Bakteria usus membantu alga pencernaan Jepun • Alexander Markov • Berita Sains mengenai "Unsur" • Genetik, Evolusi

Bakteria usus membantu alga pencernaan Jepun

Rumpai laut merah Porphyra (nori) adalah produk makanan sushi yang popular di Jepun. Purata orang Jepun makan 14.2 g nori per hari. Gambar dari microbewiki.kenyon.edu dan www.quickspice.com

Flora usus membantu mamalia mencerna karbohidrat asal tumbuhan. Ciri-ciri diet kita mempengaruhi evolusi bakteria usus. Saintis Perancis telah mendapati bahawa mikrob yang hidup di usus orang Jepun, menghasilkan enzim khas untuk pemisahan porphyran. Karbohidrat ini didapati dalam alga merah, yang di Jepun telah lama menjadi sebahagian penting daripada diet. Gen enzim porphyranase dipinjam oleh mikrob usus Jepun dari bakteria laut melalui pertukaran genetik mendatar. Bakteria dari usus Amerika tidak mempunyai gen seperti itu.

Dalam genom manusia dan primata lain tidak ada gen yang diperlukan untuk asimilasi banyak polisakarida tumbuhan, yang merupakan komponen penting dalam diet kita. Masalahnya diselesaikan oleh bakteria usus simbiotik, di mana genomnya ada gen-gen yang kita kekurangan (lihat: Microflora usus mengubah seseorang menjadi "superorganisme", "Unsur-unsur", 06/06/2006).

Rumpai laut mengandungi karbohidrat sulur khusus yang tidak terdapat di dalam tanah. Sesetengah bakteria heterotrof marin memakan karbohidrat ini, termasuk Zobellia galactanivorans dari kumpulan Bacteroidetes. Enzim yang mana bakteria memecah karbohidrat terukir belum diketahui. Mempelajari genom bakteria Z. galactanivorans, Penyelidik Perancis telah menemui lima gen yang, berdasarkan jujukan nukleotida mereka, dapat menyandarkan enzim sedemikian. Dua daripada gen ini ditransplantasikan ke E. coli, yang membolehkan kita mengasingkan enzim-enzim yang dikodkan oleh mereka dalam bentuk tulen mereka dan mengkaji sifat mereka secara eksperimen. Ternyata semua polisakarida tumbuhan, enzim-enzim ini merosakkan hanya porphyran, karbohidrat ber sulfat yang terkandung dalam porfiri dan alga merah lain. Oleh itu, para penyelidik menemui kelas baru enzim, yang mereka panggil "porphyranases".

Peringkat seterusnya kerja adalah kajian struktur tiga dimensi porphyranase dan pengenalpastian ciri-ciri pusat aktif enzim-enzim ini yang menyediakan pengikat terpilih porphyran.Ternyata di pusat aktif porphyranase terdapat "poket" khas untuk kumpulan sulfat, yang mana enzim-enzim yang berkaitan yang memecah karbohidrat yang tidak bereaksi tidak ada.

Setelah memahami struktur enzim, saintis dapat melakukan pencarian secara besar-besaran untuk porphyranases di antara urutan urutan nukleotida yang tersimpan di Genbank. Porphyranases didapati dalam beberapa bakteria marin, serta bakteria Bacteroides plebeiusdijumpai di usus manusia. Sastera menggambarkan 6 jenis bakteria ini, yang semuanya ditemui di penduduk Jepun. Genus 24 spesies genus lain diketahui. Bacteroides yang hidup di dalam usus orang dari negara-negara yang berbeza, tetapi tidak ada bakteria yang mempunyai porphyranase atau enzim khusus lain yang direka untuk memecahkan alga karbohidrat.

