Onlangs onthulde een onderzoeksteam onder leiding van prof. Chen Chunying van het National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) dat de darmmicrobiota exogene koolstofnanomaterialen (CNM’s) als koolstofbronnen kan fermenteren tot korteketenvetzuren. zuren. De studie is gepubliceerd in Procedures van de National Academy of Sciences en werd gerapporteerd als een Natuur Markeer.
Darmmicrobiota zijn de belangrijkste doelen voor exogene nanomaterialen via de orale route. Door de darmmicrobiota bestuurde biologische processen bepalen het uiteindelijke lot van CNM’s in de gastheren. CNM’s en talloze componenten in de darm, zoals voedsel, koolhydraten, eiwitten en lipiden, evenals de basisbouwstenen van levenscellen, bevatten echter hetzelfde samenstellende element: koolstof. Het is een grote uitdaging om met behulp van traditionele methoden een nauwkeurige analyse te maken van de metabolische processen van CNM’s in de darm.
Om dit probleem op te lossen, onthulde het onderzoeksteam het “verleden en heden” van koolstofnanomaterialen in de darmmicrobiota door de toepassing van stabiele isotoop 13C-labeltechnologie, isotoop-metabolische stroomopsporingstechnologie, massaspectrometrie met hoge resolutie en sequentiebepaling van microbiota-genen.
In dit werk ontdekten de onderzoekers voor het eerst dat de darmmicrobiota twee soorten CNM’s kon afbreken: enkelwandige koolstofnanobuisjes (SWCNT’s) en grafeenoxiden (GO). Door de darmmetabolieten te screenen, toonden ze aan dat vetzuren met een korte keten aanzienlijk toenamen in de darm van muizen die werden behandeld met koolstofnanomaterialen via orale sondevoeding.
Stabiele isotoop gebruiken 13C gelabeld grafietoxide en metabole flow tracing-technologie, ontdekten ze dat CNM’s vergelijkbaar waren met voedingsvezels en konden worden gebruikt als een beschikbare koolstofbron door de darmmicrobiota voor afbraak en fermentatie, die de metabolische route van pyruvaat binnengingen om butyraat te genereren. Tijdens dit proces waren verschillende microbiële enzymen, waaronder hexokinase, pyruvaatkinase, pyruvaatdehydrogenase en butyraatkinase, betrokken bij de fermentatie van CNM’s tot butyraat.
Microbiële gensequencing onthulde dat butyraatproducerende bacteriën de dominante soort zijn die CNM’s uitbuitte om butyraat te genereren. Belangrijk is dat het overmatige butyraat de darmhomeostase kan beïnvloeden.
Deze studie verduidelijkt voor het eerst het hele metabolische proces van CNM’s van de bron tot het einde, en breekt daarmee de traditionele overtuiging dat microben alleen koolhydraten kunnen gebruiken om organische boterzuurmoleculen te synthetiseren. Het onderzoek bevestigt dat intestinale micro-organismen kunstmatig gesynthetiseerde CNM’s kunnen gebruiken als koolstofbronnen om endogene organische metabolieten te genereren, onthult het nieuwe biologische lot van CNM’s in de gastheer en biedt belangrijke theoretische ondersteuning voor het uitbreiden van de toepassingsscenario’s van CNM’s.
Meer informatie:
Xuejing Cui et al., Een nieuw vermogen van de darmmicrobiota: fermentatie van gemanipuleerde anorganische koolstofnanomaterialen tot endogene organische metabolieten, Procedures van de National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2218739120
Darmmicroben ‘eten’ nanodeeltjes – wat leidt tot veranderingen in het microbioom, Natuur (2023). DOI: 10.1038/d41586-023-01540-w
Tijdschrift informatie:
Natuur
,
Procedures van de National Academy of Sciences
Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen