Kamke, J., Hochmuth, T., Piel, J., Richter, M., Liang, C., Dandekar, T., and Hentschel, U. (2011). Single-cell genomics reveals the lifestyle of Poribacteria, a candidate phylum symbiotically associated with marine sponges. ISME J. 5, 61–70.
  80. Smith, K., McCoy, K.D., and Macpherson, A.J. (2007). Use of axenic animals in studying the adaptation of mammals to their commensal intestinal microbiota. Semin. Immunol. 19, 59–69.
  81. Stabler, S.P., and Allen, R.H. (2004). Vitamin B12 deficiency as a worldwide problem. Annu. Rev. Nutr. 24, 299–326.
  82. Sugita, H., Miyajima, C., and Deguchi, Y. (1991). The vitamin B12-producing ability of the intestinal microflora of freshwater fish. Aquaculture 92, 267–276.
  83. Sumi, Y., Miyakawa, M., Kanzaki, M., and Kotake, Y. (1977). Vitamin B-6 deficiency in germfree rats. J. Nutr. 107, 1707–1714.
  84. Taga, M.E., and Walker, G.C. (2010). Sinorhizobium meliloti requires a cobalamin- dependent ribonucleotide reductase for symbiosis with its plant host. Mol. Plant Microbe Interact. 23, 1643–1654.
  85. Takenaka, S., Sugiyama, S., Ebara, S., Miyamoto, E., Abe, K., Tamura, Y., Watanabe, F., Tsuyama, S., and Nakano, Y. (2001). Feeding dried purple laver (nori) to vitamin B12-deficient rats significantly improves vitamin B12 status. Br. J. Nutr. 85, 699–703.
  86. Tanioka, Y., Miyamoto, E., Yabuta, Y., Ohnishi, K., Fujita, T., Yamaji, R., Misono, H., Shigeoka, S., Nakano, Y., Inui, H., and Watanabe, F. (2010). Methyladeninylcobamide functions as the cofactor of methionine synthase in a Cyanobacterium, Spirulina platensis NIES-39. FEBS Lett. 584, 3223–3226.
  87. Thomas, T., Rusch, D., DeMaere, M.Z., Yung, P.Y., Lewis, M., Halpern, A., Heidelberg, K.B., Egan, S., Steinberg, P.D., and Kjelleberg, S. (2010). Functional genomic signatures of sponge bacteria reveal unique and shared features of symbiosis. ISME J. 4, 1557–1567.
  88. Torrents, E., Trevisiol, C., Rotte, C., Hellman, U., Martin, W., and Reichard, P. (2006). Euglena gracilis ribonucleotide reductase: the eukaryote class II enzyme and the possible antiquity of eukaryote B12 dependence. J. Biol. Chem. 281, 5604–5611.
  89. Tucker, B.J., and Breaker, R.R. (2005). Riboswitches as versatile gene control elements. Curr. Opin. Struct. Biol. 15, 342–348.
  90. Vitreschak, A.G., Rodionov, D.A., Mironov, A.A., and Gelfand, M.S. (2003). Regulation of the vitamin B12 metabolism and transport in bacteria by a conserved RNA structural element. RNA 9, 1084–1097.
  91. Watanabe, F., Yabuta, Y., Bito, T., and Teng, F. (2014). Vitamin B12-containing plant food sources for vegetarians. Nutrients 6, 1861–1873.
  92. Waters, L.S., and Storz, G. (2009). Regulatory RNAs in bacteria. Cell 136, 615–628.
  93. Watson, E., MacNeil, L.T., Ritter, A.D., Yilmaz, L.S., Rosebrock, A.P., Caudy, A.A., and Walhout, A.J. (2014). Interspecies systems biology uncovers metabolites affecting C. elegans gene expression and life history traits. Cell 156, 759–770.
  94. Wostmann, B.S. (1981). The germfree animal in nutritional studies. Annu. Rev. Nutr. 1, 257–279.
  95. Wostmann, B.S., and Knight, P.L. (1965). Antagonismbetween vitamins A and K in the germfree rat. J. Nutr. 87, 155–160.
  96. Yi, S., Seth, E.C., Men, Y.J., Stabler, S.P., Allen, R.H., Alvarez-Cohen, L., and Taga, M.E. (2012). Versatility in corrinoid salvaging and remodeling pathways supports corrinoid-dependent metabolism in Dehalococcoides mccartyi. Appl. Environ. Microbiol. 78, 7745–7752.

Будьте здоровы!

 

ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ

  1. ПРОБИОТИКИ
  2. ДОМАШНИЕ ЗАКВАСКИ
  3. БИФИКАРДИО
  4. КОНЦЕНТРАТ БИФИДОБАКТЕРИЙ ЖИДКИЙ
  5. ПРОПИОНИКС
  6. ЙОДПРОПИОНИКС
  7. СЕЛЕНПРОПИОНИКС
  8. БИФИДОБАКТЕРИИ
  9. ПРОПИОНОВОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ
  10. ПРОБИОТИКИ И ПРЕБИОТИКИ
  11. СИНБИОТИКИ
  12. АНТИОКСИДАНТНЫЕ СВОЙСТВА
  13. АНТИОКСИДАНТНЫЕ ФЕРМЕНТЫ
  14. АНТИМУТАГЕННАЯ АКТИВНОСТЬ
  15. МИКРОФЛОРА КИШЕЧНОГО ТРАКТА
  16. МИКРОФЛОРА И ФУНКЦИИ МОЗГА
  17. ПРОБИОТИКИ И ХОЛЕСТЕРИН
  18. ПРОБИОТИКИ ПРОТИВ ОЖИРЕНИЯ
  19. МИКРОФЛОРА И САХАРНЫЙ ДИАБЕТ
  20. ПРОБИОТИКИ и ИММУНИТЕТ
  21. ПРОБИОТИКИ и ГРУДНЫЕ ДЕТИ
  22. ДИСБАКТЕРИОЗ
  23. МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ
  24. ПРОБИОТИКИ С ПНЖК
  25. ВИТАМИННЫЙ СИНТЕЗ
  26. АМИНОКИСЛОТНЫЙ СИНТЕЗ
  27. АНТИМИКРОБНЫЕ СВОЙСТВА
  28. СИНТЕЗ ЛЕТУЧИХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ
  29. СИНТЕЗ БАКТЕРИОЦИНОВ
  30. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ
  31. АЛИМЕНТАРНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ
  32. ПРОБИОТИКИ ДЛЯ СПОРТСМЕНОВ
  33. ПРОИЗВОДСТВО ПРОБИОТИКОВ
  34. ЗАКВАСКИ ДЛЯ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
  35. НОВОСТИ