От растительного сахара к токсичному сероводороду
В ходе докторского исследования на кафедре биологии ученые впервые описали превращение пищевого сахара сульфохиновозы анаэробными бактериями в токсичный сероводород (H2S). Повышенное производство сероводорода в кишечнике человека связывают с воспалительными заболеваниями кишечника и раком толстой кишки.
Сульфохиновоза — сахар, содержащийся в растениях, в его состав входит сера. Этот компонент диеты из зеленых овощей также присутствует в кишечнике человека — среде без кислорода. Исследовательница Анна Буррихтер хотела выяснить, что происходит при расщеплении сульфохиновозы анаэробными бактериями в отсутствие кислорода. Она обнаружила новый тип метаболизма, превращающий сульфохиновозу в сероводород.
Эти результаты получены на лабораторной модельной системе. В будущих исследованиях предстоит проверить, действительно ли сульфохиновоза в кишечнике метаболизируется до сероводорода. Работа выполнена группой доктора Давида Шлеека, результаты опубликованы в журнале Frontiers in Microbiology.
Анна Буррихтер открыла совершенно новый бактериальный путь деградации, включающий три отдельных открытия:
- новое звено в биологическом цикле серы,
- новый тип брожения в Escherichia coli,
- ранее неизвестный энергетический метаболизм у сульфит-дыхательных бактерий вида Desulfovibrio.
«Без кислорода пути деградации совершенно другие. В контексте сульфохиновозы мы обнаружили новый тип брожения в Escherichia coli», — говорит Анна Буррихтер.
Наряду с дигидроксипропансульфонатом — серосодержащим продуктом распада, образующимся на первом этапе, — исследователи обнаружили вторую бактерию, Desulfovibrio, которая может использовать этот промежуточный продукт для анаэробного дыхания, так называемого восстановления сульфита. Этот тип дыхания с органически связанной серой в качестве акцептора электронов вместо кислорода впервые подробно описан в диссертации Буррихтер.
«Мы думали, что конечным продуктом может быть сероводород, но это никогда не было доказано, и никто не знал, какие бактерии и ферменты могут катализировать эти реакции», — говорит биолог.
Следующий шаг — перенести результаты лабораторной модели на кишечник человека.
«Мы хотим исследовать, можно ли найти эти пути деградации в кишечнике и насколько они способствуют общему производству сероводорода в зависимости от диеты», — говорит Давид Шлеек.
Ранее считалось, что органические сульфонатные субстраты, такие как таурин, превращаются в сероводород в основном при диете, богатой мясом и жирами. Новые данные теперь предполагают, что органические сульфонаты из вегетарианской пищи, то есть сульфохиновоза, также могут расщепляться до сероводорода.
Диссертация Буррихтер — многообещающая основа для дальнейших исследований в этой области.
«Теперь мы знаем отдельные этапы пути деградации, а также задействованные ферменты и гены, и поэтому мы знаем, что искать», — говорит Буррихтер.
Производство сероводорода в целом может способствовать развитию воспалительных заболеваний кишечника и рака толстой кишки. Однако также предполагается, что сероводород, по крайней мере в низких концентрациях в кишечнике, может оказывать и благотворное влияние на здоровье.
«Чтобы лучше понять микробиом человека и эффекты сероводорода, необходимо знать все пути, которые могут привести к его производству. Только тогда можно будет лучше управлять производством сероводорода в кишечнике», — говорит Давид Шлеек.