박테로이데스 테타이오타오미크론

Bacteroides thetaiotaomicron
박테로이데스 테타이오타오미크론
과학적 분류 Edit this classification
도메인: 세균
문: 박테로이도타
클래스: 박테로이디아속
순서: 박테로이데스속
가족: 박테로이드과
속: 박테로이데스속
종:
테타이오타오미크론
이항명
박테로이데스 테타이오타오미크론
(Distaso 1912) 카스텔라니와 찰머스 1919

Bacteroides thetaiotaomicron은 원위 장에서 정상적인 장내 미생물군집의 두드러진 구성체인 그람 음성, 막대 모양의 절대 혐기성 박테리아입니다. 4,779개의 구성체로 구성된 그것의 프로테옴은 그렇지 않으면 소화하기 어려운 식이 다당류를 얻고 분해하는 시스템을 포함합니다.[1] B. thetaiotaomicron은 또한 기회주의적 병원체이며, 이는 면역력이 저하된 개인에게 독성이 될 수 있음을 의미합니다. 인간 미생물의 기능 연구를 위한 모델 유기체로 연구에 자주 사용됩니다.[2]

역사와 분류학

Bacteroides thetaiotaomicron은 1912년 Bacillus thetaiotaomicron이라는 이름으로 처음 기술되었고 1919년에 Bacteroides 속으로 옮겨졌습니다.[3] B. thetaiotaomicron type 균주 VPI-5482는 원래 건강한 성인의 분변에서 분리되었습니다.[1] 구체적인 이름은 그리스 문자 theta, iota 및 오미크론에서 유래했습니다. 명명법에 서 있는 원핵생물 이름 목록은 이것을 "액포 형태의 형태와 관련이 있다"고 나타냅니다.[3] 독특한 운동성으로 특징지어지는 Bacteroidota 박테리아 문은 다양한 생태계, 서식지, 생활양식 및 생리적 조건에 존재합니다.[4] 이 이름은 국제 원핵생물 명명법에서 "임의적" 종 이름의 예로 사용됩니다.[5][6]

게놈

B. thetaiotaomicron의 게놈은 2003년에 시퀀싱되었습니다. 이중 가닥 DNA의 원형 염색체 하나입니다. 길이는 6.26메가베이스이지만 다른 원핵생물에 비해 특이하게 큰 단백질을 코딩하는 유전자 때문에 뚜렷한 유전자의 수가 상대적으로 적습니다.[1] 이 게놈 특징은 박테로이데스 프라길리스 속의 또 다른 구성원인 Bacteroides fragilis와 공유됩니다.[7] 게놈에는 글리코사이드 가수분해효소 및 전분 결합 단백질을 포함한 다당류 분해와 관련된 유전자가 포함되어 있습니다.[1][7] 이러한 유전자는 ECF 유형 시그마 인자와 함께 B. thetaiotaomicron을 통해 영양소의 가용성과 특정 유전자의 발현을 연관시킬 수 있습니다.[1] 게놈에는 또한 시그마 인자 및 2성분 시스템과 같이 세포외 환경을 감지하고 반응하는 데 관여하는 단백질을 암호화하는 많은 유전자가 포함되어 있습니다.[1][8][9] 세포질 외 기능 시그마 인자 및 신호 전달 시스템과 함께 소화 효소를 암호화하는 유전자의 공동 국소화는 환경 내 영양소의 가용성을 기반으로 유전자 발현을 조절하는 메커니즘을 만듭니다.[1] B. taiotaomicron 유전체는 많은 수의 작은 비암호화 RNA를 암호화하며, 이는 조절 과정에서도 중요한 역할을 하지만 현재까지 특성화된 것은 거의 없습니다.[2] B. thetaiotaomicron은 33 kilobase 플라스미드, 63 transposase 및 접합 트랜스포존 CTnDOT의 4개 상동체를 포함하여 여러 가지 다른 유형의 이동성 유전 요소를 가지고 있습니다. CTnDOT는 항생제 에리트로마이신 및 테트라사이클린에 대한 내성을 암호화합니다. 박테로이데스 종과 다른 장내 미생물군 사이에 수평적으로 전달됩니다.[1]

