Vitamin B1 (Tiamin)

Biosyntesevirkeveien for vitamin B1 eller tiamin, er en metabolsk prosess der visse bakterier i tarmmikrobiomet produserer tiamin, et essensielt mikronæringsstoff for cellulær energimetabolisme. Dette vitaminet av mikrobiell opprinnelse kan absorberes direkte av verten på kolon-nivå. Videre kan tap av denne synteseevnen hos mikrobene påvirke mikrobiomets økosystem.

Visse bakterier i tarmen vår er i stand til å syntetisere vitamin B1 (tiamin) fra bunnen av. Denne prosessen utføres gjennom to uavhengige veier som genererer prekursormolekyler (kalt HET-P og HMP-PP). Disse grenene konvergerer i et siste trinn, der spesifikke enzymer kombinerer dem for å danne den funksjonelle formen av vitaminet (tiaminmonofosfat). Med unntak av Firmicutes, syntetiserer flere bakterielle rekker tiaminmonofosfat, spesielt, Bacteroidetes og Fusobacteria.

Eksterne faktorer, som et mangelfullt kosthold eller langvarig bruk av medisiner, kan endre populasjonen av disse produserende bakteriene og dermed redusere nivåene av tilgjengelig tiamin. Denne mangelen påvirker ikke bare energiproduksjonen i tykktarmen vår, men forstyrrer overlevelsen til gunstige bakterier som er avhengige av denne forsyningen, og bryter dermed økosystemets balanse.

På cellenivå er tiamin en uunnværlig kofaktor for kritiske enzymer som deltar i karbohydratmetabolismen og energiproduksjonen (ATP), som pyruvatdehydrogenase. Konstant biosyntese fra vår mikrobiota sikrer en direkte forsyning i tykktarmen. Der absorberes det effektivt av kolonocytter gjennom spesifikke membrantransportører (som THTR-1 og THTR-2) for å dekke deres høye energibehov.

Imidlertid strekker virkningen av dette vitaminet seg langt utover å nære cellene våre. Lokalt tiamin er avgjørende for at andre gunstige tarmbakterier (som Faecalibacterium) kan produsere kortkjedede fettsyrer (SCFA), spesielt butyrat. Denne forbindelsen er en av de største beskytterne av tarmen: den reduserer betennelse og styrker slimbarrieren.

Evalueringen av de novo-biosyntesen av tiamin utføres ved hjelp av Shotgun metagenomsekvensering, hvor det globale genetiske potensialet til den metabolske veien i tarmøkosystemet ditt kvantifiseres. Vår bioinformatiske algoritme sporer og kartlegger overfloden av gener og operoner som utgjør superveien for biosyntese av tiaminpyrofosfat. Potensialet for genuttrykk av nøkkel- og begrensende gener som thiC (syntase for pyrimidin-fraksjon) og thiG (syntase for tiazol-fraksjon), samt thiD og thiE, blir spesifikt søkt etter.

På økologisk nivå er de novo-syntesen av B1 en dyr metabolsk "luksus". Arter som er i stand til å utføre denne fullstendige prosessen tilhører hovedsakelig filum Bacteroidetes (f.eks. Bacteroides fragilis, Prevotella copri) og visse Proteobacteria og Fusobacteria. Det store flertallet av bakterier i filum Firmicutes mangler denne komplette maskineriet.

En høy kapasitet reflekterer et robust og samarbeidende trofisk nettverk. Økosystemet er selvforsynt med energi og forhindrer kollaps av auxotrofe bakterier som produserer kortkjedede fettsyrer. Imidlertid indikerer en lav kapasitet økologisk sårbarhet ("metabolsk skjørhet"). Økosystemet er kritisk avhengig av kosttilskudd av tiamin. Intervensjon: Den kliniske strategien krever optimalisering av kostholdet (ved å øke inntaket av solsikkefrø, macadamianøtter, belgfrukter) og vurdering av oral tilskudd av Vitamin B1 (f.eks. Benfotiamin) for å sikre at verken verten eller de gunstige bakteriene kommer i energimangel, med støtte av prebiotika for å stimulere filum Bacteroidetes.