"data-newsletterpromo_article-image =" https://static.scientificamerican.com/sciam/cache/file/CF54EB21-65FD-4978-9EEF80245C772996_source.jpg "data-newsletterpromo_article-button-text = butonul" Înscrieți-vă "data-newsletter -link = "https://www.scientificamerican.com/page/newsletter-sign-up/?origincode=2018_sciam_ArticlePromo_NewsletterSignUp" name = "articleBody" itemprop = "articleBody">

descompun

Postarea de săptămâni trecute cu privire la schimbarea compoziției bacteriilor din vagin a generat mult interes și, deoarece s-a vorbit destul de mult despre microbiomul uman (toate bacteriile care trăiesc pe corpul uman) în acest moment, m-am gândit să rămân cu tema. Această postare de săptămâni este despre modul în care bacteriile descompun substanțele nutritive consumate de oameni și le folosesc pentru a-și crea propriile alimente.

Lucrarea (referința 1 de mai jos) din PLoS One se concentrează pe carbohidrați. Începând cu un anumit fond biochimic: carbohidrații sunt molecule fabricate exclusiv din carbon, hidrogen și oxigen (de unde și numele). Aceste trei molecule sunt aranjate într-o structură inelară pentru carbohidrații simpli precum glucoza, iar acele inele sunt asamblate în lanțuri ramificate complexe lungi pentru carbohidrații complecși precum amidonul și celuloza.

Carbohidrații simpli, cum ar fi glucoza prezentată în imaginea de mai sus, sunt destul de ușor de metabolizat și pot fi folosiți pentru alimentarea ATP (moleculele pe care celula le folosește pentru energie) sau pentru sinteza proteinelor. Carbohidrații mai complecși, cum ar fi amidonul sau celuloza (prezentate mai jos), depun un efort mai mare, deoarece trebuie să fie împărțiți în componentele lor zaharuri simple înainte de a putea fi procesate. Pentru a le descompune, bacteriile utilizează un grup specific de enzime numit CAZymes, care înseamnă „enzime active în carbohidrați”. Deoarece enzimele sunt foarte specializate în moleculele pe care le descompun, există diferite CAZime pentru diferiți carbohidrați complecși.

Diferite bacterii vor avea CAZymes diferite, dar o întrebare interesantă pe care hârtia PLoS și-a propus să o răspundă este modul în care modelul CAZymes se schimbă pe tot corpul. Nu există o singură specie bacteriană în interiorul vostru, ci multe, fiecare specie este legată diferit de cele care o înconjoară. Este mai puțin o comunitate de bacterii din interiorul tău și mai degrabă un parc safari prost organizat, cu diferite specii, toate frezându-se în apropiere una de cealaltă, bazându-se pe resursele disponibile în orice parte a corpului în care se întâmplă să locuiască.

Cercetătorii au comparat abilitățile de digestie a carbohidraților a 493 genomi bacterieni, asociați cu cinci situri diferite de la exteriorul și interiorul corpului uman. Când au încercat să stabilească numărul și distribuția CAZymes pe specii, au întâmpinat foarte repede dificultăți. Unele familii de bacterii, cum ar fi Bacillaceae, au avut în medie un număr de 25 de enzime care scindează zahărul, cu o deviație standard respectabilă de 3,3 (pentru cei neinițiați, abaterea standard măsoară cât de probabil este fiecare individ să fie aproape de medie). Familia bacteriană Clostridiaceae, pe de altă parte, avea în medie 56 de enzime care scindează zahărul, dar cu o abatere standard de 79! Pe lângă faptul că arată marea variație inter-specie, acest lucru face dificilă prezicerea legăturii dintre bacterii pe baza abilităților lor de digestie a carbohidraților.

Deoarece compararea speciilor nu pare să dea rezultate deosebit de concise, cercetătorii au trecut apoi la compararea CAZymes în funcție de habitatul bacterian. Spre deosebire de oameni și, într-adevăr, cam toate eucariotele, bacteriile nu transmit doar genele descendenților lor, ci pot transmite și genele unui prieten din apropiere. În mod surprinzător, bacteriile care trăiesc în același loc al corpului au avut tendința de a avea mai multe enzime similare pentru digestia carbohidraților decât bacteriile care erau mai înrudite de specii. În general, cercetătorii au descoperit patru modele majore de utilizare a glucidelor:

1) Bacterii în nas și cavități nazale - în mod surprinzător, aceste bacterii au avut o capacitate foarte mică de metabolizare a carbohidraților (foarte puțini oameni inspiră amidon)

2) Bacteriile din vagin - Aceste bacterii au avut tendința de a descompune mai multe zaharuri simple și, de asemenea, au avut enzime care formează carbohidrați pentru a construi biofilme

3) Bacterii în gură - aceste bacterii au o gamă largă de enzime de digestie a carbohidraților pentru a descompune bucățile de alimente care sunt prinse în dinți. Cercetătorii au identificat, de asemenea, trei enzime utilizate pentru metabolizarea dextranului, care pot fi unice pentru bacteriile gurii și par să fie un marker pentru formarea plăcii.

4) Bacteriile din intestin - aici se află marele mușchi digestiv al carbohidraților! Nu numai că bacteriile intestinale au o mulțime de CAZime pentru carbohidrații umani, dar au și o gamă care se ocupă de carbohidrații vegetali. Multe dintre aceste bacterii au capacitatea de a forma un celulozom - un complex mare de enzime de digerare a celulozei, toate ținute împreună de proteinele de schelă.

Poate fi puțin ciudat să ne gândim la bacteriile care trăiesc în atât de multe părți ale corpului - colonizând spațiile și mâncându-vă mâncarea - dar, într-adevăr, ar fi fost mult mai mult o surpriză să descoperim că nu erau. Aproape orice suprafață de pe pământ are bacterii care trăiesc pe ea, iar oamenii sunt o suprafață atât de caldă, umedă, bogată în nutrienți, încât oferă un mediu de viață excelent pentru un număr imens de specii bacteriene.

Cantarel BL, Lombard V și Henrissat B (2012). Utilizarea complexă a carbohidraților de către microbiomul uman sănătos. PloS one, 7 (6) PMID: 22719820

Opiniile exprimate sunt cele ale autorului (autorilor) și nu sunt neapărat cele ale Scientific American.

DESPRE AUTORI)

S.E. Gould

Biochimist cu dragoste de microbiologie, șobolanul de laborator se bucură să exploreze, să citească și să scrie despre bacterii. După ce a reușit în cele din urmă să se îndepărteze de la universitate, acum lucrează pentru o mică companie din Cambridge, unde transformă datele în cuvinte ușoare și grafice minunate.