Расшифрованы ферментные "ножницы" кишечных микробов

Исследователи обнаружили, что микроорганизмы в кишечнике человека используют бета-элиминирование для расщепления растительных натуральных продуктов, делая их доступными для усвоения.

Фрукты и овощи содержат различные растительные натуральные продукты, такие как флавоноиды, которые придают плодам цвет и обладают полезными для здоровья свойствами. Большинство таких веществ в природе существуют в виде гликозидов — химических соединений с сахарами.

Чтобы человек мог усвоить полезные растительные продукты, сахар должен быть отщеплен в кишечнике. Микроорганизмы кишечной флоры помогают ускорить этот процесс.

Так называемые C-гликозиды (растительные натуральные продукты с углеродной связью с сахаром, например, нотофагин в чае ройбуш) были бы практически неусвояемы без кишечных микробов.

Исследовательская группа под руководством Йоханнеса Биттера, Мартина Пфайффера и Бернда Нидецки из Института биотехнологии и биохимической инженерии Технологического университета Граца (TU Graz) сообщает в Nature Communications, какой инструмент используют кишечные бактерии для расщепления гликозидов и как он работает.

Универсальный каталитический принцип

Микробы используют "ферментные ножницы", чей каталитический эффект основан на бета-элиминировании — особом типе реакции для гибкого расщепления химических связей, включая связи в C-гликозидах. Исследователям удалось расшифровать механизм действия фермента на атомном уровне и продемонстрировать высокоэффективное расщепление различных гликозидов.

Металлический центр марганца (Mn) в ферменте оказался необходимым для процесса расщепления и его катализа. "Эти ферментные ножницы являются универсальным каталитическим принципом, позволяющим расщеплять гликозиды натуральных продуктов независимо от типа сахарной связи", — поясняет Нидецки.

Исследование механизмов ферментативных реакций и каталитических стадий потребовало не только высокоразрешающих экспериментальных методов, таких как белковая кристаллография, но и компьютерных методов, позволивших смоделировать динамику биохимических процессов.

Бактерии, живущие на растениях, также используют ферментные ножницы

Результаты были получены в рамках проекта "doc.funds" CATALOX в сотрудничестве с исследовательскими группами Медицинского университета Граца и Университета Граца. В ходе исследований удалось выявить эволюционную взаимосвязь различных ферментных "ножниц", расщепляющих гликозиды у множества микроорганизмов.

"Эти ферментные ножницы есть у бактерий кишечной флоры, а также у большой группы ассоциированных с растениями бактерий в природе", — говорит Нидецки.

Ученый сомневается, что в будущем механизм ферментных ножниц можно будет использовать без участия микроорганизмов, например, в пищевых добавках для улучшения усвоения растительных натуральных продуктов. "Более вероятна разработка пробиотиков с микроорганизмами, обладающими достаточной активностью этих ферментов".