推荐：江舜尧
编译：Natalia
编辑：小菌菌
英国Quadram生物科学研究中心肠道微生物和健康研究所Nathalie Juge团队于2019年10月在Nature microbiology发表题为《Elucidation of a sialic acid metabolism pathway in mucus-foraging Ruminococcus gnavus unravels mechanisms of bacterial adaptation to the gut》的文章。结肠上皮覆盖着双层黏液层，其中外层黏液层是部分肠道细菌的栖息地，而致密的内层黏液层使得肠道细菌不能与肠道上皮直接接触，是肠上皮的第一道防御屏障。黏液层是有高度糖基化的黏蛋白构成，多以O-聚糖结构相连。黏蛋白主要是由proline–threonine–serine（PTS）组成，聚糖包括N-acetylgalactosamine，galactose (Gal)，N-acetylglucosamine（GlcNAc）等，通常以岩藻糖，唾液酸（Neu5Ac），硫酸酯作为终端。外层黏液层栖息的菌群通过代谢终端黏蛋白聚糖以维持自身需要，其中唾液酸是结肠黏液共生菌群颇受喜爱的营养源，细菌参与唾液酸代谢的基因通常聚集在一起，形成不同功能的nan基因簇。在被代谢之前，功能性唾液酸转运体对于唾液酸衍生物进入细菌是必不可少的。R. gnavus(ATCC 29149)的nan-基因簇只包含一个独立的ABC转运体，包括两个渗透酶和RgSBP。
唾液酸（N-acetylneuraminic acid，Neu5Ac）是结肠黏蛋白聚糖最常见的末端结构，可作为多种肠道微生物包括Ruminococcus gnavus（R.gnavus）的营养源。R.gnavus在多种疾病状态下丰度过高。因而明确R.gnavus在肠道中的生成适应机制颇为必要。此前的体外研究发现，R.gnavus的以黏蛋白聚糖为生的觅食策略与分子内反式唾液酸酶的表达有关，这种酶可以降解粘蛋白以释放2,7-anhydro-Neu5Ac，而不是Neu5Ac。本文揭示了R.gnavus体内2,7-anhydro-Neu5Ac的代谢通路，包括了2,7-anhydro-Neu5Ac特异性转运及将 2,7-anhydro-Neu5Ac 转化为Neu5Ac氧化还原酶的激活。进一步体外研究发现，当nan基因簇突变时，R. gnavus无法在唾液酸基质中生成，也无法在无菌小鼠体内定植到肠道黏液层。本研究揭示了细菌中一种独特的唾液酸代谢途径，对阐明健康和疾病宿主肠道内以黏液为生的共生菌群对肠道空间适应具有重要意义。
文中重要图片说明
图一：R.gnavus (ATCC 29149)的nan操纵子序列
图二：配体与RgSBP结合的稳态荧光分析
图三：配体与RgSBP结合的生物物理分析
图四：唾液酸醛缩酶的酶促反应
图五：RgNanOx催化2,7-anhydro-Neu5Ac转化为Neu5Ac
图六：R.gnavus (ATCC29149)及其nan突变株在无菌小鼠体内的定植
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