北京白癜风医院电话 https://yyk.39.net/bj/zhuanke/89ac7.html题目：Thehumanmicrobiomeencodesresistancetotheantidiabeticdrugacarbose通讯作者：MohamedS.Donia第一单位：美国新泽西州普林斯顿普林斯顿大学分子生物学系导读：口服给药的非抗生素药物可无意地影响人类微生物的组合物。例如，阿卡波糖，天然来源α葡萄糖苷酶抑制剂，用于治疗2型糖尿病都具有一个上肠道微生物深刻副作用二者鼠模型和人类。阿卡波糖在饭前口服或以咀嚼形式给药，旨在抑制人类α-葡萄糖苷酶（如唾液和胰腺淀粉酶），导致摄入的复合碳水化合物的代谢降低和餐后血糖水平。同时，超过95%的阿卡波糖剂量在肠道中仍未被吸收，再加上其抑制细菌α-葡萄糖苷酶的能力，对肠道微生物组产生显着影响.然而，微生物组成员可能抵抗阿卡波糖的碳水化合物依赖性抑制作用的机制在很大程度上仍未得到探索。为了解决这一差距，研究人员采用了宏基因组学-生化-结构生物学方法来检查人体微生物组中的酶，这些酶可以特异性代谢和灭活阿卡波糖，这种活性可以潜在地调节其微生物组靶向作用并影响其治疗效果。图1：从人类微生物组中发现Maks的宏基因组学。人类微生物组对阿卡波糖的灭活阿卡波糖是从土壤细菌放线菌中发现并在工业上生产的SE50/。阿卡波糖(acb)生产的生物合成基因簇(BGC)内编码了一种自抗机制；一种特定的激酶AcbK在O6A羟基上磷酸化阿卡波糖并使其失去活性（图1a）。从概念上讲，任何编码相同功能的细菌都对阿卡波糖具有类似的抗性。因此，研究人员使用两种方法通过计算搜索人类微生物组中编码AcbK同源物的基因：(1)BLAST搜索NCBI上细菌分离物的基因组和从人类微生物组计划(HMP-1-1)组装的宏基因组支架；(2)使用MetaBGC针对来自五个不同队列（HMP，包括HMP-1-1和HMP-1-2，MetaHIT，中文和斐济康）的3,个人类微生物组样本的未组装宏基因组测序数据进行搜索.结合起来，研究人员的搜索确定了82个基因（其中70个全长），被指定为微生物组编码的碳水化合物激酶（mck1-mck82）。图2：Mak1和AcbK以相似的酶动力学磷酸化和灭活阿卡波糖。Mak1和AcbK的相似酶动力学上述结果进一步分析得出最丰富且分布最广的是Mak1。那么热Mak1对阿卡波糖的磷酸化是否会导致其失活？如AcbK所报道的。使用比色法测量了由AcbK或Mak1产生的阿卡波糖及其磷酸化形式对人唾液淀粉酶和猪胰淀粉酶的抑制活性。尽管阿卡波糖在10μM的浓度下完全抑制了两种酶，但在相同浓度下，磷酸化形式（由AcbK或Mak1产生）中的任何一种均未观察到抑制作用（图2a、b）。这些结果证实了Maks对阿卡波糖的磷酸化导致其失活。其次，研究人员测试了阿卡波糖是否是Mak1的首选底物；碳水化合物激酶是已知的磷酸化结构上相似的底物。研究人员用八种不同的碳水化合物和氨基糖苷孵育Mak1和AcbK，并计算它们与每种底物的观察反应速率。Mak1和AcbK都表现出对阿卡波糖的强烈偏好，而对相关化合物几乎没有磷酸化作用。此外还测试了Mak1是否以与AcbK的酶动力学相似的酶动力学磷酸化阿卡波糖。研究人员确定阿卡波糖的表观米氏常数（Km）对于Mak1为μM，对于AcbK为μM（图2c），表明阿卡波糖作为底物的相似偏好。值得注意的是，Mak1的kcat（多周转催化速率常数）为16.4s-1，而AcbK为8.2s-1，表明在类似的实验室条件下，Mak1比AcbK更快地磷酸化阿卡波糖。在不同的底物浓度下始终观察到这种差异（图2c）和温度。Mak1提供阿卡波糖抗性研究人员设计了一种口服粘性放线菌菌株来表达mak1，并将其在阿卡波糖存在下的复杂碳水化合物依赖性生长与含有空载体对照的等基因菌株的生长进行比较。研究人员选择口腔黏性放线菌有两个原因：mak1自然被相关的口腔放线菌所包含。基因操作已在该菌株中取得成功。在生长24小时和48小时后，mak1的表达导致对几种阿卡波糖浓度的生长的显着挽救（图4a）。这些结果证明了Mak1能够保护表达它的细菌免受阿卡波糖的碳水化合物依赖性生长抑制作用，这让人联想到通过灭活产生的抗性，尽管是一种非抗生素药物。该发现有两个主要含义。首先，阿卡波糖样分子的潜在内源性产生，以及微生物组的某些成员通过磷酸化失活对这些分子的影响的抵抗代表了微生物在人体内竞争复杂碳水化合物的潜在机制。这让人想起阿卡波糖在土壤环境中作为条件性抑菌剂的假定生态作用，并为人类微生物组成员之间碳水化合物介导的相互作用的复杂网络增加了一个新的理解。图4：人类口腔微生物组中Maks的生物学相关性和Mak1的潜在来源。其次，Maks的发现代表了微生物组对非抗生素、人类靶向药物的意外但特异性耐药性的一个例子，并揭示了微生物组与阿卡波糖相互作用的临床重要机制。研究人员的人体临床试验数据表明，肠道微生物组中的mak携带可能会影响抗糖尿病反应；值得注意的是，肠道特异性mak（mak16，由T.sanguinis编码），以及偶尔在肠道中检测到的口腔mak基因（例如口腔放线菌中的mak1和mak5属）是由细菌，通常栖息在小肠编码其中大部分阿卡波糖走位的治疗效果。肠道和口腔微生物组的纵向宏基因组分析，以及对大量长期接受阿卡波糖治疗的患者的临床反应的详细评估，对于明确评估mak基因的携带是否预测微生物组变化和/或治疗功效。原文链接：