신진대사

박테로이데스 테타이오타오미크론은 아밀로스, 아밀로펙틴 및 풀루란과 같은 소화되지 않는 다당류의 매우 다양한 범위를 대사할 수 있습니다.[8] 글리코시드 결합의 가수분해에 사용되는 효소의 보체는 원핵생물에서 알려진 가장 큰 것 중 하나이며 생물학적 다당류의 거의 모든 글리코시드 결합을 가수분해할 수 있는 것으로 생각됩니다. 식물 다당류를 분해하는 인간 장내 세균총의 주요 유기체로서, 그것은 영양소 가용성에 따라 숙주에서 공급되는 탄수화물뿐만 아니라 식이 탄수화물을 모두 사용할 수 있습니다.[10] 소장에서 소화 흡수되는 단순한 단당류나 이당류와 달리 복합 식물 다당류는 대장에서 식수원으로 사용하도록 남겨 둡니다.[11] B. thetaiotaomicron은 충분한 영양소를 얻을 수 있는 우수한 능력을 사용하여 인간의 결장 환경 내에 살고 있는 다른 많은 장내 박테리아를 지배할 수 있습니다.[11] 이것은 효소, 막 결합 단백질 및 당 특이적 수송체를 분해하는 글리코실 가수분해효소의 증가된 양의 결합 효과 때문에 가능합니다.[11] B. thetaiotaomicron에 의해 생성된 172개의 글리코실하이드롤라아제가 있으며, 이는 다른 어떤 시퀀싱된 박테리아보다 크며, 숙주에 가수분해 생성물을 기여하는 효소에 기여합니다.[11] 모든 Bacteriodes는 유전자 군집이 탄수화물을 표적으로 하고 분해하는 시스템을 암호화하는 다당류 활용 유전자좌(PUL)를 사용합니다.[12] 이러한 시스템 중 일부는 식이에서 발견되는 복합 탄수화물을 매우 효율적으로 분해할 수 있는 탄수화물 활성 효소(CAZymes)입니다. 가장 구조적으로 복잡한 식이 탄수화물인 RG-II를 기질로 사용하는 세 가지 다른 PUL이 확인되었습니다. RG-II 분해체는 RG-II의 순차적인 글리코시드 결합을 표적으로 하는 23개의 효소를 포함하고 있어 분해를 유도합니다.[12]

B. thetaiotaomicron은 공기에 내성이 있어 산소에 노출되면 생존할 수 있지만 성장하지는 못합니다. 산소는 인간의 장과 같은 진핵생물 숙주 환경에서 제한적으로 접근할 수 있습니다. 과산화수소와 같은 활성산소종(ROS)의 생성이 발생하여 대사에 널리 사용되는 철 보조인자 효소를 공격하여 식물상을 위협할 수 있습니다.[13] B. thetaiotaomicron은 공기에 노출되면 과산화수소와 같은 ROS를 제거하는 많은 단백질을 발현하여 산소 농도를 더 낮은 수준으로 유도합니다.[13]

인간 마이크로바이옴에서의 역할

박테로이데스속의 구성원은 성인 인간의 장에 있는 미생물 개체군의 약 4분의 1을 차지합니다. 임상 샘플의 Bacteroides 종에 대한 장기 연구에서 B. thetaiotaomicron은 Bacteroides fragilis 다음으로 두 번째로 많이 추출된 종이었습니다.[13] 장 내 효소가 소화하지 못하는 식물성 물질을 소화할 수 있기 때문에 인간에게 매우 중요합니다.[1]

B. thetaiotaomicron은 공생의 일종인 공생으로 간주되며, 이는 숙주에게 소화와 같은 주요 이점을 제공한다는 것을 의미합니다.[1][7] B. thetaiotaomicron은 61%가 외막 또는 세포외 기질에 위치하는 훨씬 더 많은 글리코실 가수분해효소를 가지고 있으며, 이는 소화 능력이 무엇보다 박테리아의 숙주에 도움이 됨을 시사합니다.[8] 글리코실 가수분해효소는 숙주나 장내 세균총의 다른 미생물들에게 가수분해의 분해 산물을 공급하는 23개의 특정 효소 기능을 발현합니다.[11] B. thetaiotaomicron에 의해 소화되는 다당류는 단당류로 전환되어 대사를 위해 인간 세포에 흡수될 수 있습니다.[11]

이전 연구에 따르면 B. thetaiotaomicron은 출생 후 장 발달 과정에서 새로운 혈관 형성인 혈관 신생을 자극합니다. 이 연구들은 미생물을 통제하기 위해 무균 쥐를 사용했고 특정 박테리아인 B. thetaiotaomicron을 쥐들에게 접종했습니다. 혈관 신생은 미생물이 생산하는 영양소를 흡수하는 인간의 능력을 증가시켜 숙주에게 더 도움을 줍니다.[1]