Analisis genom yang lebih terperinci Bacteroides plebeius menunjukkan bahawa, di sebelah gen porphyranase, terdapat 16 gen lain yang berkaitan dengan pencernaan polisakarida. Hanya enam daripada ini berkaitan dengan gen yang terdapat di usus lain Bacteroides. Baki 10 gen (termasuk gen enzim beta-galactosidase, beta-agarase dan sulfatase), seperti porphyranase gen,yang paling hampir sama dengan gen-gen bakteria marin yang memberi makan kepada polisakarida alga. Ini bermakna bakteria usus Bacteroides plebeius memperoleh kompleks gen yang diperlukan untuk pemisahan polisakarida alga dari bakteria marin melalui pertukaran genetik mendatar. Selaras dengan kesimpulan ini di sekitar gen yang dikaji dalam genom Bacteroides plebeius terdapat gen khusus yang terlibat dalam pelaksanaan pertukaran mendatar (lihat relaxase).

Penulis disiasat oleh kaedah analisis metagenomik flora usus dalam 13 sukarelawan Jepun dan 18 orang Amerika Utara. Porphyranases dan agarases didapati dalam empat warga Jepun, termasuk ibu dan anak payu dara, yang menunjukkan kemungkinan memindahkan bakteria usus spesifik dari ibu bapa kepada keturunan. Dalam sampel Amerika Utara, tiada porphyranase atau agaraz dikesan.

Rupa-rupanya, bakteria usus Jepun mampu meminjam gen berguna dari mikrob marin berkat adat makan alga segar di Jepun. Nori (porphyry) sebenarnya merupakan satu-satunya sumber porphyran dalam diet manusia.Orang Jepun makan alga sudah pada awal Abad Pertengahan: dokumen dari abad ke-8 dipelihara, dari mana ia mengikuti alga yang boleh dibayar cukai ke perbendaharaan. Tetapi beberapa abad atau ribuan tahun adalah masa yang tidak begitu singkat berbanding puluhan juta tahun evolusi flora usus mamalia herbivora dan omnivora. Hak perpindahan mendatar dalam hal ini mudah dibentuk, karena pinjaman genetik terjadi relatif baru-baru ini. Gen untuk pencernaan polysaccharides tumbuhan daratan, kemungkinan besar, juga diperolehi oleh bakteria usus oleh pemindahan mendatar, tetapi lebih sukar untuk membuktikannya sejak bertahun-tahun yang lalu.

Kajian menunjukkan bahawa orang-orang walaupun dalam masa sejarah tidak kehilangan keupayaan untuk cepat menyesuaikan diri dengan perubahan dalam diet mereka sendiri dan mempelajari fungsi biokimia yang baru. Dalam kes ini, penyesuaian berlaku disebabkan oleh perubahan genetik dalam symbionts usus, tetapi dalam keadaan lain penyesuaian juga boleh berlaku dengan menetapkan mutasi dalam genom kita sendiri. Contoh yang biasa ialah penyebaran mutasi,yang membolehkan orang dewasa untuk mencerna lactose gula susu, daripada orang yang terlibat dalam pertanian tenusu (lihat: A. A. Borinskaya. kepelbagaian genetik rakyat). Dalam kedua-dua kes, tingkah laku berubah dari orang (kemunculan adat susu minum atau makan alga mentah) mempengaruhi arah pemilihan dan menyumbang kepada penetapan mutasi yang mendapat faedah dari tingkah laku tersebut. Mekanisme ini, yang mampu menyebarkan evolusi haiwan pembelajaran kehadiran "makna" dan "tujuan", dikenali sebagai Kesan Baldwin (untuk lebih lanjut mengenai ini, lihat nota Gen menguruskan tingkah laku dan gen tingkah laku, Unsur, 12.11.2008 ).

Sumber: Jan-Hendrik Hehemann, Gallle Correc, Tristan Barbeyron, William Helbert, Mirjam Czjzek, Gurvan Michel. Pemindahan karbohidrat-enzim dari bakteria Jepun ke microbiota usus Jepun // Alam. 2010. V. 464. P. 908-912.

Lihat juga:
Mikrofora usus mengubah seseorang menjadi "superorganisme", "Elemen", 09.06.2006.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: