Eine von der Duke University geleitete Studie hat die Wirkmechanismen von Akkermansia muciniphila untersucht, einer Darmmikrobe, die mit einer geringeren Rate an Stoffwechselstörungen verbunden ist.
In dem Artikel „Ein genetisches System für Akkermansia muciniphila zeigt eine Rolle der Mucin-Futtersuche bei der Darmbesiedlung und der Genexpression der Sterol-Biosynthese des Wirts“, veröffentlicht in NaturmikrobiologieForscher entwickelten und wendeten die Transposon-Mutagenese an, um Gene zu identifizieren, die für die Darmbesiedlung und die Verwendung von Mucin essentiell sind.
A. muciniphila kann bis zu 3 bis 5 % der im Stuhl vorkommenden Biota ausmachen. Es kommt in Wildtieren vor und sein Überfluss beim Menschen scheint für gesunde physiologische Funktionen von entscheidender Bedeutung zu sein, da abnormale Werte mit Immunstörungen, Schwangerschaftskomplikationen, Krebs, neurologischen Störungen und allen Arten von Stoffwechselerkrankungen verbunden sind.
Aus diesem Grund wird es als potenzielles Probiotikum angesehen, aber vieles über die Mechanismen von A. muciniphila bleibt ein Rätsel. Ungefähr 35 % seines Genoms kodieren für Proteine, deren Funktion nicht bekannt oder auch nur vorhersehbar ist.
Akkermansia-Proteine haben nur wenige Ähnlichkeiten mit anderen prominenten Darmmikroben, was Aktivitätsvergleiche einschränkt. Die Forscher entwickelten Methoden zur Transposon-Mutagenese, eine Möglichkeit, kleine Teile des genetischen Codes zu verändern, um die Aktivität selektiv auszuschalten. Durch die Beobachtung, welche Störungen auftreten, können die Forscher eine Vorstellung davon bekommen, welche Gene für welche Funktionen kodieren.
Es ist bekannt, dass A. muciniphila Mucine als bevorzugte Nährstoffquelle verwendet. Muzine sind große, stark glykosylierte Proteine, die den Großteil der Darmschleimhaut ausmachen. Die Studie ergab, dass trotz der Fähigkeit, ein breites Spektrum an Glykosidhydrolase-Enzymen zu produzieren (schätzungsweise etwa 60), nur wenige für den Abbau von Darmschleimen erforderlich sind. Diese Redundanz bedeutet, dass der Organismus selbst bei einer Mutation in einem oder den meisten dieser Gene noch überlebensfähig wäre.
Wir beobachteten, dass sich Mucin-Abbauprodukte in internen Kompartimenten innerhalb der Bakterien ansammeln, und zwar in einem Prozess, der Gene erfordert, die Pili und einen periplasmatischen Proteinkomplex kodieren, den das Team Mucin Utilization Locus (MUL)-Gene nannte.
Bei der Implantation in Mäuse ohne komplexes Mikrobiom griff A. muciniphila auf mehrere Nährstoffquellen im Magen-Darm-Trakt zu und nutzte sein MUL-System nicht auf die gleiche Weise. In diesem keimfreien Szenario unterdrückten MUL-Gene menschliche Gene, die für die Cholesterinbiosynthese im Dickdarm essentiell sind.
Dies deutet darauf hin, dass die Verwendung von Mucin als bevorzugte Nahrungsquelle zustandsabhängig ist, eine Strategie, die in einer kompetitiven Mikrobiota-Umgebung angewendet wird, und dass A. muciniphila mehrere Überlebensstrategien haben kann.
Die Autoren geben an, dass zusätzlich zu den vorteilhaften immunmodulatorischen Aktivitäten, die A. muciniphila zugeschrieben wurden, „… der aktive Katabolismus von Mucin durch Akkermansia zusätzliche gesundheitliche Vorteile bieten kann, indem er die Expression von Genen reguliert, die an der Lipidbiosynthese beteiligt sind.“
Mehr Informationen:
Lauren E. Davey et al., Ein genetisches System für Akkermansia muciniphila zeigt eine Rolle der Mucin-Nahrung bei der Darmbesiedlung und der Genexpression der Sterol-Biosynthese des Wirts. Naturmikrobiologie (2023). DOI: 10.1038/s41564-023-01407-w
Forschungshighlight: Eine schleimfressende Mikrobe kontrolliert die Cholesterinfabrik des Darms. Natur (2023). DOI: 10.1038/d41586-023-01944-8
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