Nature翻开肠道微生物研究的新一页：它们如何摄取营养

　　

生物通报道：由纽卡斯尔大学Bert van den Berg教授和David Bolam博士领导的一组研究人员公布了第一个SusCD复合物三维原子结构，并由此解答了肠道菌群营养摄入的相关问题。这一研究成果公布在1月11日的Nature杂志上。

人体肠道分布着极其密集的细菌群体，它们被统称为“肠道菌群”或微生物组（microbiota），这可以说是人体的第二个基因组，它们所编码的基因有100万个以上。这个基因组与人体本身基因组相互协调、和谐一致，保证了人体的健康。

近年来的研究表明，肠道微生物对人体健康和营养很重要，而且也与自身免疫疾病，癌症和肥胖有关。要分析这些微生物，需要先弄清楚它们如何摄取营养物质，因为肠道微生物的功能取决于个体微生物如何在人体肠道的高度竞争环境中获得营养物（例如淀粉和其它膳食多糖）的能力。

获取营养物的过程是通过细菌细胞膜中的蛋白机器完成的，在许多微生物成员中，这个机器就是由底物结合蛋白（称为SusD）和通道形成转运蛋白（称为SusC）组成的双组分复合物。

在最新的这项研究中，研究人员通过X射线晶体学方法，纯化并公布了SusCD复合物的第一个三维原子结构，并由此发现了营养物如何转运到细菌细胞的分子机制。

SusCD复合物的功能类似于脚踏式开口桶，上面的盖子就是SusD，下面的桶是SusC。在没有底物的情况下，盖子可以打开，而在捕获底物之后，盖子关闭，底物进入桶中传递给细胞。

这项研究为了解微生物组的功能，以及人体肠道菌群共生提出了新的基本观点，这些观点也是针对目前肠道菌群研究的一个必要补充，研究回答了系统生物学的问题，例如“事件发生的参与者和时间”。

而且这项研究也将机制与系统生物学联系在了一起，未来可以通过感染关键营养物摄取过程，改变微生物组成。

越来越多的研究表明肠道微生物对我们的身体具有重要的影响，比如最近加州理工学院的一个研究组证明肠道微生物能促进帕金森病小鼠模型中神经炎症的发生，诱导运动功能障碍，而且他们还发现了影响肠道微生物对小鼠疾病发展的一个可能机制。Cell第一次发现肠道微生物影响神经退行性疾病

还有研究表明肠道微生物的昼夜节律变化，对宿主的生理有着深远的影响，而且出乎意料的是，它们对远离肠道的组织，如肝脏，也有影响，这些组织中的基因表达，随着肠道菌群的节律性而发生变化。

研究指出在整个白天和夜晚，肠道表面层的微生物在其“生物地理学”位置，经历了有节奏的变化；因此，在一天的过程中，表面细胞暴露于不同数量和不同种类的细菌。此外，宿主的昼夜节律深深依赖于肠道微生物振荡。虽然宿主中的一些昼夜节律机制是由自己内部时钟保持的，生物钟其他组件的正常节奏被破坏了。肠道微生物的运动 竟然调节着宿主的昼夜节律钟！

（生物通：张迪）

原文摘要：

Structural basis for nutrient acquisition by dominant members of the human gut microbiota

The human large intestine is populated by a high density of microorganisms, collectively termed the colonic microbiota1, which has an important role in human health and nutrition2. The survival of microbiota members from the dominant Gram-negative phylum Bacteroidetes depends on their ability to degrade dietary glycans that cannot be metabolized by the host3. The genes encoding proteins involved in the degradation of specific glycans are organized into co-regulated polysaccharide utilization loci4, 5, 6, 7, 8, with the archetypal locus sus (for starch utilisation system) encoding seven proteins, SusA–SusG8, 9, 10. Glycan degradation mainly occurs intracellularly and depends on the import of oligosaccharides by an outer membrane protein complex composed of an extracellular SusD-like lipoprotein and an integral membrane SusC-like TonB-dependent transporter4, 5, 6, 7, 11, 12, 13. The presence of the partner SusD-like lipoprotein is the major feature that distinguishes SusC-like proteins from previously characterized TonB-dependent ……