文章题目：Selective utilization of polyguluronate by the human gut Bacteroides species

发表期刊：Marine Drugs

影响因子：5.4(2025)

通讯单位：中国海洋大学、青岛海洋生物医药研究院

        褐藻胶作为食品添加剂在全球范围内应用广泛。聚古罗糖醛酸（Polyguluronate, PG）是褐藻胶中的关键结构片段，其具有多种生物学作用如抗肠炎、降血脂和缓解药物性肝损伤等。拟杆菌（Bacteroides spp.）是人体肠道中的重要共生菌，其在膳食多糖的降解代谢中发挥关键作用。

图1人体肠道来源17种不同拟杆菌的进化树分析

        研究表明，PG经口服到达胃肠道后可以被拟杆菌发酵利用。然而，人体肠道中的拟杆菌种类组成繁多，不同的拟杆菌究竟如何代谢PG并未得到完全阐明。基于此，本论文聚焦人体肠道来源的17种不同拟杆菌（图1），详细研究了其对PG的降解代谢过程，为PG相关大健康产品及创新药物的研究提供了理论依据。

图2 人体肠道来源17种不同拟杆菌在PG作为唯一碳源培养基中的生长曲线

        通过厌氧微生物体外模拟发酵，作者研究发现，除脆弱拟杆菌（B. fragilis）之外，人体肠道来源的其他16种拟杆菌均可以不同程度的发酵利用PG（图2-图3）。其中，解木聚糖拟杆菌（B. xylanisolvens）对PG的发酵利用能力最强，张文宏拟杆菌（B. zhangwenhongii）和金氏拟杆菌（B. finegoldii）等次之（图2）。

图3 人体肠道来源17种不同拟杆菌的糖利用分析及解木聚糖拟杆菌发酵代谢PG的TLC分析

        进一步的代谢产酸能力分析研究发现，人体肠道来源拟杆菌发酵利用PG主要产生琥珀酸、乙酸和丙酸（图4）。其中，解木聚糖拟杆菌发酵利用PG产生的短链脂肪酸最多，张文宏拟杆菌次之。上述研究结果提示，解木聚糖拟杆菌对PG的发酵利用能力最强，其可能是人体肠道中PG降解代谢的关键靶标菌株（Keystone species）。

图4 人体肠道来源17种不同拟杆菌发酵PG的产酸能力分析

        基于上述结果，作者聚焦解木聚糖拟杆菌进一步研究发现该细菌代谢PG可以产生一系列饱和和不饱和寡糖（聚合度为2~6）（图5）。其中，降解产生的不饱和四糖（udp4）和饱和二糖（dp2）含量相对较高，提示该细菌可能含有一系列碳水化合物活性酶（CAZymes）用来代谢PG。

图5 解木聚糖拟杆菌降解代谢PG产寡糖分析

        为了进一步解析解木聚糖拟杆菌中的PG降解酶，作者选取AY11-1菌株并对该细菌进行了全基因组测序分析（图6）。初步分析结果表明，该细菌具有多种代谢功能，其基因组大小为6,530,506 bp，GC碱基含量为42.12%（图6）。

图6 解木聚糖拟杆菌AY11-1菌株的全基因组测序分析

        KEGG代谢通路分析研究表明，解木聚糖拟杆菌中有406个基因与碳水化合物的代谢（Carbohydrate metabolism）有关（图7）。进一步的生物信息学分析发现，该细菌共有410个基因编码表达了不同种类的碳水化合物活性酶，包括多糖裂解酶（PLs）和糖苷水解酶（GHs）等（图7）。通过与多糖利用位点（PULDB）数据库进行比对分析，作者研究发现，解木聚糖拟杆菌中的多糖利用基因簇PUL52编码表达了多个糖结合和转运蛋白以及PL17_2和PL6_1两个潜在的PG降解酶，这为进一步理解解木聚糖拟杆菌对PG的降解代谢提供了依据。

图7 解木聚糖拟杆菌AY11-1的KEGG代谢通路及CAZymes分析

        综上所述，本研究较为系统地阐明了人体肠道来源17种不同拟杆菌对PG的降解代谢差异，首次明确了解木聚糖拟杆菌在降解代谢PG中的关键作用并初步探讨了其降解机制。相关研究发现为PG作为海洋糖类药物以及大健康功能制品的开发利用提供了理论依据。

        该课题组长期致力于肠道菌群和天然多糖的互作关系研究，在肠道菌群的体外模拟发酵、肠道功能菌株的分离筛选、多糖的肠道菌群代谢机制和新一代益生菌的开发研究方面具有重要积累，欢迎对本领域有研发兴趣的企业或高校课题组洽谈合作。

        原文链接：https://doi.org/10.3390/md23090348

作者：尚庆森

审核：李全才、邵萌

编辑：郭青云

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