Witamina B1 (Tiamina)

Trasa biosyntezy witaminy B1 lub tiaminy to proces metaboliczny, dzięki któremu niektóre bakterie mikrobiomu jelitowego produkują tiaminę, niezbędny dla metabolizmu energetycznego komórek mikroelement. Ta witamina pochodzenia bakteryjnego może być bezpośrednio wchłaniana przez gospodarza na poziomie okrężnicy. Ponadto utrata przez mikroorganizmy tej zdolności syntezy może wpłynąć na ekosystem mikrobiologiczny.

Niektóre bakterie w naszym jelicie są zdolne do syntezy witaminy B1 (tiaminy) od podstaw. Proces ten odbywa się za pomocą dwóch niezależnych szlaków, które generują cząsteczki prekursorowe (zwane HET-P i HMP-PP). Te gałęzie zbiegają się w ostatnim etapie, gdzie specyficzne enzymy łączą je, tworząc funkcjonalną formę witaminy (monofosforan tiaminy). Z wyjątkiem Firmicutes, kilka filów bakteryjnych syntetyzuje monofosforan tiaminy, w szczególności Bacteroidetes i Fusobacteria.

Czynniki zewnętrzne, takie jak uboga dieta lub długotrwałe stosowanie leków, mogą zaburzyć populację tych produkujących bakterii, a co za tym idzie, obniżyć dostępny poziom tiaminy. Ten niedobór nie tylko wpływa na produkcję energii w naszym jelicie grubym, ale także zaburza przeżycie korzystnych bakterii zależnych od tego zaopatrzenia, zakłócając równowagę ekosystemu.

Na poziomie komórkowym tiamina jest niezbędnym kofaktorem dla kluczowych enzymów biorących udział w metabolizmie węglowodanów i produkcji energii (ATP), takich jak dehydrogenaza pirogronianowa. Stała biosynteza przez nasz mikrobiom zapewnia bezpośrednie dostarczanie do okrężnicy. Tam kolonocyty efektywnie ją wchłaniają przez specyficzne transportery błonowe (takie jak THTR-1 i THTR-2), aby zaspokoić swoje wysokie zapotrzebowanie energetyczne.

Jednak wpływ tej witaminy wykracza daleko poza odżywianie naszych komórek. Lokalna tiamina jest niezbędna do tego, aby inne pożyteczne bakterie jelitowe (takie jak Faecalibacterium) mogły produkować krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA), zwłaszcza maślan. Ten związek jest jednym z największych czynników ochronnych dla jelit: zmniejsza stan zapalny i wzmacnia barierę śluzową.

Ocena biosyntezy de novo tiaminy odbywa się za pomocą sekwencjonowania metagenomicznego Shotgun, kwantyfikując globalny potencjał genetyczny szlaku metabolicznego w Twoim ekosystemie jelitowym. Nasz algorytm bioinformatyczny śledzi i mapuje obfitość genów i operonów tworzących superszlak biosyntezy pirofosforanu tiaminy. Szukamy potencjalnej ekspresji kluczowych i limitujących genów, takich jak thiC (syntaza fragmentu pirymidynowego) i thiG (syntaza fragmentu tiazolowego), a także thiD i thiE.

Na poziomie ekologicznym synteza de novo witaminy B1 jest kosztownym "luksusem" metabolicznym. Gatunki zdolne do przeprowadzenia tego pełnego procesu należą w większości do filum Bacteroidetes (np. Bacteroides fragilis, Prevotella copri) oraz niektórych Proteobacteria i Fusobacteria. Zdecydowana większość bakterii z filum Firmicutes nie posiada tej kompletnej maszynerii.

Wysoka zdolność odzwierciedla silną i współpracującą sieć troficzną. Ekosystem jest samowystarczalny energetycznie i zapobiega załamaniu się bakterii auxotroficznych produkujących krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe. Jednak niska zdolność sygnalizuje podatność ekologiczną ("kruchość metaboliczną"). Ekosystem krytycznie zależy od dostarczanej z dietą tiaminy. Interwencja: Strategia kliniczna wymaga optymalizacji diety (zwiększając spożycie nasion słonecznika, orzechów makadamia, roślin strączkowych) i rozważenia suplementacji doustnej Witaminą B1 (np. Benfotiaminą), aby zapewnić, że ani gospodarz, ani korzystne bakterie nie wejdą w deficyt energetyczny, wspierając prebiotykami w celu stymulacji filum Bacteroidetes.