B. thetaiotaomicron은 장내 미생물군집을 지배하고 또한 장내 점막 장벽의 형성으로 장의 또 다른 산후 발달을 돕는데, 이는 숙주-미생물군 항상성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.[14][15] 장 상피와 미생물군 사이에 위치한 점막 장벽은 반투과성으로 병원성 분자의 통과를 제한하면서 필수 영양소를 흡수할 수 있습니다.[14][16] 위장관(GIT)을 집락화하는 장내 미생물군 내 박테리아의 거의 90%는 Bacteroidetes 또는 Firmicutes 문에 속합니다.[14] 점액의 숙주 유래 다당류에서 성장하는 B. thetaiotaomicron의 능력은 GIT에서 지속성에 주요 원인이 됩니다.[14]

면역반응에서의 역할

B. thetaiotaomicron은 인간 장내 미생물군의 중요한 구성체이며 면역 반응에서 그 역할은 복잡합니다. B. thetaiotaomicron과 면역체계 사이의 상호작용은 장 항상성의 유지와 면역체계의 발달에 기여합니다. 널리 퍼진 인간 장내 세균 B. thetaiotaomicron에 의해 생성된 세포외 소포의 항염증 및 면역 조절 특성은 선천성 면역 세포와의 상호 작용을 지배하는 분자 메커니즘의 확인과 함께 명백합니다.[17] B.thetaiotaomicron은 면역 관용을 유지하고 과도한 염증 반응을 예방하는 데 필수적인 다른 공생 박테리아 및 조절 T 세포의 유도와 관련이 있습니다.[18][better source needed]

외막 소포(OMV)는 B. thetaiotaomicron을 분해로부터 보호하는 데 도움을 줄 뿐만 아니라 조절 수지상 세포 반응을 촉진하는 데 중요한 역할을 합니다. 건강한 장에서 B. thetaiotaomicron의 OMV는 결장 수지상 세포(DC)를 자극하여 IL-10을 발현합니다. T-세포는 IL-10에 의해 자극되고 대식세포와 DC를 통해 선천적인 면역체계를 통해 발현됩니다. 궤양성 대장염(UC)과 크론병(CD)을 가진 사람들의 B. thetaiotaomicron OMV는 IL-10 발현을 자극할 수 없어서 조절 DC가 손실됩니다. 이러한 질병에서 B. thetaiotaomicron OMVs는 또한 현저히 낮은 양의 DC가 발현되도록 합니다. 이러한 결과는 비활동성 질환 환자에서도 관찰되었는데, 이는 면역 반응의 결함이 염증성 장질환(IBD)에 내재되어 있음을 의미합니다.[19][better source needed]

병리학

B. taiotaomicron은 또한 기회주의적 병원체이며 장내 세균총에 노출된 조직을 감염시킬 수 있습니다.[13] 장에 포함되어 있지만 B. taiotaomicron은 일반적으로 숙주와 유익한 관계를 유지합니다. 그러나 박테리아가 부적절한 환경에 존재할 경우 심각한 병리학적 원인이 될 수 있습니다. 위장관이 파열되면 세균이 장을 빠져나올 수 있습니다. 이것은 혈류에 박테리아가 존재하는 균혈증과 같은 질병으로 이어질 수 있습니다. 그것은 또한 조직의 한 영역이 감염되고 신체의 면역 체계가 백혈구를 보내어 그것을 싸우게 하고 억제할 때 발생하는 농양 형성으로 이어질 수 있습니다.[7]

다당류 대사 능력은 장내 미생물군집의 다른 구성 요소의 식품 공급원이 됩니다. 예를 들어, B. thetaiotaomicron은 시알리다아제 효소를 발현하지만 시알산을 이화할 수 없습니다. 결과적으로 시알산의 존재는 장내의 다른 유기체가 에너지원으로 사용할 수 있는 유리 시알산을 증가시킵니다. 이러한 상호작용은 시알산을 탄소원으로 사용하는 클로스트리디움 디피실레와 같은 병원성 박테리아의 성장에 기여할 수 있습니다.[20] 유사한 상호작용은 B. taiotaomicron을 병원성 대장균 감염을 악화시킬 수 있습니다.[21] 이러한 전략을 통해 B. taiotaomicron은 인간 장의 경쟁 환경에서 더욱 번성할 수 있습니다.

참고문헌

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