Vitamine B1 (Thiamine)

De biosyntheseroute van vitamine B1 of thiamine, is een metabool proces waarbij bepaalde bacteriën van het darmmicrobioom thiamine produceren, een essentiële micronutriënt voor het cel-energiemetabolisme. Deze vitamine van microbiële oorsprong kan direct op colonniveau door de gastheer worden geabsorbeerd. Bovendien kan het microbiële verlies van dit synthesevermogen het microbieel ecosysteem beïnvloeden.

Bepaalde bacteriën in onze darmen zijn in staat om vitamine B1 (thiamine) de novo te synthetiseren. Dit proces verloopt via twee onafhankelijke routes die precursor moleculen genereren (aangeduid als HET-P en HMP-PP). Deze vertakkingen convergeren in een laatste stap, waar specifieke enzymen ze combineren om de functionele vorm van de vitamine (thiamine monofosfaat) te produceren. Met uitzondering van Firmicutes, synthetiseren verschillende bacteriële phyla thiamine monofosfaat, met name, Bacteroidetes en Fusobacteria.

Externe factoren, zoals een ontoereikende voeding of langdurig medicijngebruik, kunnen de populatie van deze producerende bacteriën veranderen en daardoor de beschikbare thiaminegehaltes verminderen. Dit tekort heeft niet alleen invloed op de energieproductie in onze dikke darm, maar verstoort ook de overleving van gunstige bacteriën die afhankelijk zijn van deze aanvoer, waardoor het evenwicht van het ecosysteem wordt verbroken.

Op cellulair niveau is thiamine een onmisbare cofactor voor kritische enzymen die betrokken zijn bij het koolhydraatmetabolisme en de energieproductie (ATP), zoals pyruvaatdehydrogenase. Constante biosynthese door onze microbiota zorgt voor een directe aanvoer in de colon. Daar absorberen colonocyten het efficiënt via specifieke membraantransporteurs (zoals THTR-1 en THTR-2) om aan hun hoge energiebehoefte te voldoen.

De impact van deze vitamine reikt echter veel verder dan het voeden van onze cellen. Lokale thiamine is essentieel voor andere gunstige darmbacteriën (zoals Faecalibacterium) om korteketenvetzuren (SCFA's) te produceren, met name butyraat. Deze verbinding is een van de grootste beschermers van de darm: het vermindert ontstekingen en versterkt de mucosale barrière.

De evaluatie van de de novo biosynthese van thiamine wordt uitgevoerd met behulp van Shotgun metagenomische sequencing, waarbij het wereldwijde genetische potentieel van de metabole route in uw darmecosysteem wordt gekwantificeerd. Ons bio-informatica-algoritme traceert en brengt de overvloed aan genen en operons in kaart die deel uitmaken van de superpathway voor de biosynthese van thiaminepyrofosfaat. Specifiek wordt gezocht naar de potentiële expressie van belangrijke en beperkende genen zoals thiC (synthese van de pyrimidinedeel) en thiG (synthese van de thiazooldeel), evenals thiD en thiE.

Op ecologisch niveau is de de novo synthese van B1 een dure metabole "luxe". Soorten die dit volledige proces kunnen uitvoeren, behoren grotendeels tot de stam Bacteroidetes (bijv. Bacteroides fragilis, Prevotella copri) en bepaalde Proteobacteria en Fusobacteria. De overgrote meerderheid van de bacteriën van de stam Firmicutes mist deze volledige machinerie.

Een hoge capaciteit weerspiegelt een robuust en collaboratief trofisch netwerk. Het ecosysteem is zelfvoorzienend in energie en voorkomt de ineenstorting van auxotrofe bacteriën die vetzuren met een korte keten produceren. Echter, een lage capaciteit waarschuwt voor ecologische kwetsbaarheid ("metabole fragiliteit"). Het ecosysteem is kritisch afhankelijk van de dieetopname van thiamine. Interventie: De klinische strategie vereist het optimaliseren van het dieet (door het verhogen van de consumptie van zonnebloempitten, macadamianoten, peulvruchten) en het overwegen van orale suppletie met Vitamine B1 (bijv. Benfotiamine) om ervoor te zorgen dat noch de gastheer, noch de voordelige bacteriën in energietekort komen, met ondersteuning van prebiotica om de stam Bacteroidetes te stimuleren.