식이 콜레스테롤과 쥐 및 인간 장내 미생물과의 상호 작용 특성 규명

자연 미생물학 7권, 1390~1403페이지(2022)이 기사 인용

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측정항목 세부정보

콜레스테롤과 같은 식이 지질의 섭취는 장내 미생물 유래 대사산물의 생산을 통해 숙주 건강에 영향을 미치는 장내 미생물을 조절합니다. 숙주 대사에 대한 영향에도 불구하고, 장내 미생물군집과 식이 유래 지질의 제한된 수의 특정 상호 작용이 특성화되었습니다. 이는 부분적으로 책임 있는 분류군의 종 수준 분해능을 얻는 것이 어려울 수 있고 콜레스테롤-미생물 상호작용에서 생성된 건강 관련 대사산물을 식별하기 위한 추가적인 접근법이 필요하기 때문입니다. 여기서 우리는 콜레스테롤 특이적 숙주-미생물 상호 작용을 프로파일링하기 위해 클릭 화학 기반 워크플로인 생물학적 직교 라벨링 정렬 시퀀스 분광법을 수행했습니다. 생쥐는 콜레스테롤의 알킨 기능화 변종에 노출되었고 대변 샘플의 16S 리보솜 RNA 유전자 앰플리콘 시퀀싱을 통해 Bacteroides, Bifidobacterium, Enterococcus 및 Parabacteroides 속의 식이 유래 콜레스테롤 상호 작용 미생물이 확인되었습니다. Shotgun metagenomic 분석은 담즙산 유사 및 설포트랜스퍼라제 유사 활동을 강화하여 식이 유래 콜레스테롤 상호 작용 미생물의 종 수준 분해능을 제공했습니다. 비표적 대사체학을 사용하여 우리는 콜레스테롤이 효소 BT_0416을 통해 박테로이데스 특이적 방식으로 황산콜레스테롤로 변환된다는 것을 확인했습니다. Bt_0416이 결핍된 박테로이데스 테타이오타오마이크론(Bacteroides thetaiotaomicron)으로 단일집락화된 마우스는 야생형 마우스에 비해 숙주 콜레스테롤과 황산염 콜레스테롤이 변경된 것으로 나타났으며, 이는 이전에 특성화되지 않은 콜레스테롤의 미생물군집 변형과 숙주 표현형에 대한 미생물군집 의존적 기여 메커니즘을 확인했습니다. 더욱이, 박테로이데스(Bacteroides)에서 콜레스테롤 반응성 설포트랜스퍼라제(sulfotransferase)의 확인은 미생물군집 특이적 콜레스테롤 대사를 변화시키는 식이 의존적 메커니즘을 시사합니다. 전반적으로, 우리의 연구는 숙주 콜레스테롤 항상성에 대한 보다 정확한 미생물군집 의식 조절에 대한 의미를 지닌 수많은 콜레스테롤 상호작용 미생물을 식별합니다.

식이요법은 장내 미생물군집의 기능을 결정하는 결정적인 요소로, 숙주의 웰빙에 중요한 영향을 미칩니다1,2,3. 식이 지방 섭취는 미생물 군집 구조를 좌우할 수 있지만4,5,6 다양한 종류의 지방과 지질이 장내 미생물 군집의 특정 구성원과 상호 작용하여 숙주 건강의 변화를 유도하는 방법은 잘 알려져 있지 않습니다. 독특한 지질이 미생물군집과 어떻게 상호작용하는지 더 잘 이해하면 장내 미생물군집의 기능을 정확하게 조절하려는 시도에서 식단을 보다 효과적으로 사용할 수 있습니다. 미생물 처리가 숙주 대사 건강에 큰 영향을 미치는 식이 지질 중 하나는 막 역학, 지질 수송 및 분자 신호 전달을 포함한 다양한 생물학적 과정에 필수적인 동물 지질인 콜레스테롤입니다. 콜레스테롤은 음식물을 통해 섭취되거나 간에 의한 새로운 생합성을 통해 획득됩니다8. 소화 시스템은 소화 중에 다른 담즙 성분과 함께 콜레스테롤을 소장으로 분비합니다9. 고콜레스테롤혈증과 같은 콜레스테롤 항상성의 불균형은 죽상경화성 병변 및 심혈관 질환의 발병과 관련이 있습니다10,11.

순환 콜레스테롤, 특히 저밀도 지단백 콜레스테롤의 결정 요인에는 유전적 요인과 식이 요인이 포함됩니다12,13,14. 장내 미생물 군집은 또한 저밀도 지질단백질 콜레스테롤을 조절하는 것을 포함하여 숙주 관련 콜레스테롤 생물학에서 역할을 하는 것으로 나타났습니다15,16. 예를 들어, 이전 연구에서는 인간의 장내 미생물이 콜레스테롤을 대사할 수도 있다는 사실을 확립했습니다. 여기서 Kenny et al. 장내 미생물에 의한 콜레스테롤의 코프로스타놀로의 전환을 특성화합니다17. 인간 피험자의 대변에서 코프로스타놀의 양이 증가하는 것은 건강한 지질 프로필과 관련이 있으며, 이는 미생물군집이 콜레스테롤을 통해 숙주 과정을 조절하는 역할을 한다는 것을 시사합니다. 종합적인 분석을 통해 코프로스타놀 생합성을 담당하는 박테리아 유전자가 확인되었습니다. 그러나 식이 유래 콜레스테롤과 상호작용을 담당하는 추가적인 박테리아 유전자와 장내 세균 종의 정체는 아직 파악하기 어렵습니다. 또한, 현재까지 소수의 장내 미생물 의존성 담즙산 변형이 설명되었지만, 우리가 아는 한, 콜레스테롤-코프로스타놀 전이는 장내 미생물에 대해 확인된 유일한 콜레스테롤 변형인 것으로 보입니다18,19,20.