栄養繊維におけるC5糖の分解のためのヒト腸内細菌における代替ペントースリン酸経路

人間の腸における五種葉の微生物分解は、植物ベースの栄養繊維を利用するための重要な要因です。腸の微生物の大部分は、これらのC5糖を炭素およびエネルギー源として使用することができます。ただし、基礎となる代謝経路は完全には理解されていません。バイオインフォマティック分析により、多数の豊富な腸内細菌には、リン酸ペントースリン酸経路の重要な酵素としてトランスアルゼをコードする遺伝子がないことが示されました。その中には、キシロースまたはヘミセルロースを唯一の炭素源として含む最小限の培地で成長することができた重要な人間の腸の微小微生物Prevotella Copriがありました。したがって、バイオインフォマティクス、酵素活性アッセイ、およびペントース代謝の中間体の検出を使用したP. copriでのペントース変換の代替経路を探しました。生物がセドヘプトロース-1,7-ビスリン酸経路（SBPP）を介してC5亜鉛類を変換して、ペントース代謝と解糖と結合したことが明らかになりました。トランスアルデーゼ反応を回避するために、P。copriは、ピロリン酸依存性のホスホフルクトキナーゼとフルクトースビスリン酸アルドラーゼの組み合わせ触媒を使用します。さらに、SBPPは、Phyla bacteroides、硬剤、プロテオバクテリア、Verrucomicrobia、およびLentisphaeraeのメンバーを含む重要な腸内細菌に広く分布しているという強力な証拠を提示します。

The microbial degradation of pentoses in the human gut is a crucial factor for the utilization of plant-based dietary fibers. A vast majority of gut microbes are able to use these C5-sugars as a carbon and energy source. However, the underlying metabolic pathways are not fully understood. Bioinformatic analysis showed that a large number of abundant gut bacteria lack genes encoding a transaldolase as a key enzyme of the pentose phosphate pathway. Among them was the important human gut microbe Prevotella copri, which was able to grow in minimal media containing xylose or hemicelluloses as the sole carbon source. Therefore, we looked for an alternative pathway for pentose conversion in P. copri using bioinformatics, enzyme activity assays, and the detection of intermediates of pentose metabolism. It became evident that the organism converted C5-sugars via the sedoheptulose-1,7-bisphosphate pathway (SBPP) to connect pentose metabolism with glycolysis. To circumvent the transaldolase reaction, P. copri uses the combined catalysis of a pyrophosphate-dependent phosphofructokinase and a fructose-bisphosphate aldolase. Furthermore, we present strong evidence that the SBPP is widely distributed in important gut bacteria, including members of the phyla Bacteroides, Firmicutes, Proteobacteria, Verrucomicrobia, and Lentisphaerae.