探討人類腸道內microbiota在養分攝取時所參與的蛋白質結構上的機轉

論文：David N. Bolam & Bert van den Berg., et al. 2017. Structural basis for nutrient acquisition by dominant members of the human gut microbiota. Nature. 541, 407-411 (2017)

報告者：康家瑜              時間：13:00~14:00, Apr. 26, 2017

講評老師：吳尚蓉教授              地點：Room 601

摘要：

人類腸道內具有多樣且高密度的腸道菌叢(microbiota)，而在腸道microbiota最常見菌種為Gram negative phylum Bacteroidetes，此種菌群在對於人類攝取養份扮演很重要的角色。其中Bacteroides thetaiotamicron 為腸道菌群中常見的細菌，能透過將人體內難以消化的高纖維的食物(indigestible glycans)分解成小分子的短鏈脂肪酸(short chain fatty acid)以利人體吸收，而目前許多已知文獻中也顯示，這些物質能夠參與人體許多免疫機制。在此種菌群中調控這些多聚糖物質的基因與polysaccharide utilization loci的基因座有關，參與的蛋白質有七種，分別是SusA-SusG。在這些membrane protein當中主要透過SusD相似的lipoprotein和類似SusC的TonB-dependent transporter的機制運輸蛋白質。然而目前對於透過SusC transporter對於D蛋白質所調控的機轉了解尚未明確，因此本篇作者將以X-ray crystallography的方式探討SusCDcomplex對於substrate獲得的機制以及在同一種B. thetaiotamicron菌種不同SusCD complex所扮演的功能是否相同。作者們解析出2.75 Å 解析度的SusCD complex結構，並透過電腦模擬相似環境下發現SusCD主要以pedal bin的機制，將loop L7結合至目標target substrate上而調控多聚醣類進出，而此機制也在當發生養分條件不足的環境壓力下才會形成SusCD complex，進而調控此機制的發生。未來，或許能透過此機制上的某些目標蛋白質，給予相對應的抑制劑或是誘導其蛋白質的表現而促使substrat能夠被送入細菌當中利用，若能藉此產生short-chain fatty acid也許能探討microbiota及人類之間免疫、代謝體學和共生間等等的調控。

參考資料：

1     Martens, E. C., et al. Complex glycan catabolism by the human gut microbiota: the Bacteroidetes Sus-like paradigm. The Journal of biological chemistry 284, 24673-24677 (2009).

2.    Reeves, A. R., et al. Characterization of four outer membrane proteins that play a role in utilization of starch by Bacteroides thetaiotaomicron. Journal of bacteriology 179, 643-649 (1997).

3     Noinaj, N., et al. TonB-dependent transporters: regulation, structure, and function. Annual review of microbiology 64, 43-60 (2010).