多组学稳定同位素探针技术揭示了产蛋鸡肠道厌氧菌对肌醇的代谢作用

《ISME Communications》：Multi-omic stable isotope probing reveals myo-inositol metabolism by anaerobic gut bacteria in laying hens

　　

摘要

肌醇（MI）是一种膳食中的环己糖醇，同时也是植物酸的水解产物，其在家禽体内的微生物代谢过程目前了解得还不够充分。我们结合使用了¹³C标记的肌醇、宏蛋白质组稳定同位素分析（SIP）、非靶向宏蛋白质组学以及¹³C-NMR代谢组学技术，来研究由产蛋鸡的回肠和盲肠消化物培养得到的厌氧细菌对肌醇的利用情况。这种综合方法能够追踪碳从底物到蛋白质以及发酵终产物的流动过程，尤其是在复杂的厌氧微生物群落中。我们首次重建了鸡肠道内肌醇降解的代谢途径，将标记的代谢物与特定微生物类群的蛋白质合成过程联系起来。研究发现，肌醇的代谢在空间上具有结构性特征：在盲肠中肌醇被快速而持续地利用，而在回肠中的利用则较为缓慢且受宿主因素影响。宏蛋白质组学-SIP分析表明Megamonas是盲肠中主要的肌醇吸收菌属，而Gallibacterium则是之前未被发现的在回肠中参与肌醇代谢的菌株。尽管通过宏蛋白质组学分析推导出的微生物群落组成变化很小，但蛋白质表达谱却发生了显著变化，这表明微生物对肌醇的功能反应独立于其分类学结构的改变。基于标记和未标记蛋白质以及标记代谢物的动态变化进行的途径重建显示，肌醇被转化为重要的代谢中间体及短链脂肪酸（SCFAs），从而为理解微生物对肌醇的利用机制提供了依据。这些发现共同证明了稳定同位素分析多组学技术在重建复杂微生物组代谢途径方面的强大作用，并展示了在受控厌氧条件下鸡肠道微生物群利用肌醇的代谢潜力。

图形摘要

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