在人类肠道的微生物群落中,Blautia luti是常见成员之一。研究人员指出,这类肠道细菌能够分解人体难以消化的膳食成分,例如以碳水化合物形式存在的纤维,并在代谢过程中生成乙酸(醋酸盐)等产物。乙酸既是肠道细胞的重要能量来源,也被认为与肠—脑轴相关的信号传递有关。
以甲酸充当电子“载体”
由于肠道环境缺氧,B. luti无法进行呼吸作用,主要依赖发酵获取能量。发酵过程中,碳水化合物可被转化为乳酸、琥珀酸、乙醇、二氧化碳以及氢气等终产物并排出。研究人员表示,肠道内氢气水平过高会抑制进一步发酵,因此需要被其他微生物消耗。
在肠道生态系统中,部分古菌会消耗氢气并将其转化为甲烷,从而调节氢气浓度。在这一框架下,氢气常被视为细菌内及细菌间传递电子的“载体”。不过,研究团队指出,生成氢气会伴随较大的能量损失。
法兰克福歌德大学分子微生物学与生物能学教授Volker Müller及其团队成员Raphael Trischler在研究中发现,B. luti可选择另一条路径:该菌产生甲酸(甲酸盐),而不是让二氧化碳与氢气结合。在这一机制下,甲酸承担电子传递的角色,从而绕开能量消耗更高的氢气生成过程。相关成果发表于期刊《Gut Microbes》。

通过伍德-隆达尔途径处理甲酸并生成乙酸
研究显示,B. luti可借助丙酮酸甲酸裂解酶生成甲酸。研究人员指出,这种酶在产乙酸细菌中并不常见。Trischler表示,电子在这一过程中“基本上储存在甲酸中”,但甲酸在高浓度下同样具有毒性。
为避免甲酸积累,B. luti可通过伍德-隆达尔途径(Wood-Ljungdahl pathway,WLP)与二氧化碳共同处理甲酸,并将其转化为乙酸。研究人员介绍,在WLP中,二氧化碳通过两个不同“分支”被转化,最终合成为乙酸。通常情况下,其中一个分支会依赖甲酸脱氢酶利用氢气将二氧化碳转化为甲酸。
不过,研究团队称,B. luti“完全缺乏甲酸脱氢酶”,其策略是直接利用甲酸,从而将糖的分解与乙酸生成通过甲酸连接起来。研究人员认为,这一代谢组织方式为细菌带来能量上的优势。
在肠道生态中甲酸不易积累,并可利用外源气体
研究人员在实验室培养条件下观察到,B. luti会排出甲酸;但在肠道复杂的食物网中,甲酸并不一定会积累。产甲烷古菌能够将甲酸转化为甲烷;此外,研究还显示,在WLP中还原甲酸需要来自碳水化合物发酵的电子,但B. luti也可利用其他细菌产生的气体。Trischler报告称,在存在氢气时,甲酸会“完全消失”。

研究还提到,B. luti能够利用一氧化碳。该气体在人体自然分解血红蛋白时产生,具有较强毒性。Müller表示,类似B. luti的细菌可借助甲酸对体内产生的一氧化碳进行处理,这也被用来解释为何许多肠道微生物携带一氧化碳脱氢酶。
除乙酸外,研究人员称B. luti还会产生琥珀酸。琥珀酸被描述为可促进其他有益肠道细菌生长并刺激免疫系统,同时也是生物技术应用中的重要工业原料。
研究团队表示,这些发现反映了肠道微生物在代谢策略上的多样性。Müller指出,即便在相关细菌群体内部,也存在显著差异;理解这些差异有助于进一步认识不同肠道细菌之间的相互作用及其与人体健康的关联。
