Trasferimento microbico di elettroni extracellulari nel tratto gastrointestinale umano

Grazian Ting e Arpita Bose della Washington University di St. Louis discutono dell’affascinante ruolo svolto dal trasporto extracellulare degli elettroni nell’intestino umano

Il microbioma intestinale umano contiene centinaia di trilioni di batteri, con una grande diversità Classificare. In realtà, Il numero di batteri nell’intestino umano equivale al numero di tutte le cellule del corpo umano. Il che dimostra ulteriormente l’eterogeneità e l’importanza di questi microrganismi. Il filtraggio dell’habitat dell’intestino umano, definito come la sopravvivenza non casuale dei microrganismi rispetto alle caratteristiche dell’ambiente circostante, è influenzato da due importanti fattori: l’ospite e la dieta. difetto I normali processi intestinali dell’ospite, in vari modi, possono causare la morte cellulare e la disbiosi, interrompendo la pulizia dell’habitat mediata dall’ospite. Tuttavia, la dieta gioca un ruolo più comune in questo processo. Esistono diversi comportamenti alimentari tra gli individui attraverso mezzi culturali, etici, economici e di altro tipo.

I microrganismi intestinali metabolizzano i composti organici per produrre energia e una parte importante di questo processo richiede il trasferimento di elettroni agli accettori di elettroni. Entrando nel dettaglio, l’intestino tenue, parte del tubo digerente, è costituito principalmente da batteri anaerobici facoltativi. Fornendo ossigeno come accettore di elettroni nell’intestino attraverso la respirazione umana e la circolazione sanguigna, l’ospite può ossidare zuccheri, amminoacidi, acidi grassi, ecc. derivati ​​dalla dieta nell’intestino tenue. Negli ultimi anni, Alcuni batteri intestinali Si dice che siano batteri elettrochimicamente attivi (EAB) perché sono in grado di utilizzare il trasferimento di elettroni extracellulari (EET). (Figura 1).

batteri fecali prausnitzii, È un batterio noto per le sue capacità antinfiammatorie e per essere uno degli organismi commensali più abbondanti Batteri Nel colon umano. minimo F. Prausnitz Ci sono numeri sulle malattie infiammatorie intestinali che dimostrano la sua importanza per la salute intestinale umana. F. Prausnitz È uno dei principali produttori di butirrato presente nell’intestino. Il butirrato svolge un ruolo importante perché può inibire l’attivazione di alcuni fattori di trascrizione (come NF-κB o la citochina interferone gamma) e infine ridurre l’infiammazione della mucosa intestinale rendendolo un metabolita importante in questo ambiente per l’ospite. (Figura 2). Tuttavia F. Prausnitz Sono anaerobi stretti e quindi molto sensibili all’ossigeno, essendo in grado di tollerare basse concentrazioni di ossigeno presenti nella mucosa intestinale utilizzando elettroni extracellulari. trasformazione. F. Prausnitz Usi EET Attraverso flavine e tioli verso l’ossigeno per crescere alle interfacce anossiche e anossiche. Essendo anaerobico, l’EET può consentire l’ossigenazione
F. Prausnitz Per alleviare lo stress ossidativo perché creerà un ambiente più ipossico. Questo potrebbe spiegare F. Prausnitz Capacità di aderire alle cellule epiteliali ricche di ossigeno della mucosa intestinale nonostante sia anaerobica. L’intestino umano contiene flavine e tioli in abbondanza, nonché ossigeno che si diffonde dalle cellule epiteliali.

Queste relazioni che si applicano al microbiota intestinale possono applicarsi anche al campo farmaceutico, poiché i batteri probiotici presenti negli integratori alimentari da banco hanno la capacità di eseguire l’EET. Razze Lactobacillus plantarum WCFS1 E Lactactaseibacillus rhamnosus GG I loro effetti probiotici sono stati indicati riducendo l’espressione di citochine proinfiammatorie e migliorando la funzione della barriera epiteliale. Più interessante piante L può essere utilizzato EET Per generare correnti elettriche e ridurre il ferro (III). L’EET porta ad un aumento della produzione di ATP e ad un aumento del rapporto NAD+/NADH. È stato anche scoperto che l’EET migliora l’adesione dei batteri probiotici alle cellule intestinali. EET dentro piante Lpossono migliorare l’efficacia della colonizzazione delle cellule Caco-2 (Cellule tumorali del colon-retto).

L’attività batterica dell’EET nell’intestino non porta sempre a effetti positivi.

Per esempio, Listeria monocytogenes (agente patogeno presente negli alimenti contaminati) A Sistema basato su Flavin per EET (flotta). La carenza di ndh2, che codifica per la NADH deidrogenasi, compromette L. monocytogenes Colonizzazione del tratto gastrointestinale murino. Enterococcus faecalisQ Il gene FLEET viene utilizzato anche per il metabolismo e per generare correnti elettriche, principalmente utilizzando… ferro Come un elettrone ricettivo. Agenti patogeni, ad es Enterococchi O ListeriaL’EET può essere utilizzato per il fitness, rendendo spesso croniche le condizioni infettive dopo lo sviluppo del biofilm. L’aumento della profondità della matrice del biofilm dovuta all’EET può portare a un’ulteriore resistenza ai trattamenti medici come gli antibiotici. In generale, il trasporto extracellulare degli elettroni svolge un ruolo importante nell’intestino umano, sia dannoso che benefico. Pertanto, le sue interessanti capacità, soprattutto in campo farmaceutico, dovrebbero richiedere ulteriori ricerche.