Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur Chen Chunying du Centre national pour les nanosciences et la technologie (NCNST) de l’Académie chinoise des sciences (CAS) a révélé que le microbiote intestinal peut fermenter des nanomatériaux de carbone exogènes (CNM) en tant que sources de carbone en acides gras à chaîne courte. acides. L’étude a été publiée dans Actes de l’Académie nationale des sciences et a été signalé comme un Nature Souligner.
Le microbiote intestinal est la cible majeure des nanomatériaux exogènes par voie orale. Les processus biologiques régis par le microbiote intestinal déterminent le sort final des CNM chez les hôtes. Cependant, les CNM et de nombreux composants de l’intestin, tels que les aliments, les glucides, les protéines et les lipides, ainsi que les éléments constitutifs de base des « cellules » de la vie, contiennent le même élément constitutif : le carbone. Il est très difficile de réaliser une analyse précise des processus métaboliques des CNM dans l’intestin en utilisant des méthodes traditionnelles.
Pour résoudre ce problème, l’équipe de recherche a révélé le « passé et le présent » des nanomatériaux de carbone dans le microbiote intestinal grâce à l’application de la technologie de marquage isotopique 13C, de la technologie de traçage des flux métaboliques isotopiques, de la spectrométrie de masse à haute résolution et du séquençage des gènes du microbiote.
Dans ce travail, les chercheurs ont d’abord découvert que le microbiote intestinal pouvait décomposer deux types de CNM : les nanotubes de carbone à paroi unique (SWCNT) et les oxydes de graphène (GO). En criblant les métabolites intestinaux, ils ont démontré que les acides gras à chaîne courte augmentaient significativement dans l’intestin des souris traitées avec des nanomatériaux de carbone par gavage oral.
En utilisant l’oxyde de graphite marqué au 13C et la technologie de traçage des flux métaboliques, ils ont découvert que les CNM étaient comme des fibres alimentaires et pouvaient être utilisés comme source de carbone disponible par le microbiote intestinal pour la dégradation et la fermentation, qui entraient dans la voie métabolique du pyruvate pour générer du butyrate. Au cours de ce processus, diverses enzymes microbiennes, notamment l’hexokinase, la pyruvate kinase, la pyruvate déshydrogénase et la butyrate kinase, ont été impliquées dans la fermentation des CNM en butyrate.
Le séquençage des gènes microbiens a révélé que les bactéries productrices de butyrate sont les espèces dominantes qui exploitent les CNM pour générer du butyrate. Surtout, le butyrate excessif peut affecter l’homéostasie intestinale.
Cette étude clarifie pour la première fois l’ensemble du processus métabolique des CNM de la source à la fin, brisant la croyance traditionnelle selon laquelle les microbes ne peuvent utiliser que les glucides pour synthétiser les molécules d’acide butyrique organique. La recherche confirme que les micro-organismes intestinaux peuvent utiliser des CNM synthétisés artificiellement comme sources de carbone pour générer des métabolites organiques endogènes, révèle le nouveau destin biologique des CNM chez l’hôte et fournit un support théorique important pour élargir les scénarios d’application des CNM.
Plus d’information:
Xuejing Cui et al, Une nouvelle capacité du microbiote intestinal : fermentation de nanomatériaux de carbone inorganiques modifiés en métabolites organiques endogènes, Actes de l’Académie nationale des sciences (2023). DOI : 10.1073/pnas.2218739120
Les microbes intestinaux « mangent » des nanoparticules, ce qui entraîne des modifications du microbiome, Nature (2023). DOI : 10.1038/d41586-023-01540-w