科学家发现肠道细菌糖基化机制

人体肠道内的微生物群对于宿主的新陈代谢、发育和免疫作出了贡献。为了在这个竞争的环境中生存，拟杆菌——最常见的一种肠道细菌——已经进化出了多种适应性。蛋白质糖基化在细菌中很罕见，并且只有一部分常见糖基化体系得到了确认。日前发表在《细胞》杂志上的一项研究描述了拟杆菌中的一种普通O-糖基化机制的发现过程和特征。研究人员指出，这种机制是研究哺乳动物肠道移植所必须的。为了从肠道中获取和代谢碳水化合物，拟杆菌编码了一套遗传系统的全部指令。一种名为脆弱拟杆菌的肠道细菌所形成的酶能够从宿主黏膜的多糖中搜集海藻糖，并将这一外生海藻糖合并到自己的荚膜多糖和醣蛋白中。为了搞清附加了外生海藻糖剩余物的醣蛋白的本质，美国波士顿市哈佛医学院的Mark Fletcher与同事在进行二维PAGE和质谱分析之前，提纯了海藻糖蛋白质。研究人员识别了48种不同的蛋白质，并且利用一系列技术证明了其中的8种蛋白质被糖基化了。他们培育出其中一种蛋白质的多糖成分的特定抗血清，并且发现，这种抗血清也能够识别其他纯醣蛋白，这意味着它们的多糖是类似或一样的。糖基化不是发生在天门冬素剩余物(N-键)，就是发生在丝氨酸和苏氨酸剩余物（O-键），而在这项实验中，多糖在一个特殊的三氨基酸结构中被O-键连接。生物化学分析表明，有8种醣蛋白被分泌，并位于周质和外膜上。在脆弱拟杆菌中，荚膜多糖被集结于细胞质膜的里面，并通过一种翻转酶沿着膜转移，随后被一种聚合酶低聚化。研究人员详尽论述了O-糖基化机制有可能被一个操纵子——包含有一个翻转酶，但却没有聚合酶——所编码，这是因为没有聚合的步骤是O-糖基化所必须的。一项基因组研究表明，在这样一个区域中——包含有一个被公认的翻转酶，5个被公认的糖基转移酶和其他基因可能与低聚糖的合成有关。删除这一区域的所有9种基因（范围从BF4298到BF4306）抑制了海藻醣蛋白的合成；同样地，研究人员将这一区域命名为lfg（脆弱糖基化的基因座）区域。其他的拟杆菌成员具有与lfg类似的区域，并且几种醣蛋白被显示出在相同的保存动机下被糖基化。最终，研究人员发现，在无菌小鼠模型的单项研究中，尽管脆弱拟杆菌的一个lfg菌株能够在野生型脆弱拟杆菌中完成类似的生长，但它却无法与移植自小鼠肠道的野生型菌株展开竞争。这一发现表明，普通O-糖基化体系对于脆弱拟杆菌的生态小生境的移植是至关重要的。（来源：科学时报群芳）