Vitamin B1 (Tiamin)

Biosyntesvägen för vitamin B1 eller tiamin är en metabolisk process genom vilken vissa bakterier i tarmmikrobiomet producerar tiamin, ett mikronäringsämne som är viktigt för cellernas energimetabolism. Detta vitamin av mikrobiellt ursprung kan absorberas direkt av värden på kolonnivå. Dessutom kan förlust av denna syntesförmåga av mikrobiellt ursprung påverka mikrobiomet.

Vissa bakterier i vår tarm kan syntetisera vitamin B1 (tiamin) från grunden. Denna process sker genom två oberoende vägar som genererar prekursor­molekyler (kallade HET-P och HMP-PP). Dessa grenar konvergerar i ett sista steg, där specifika enzymer kombinerar dem för att ge den funktionella formen av vitaminet (tiamin­monofosfat). Med undantag för Firmicutes syntetiserar flera bakteriella fyla tiamin­monofosfat, särskilt, Bacteroidetes och Fusobacteria.

Externa faktorer, såsom en bristfällig kost eller långvarig användning av läkemedel, kan störa populationen av dessa producerande bakterier och därmed minska nivåerna av tillgängligt tiamin. Denna brist påverkar inte bara energiproduktionen i vår tjocktarm, utan förändrar överlevnaden för de gynnsamma bakterier som är beroende av denna tillgång, och bryter därmed ekosystemets balans.

På cellnivå är tiamin en oumbärlig kofaktor för kritiska enzymer som deltar i kolhydratmetabolismen och energiproduktionen (ATP), såsom pyruvatdehydrogenas. Kontinuerlig biosyntes av vår mikrobiota säkerställer en direkt tillförsel i tjocktarmen. Där absorberas den effektivt av colonocyter via specifika membrantransportörer (som THTR-1 och THTR-2) för att möta deras höga energibehov.

Dock sträcker sig denna vitamins inverkan långt utöver att ge näring åt våra celler. Lokalt tiamin är avgörande för att andra gynnsamma tarmbakterier (som Faecalibacterium) ska kunna producera kortkedjiga fettsyror (SCFA), särskilt smörsyra. Denna förening är en av de största beskyddarna av tarmen: den minskar inflammation och stärker slembarriären.

Utvärderingen av de novo-biosyntesen av tiamin sker genom Shotgun metagenomsekvensering, vilket kvantifierar den totala genetiska potentialen för den metaboliska vägen i ditt tarmekosystem. Vår bioinformatiska algoritm spårar och kartlägger förekomsten av gener och operoner som utgör supervägen för biosyntesen av tiaminpyrofosfat. Specifikt söker vi den potentiella uttrycket av nyckelgener och begränsande gener som thiC (syntas för pyrimidinfragmentet) och thiG (syntas för tiazolfragmentet), liksom thiD och thiE.

På ekologisk nivå är de novo-syntesen av B1 en dyr metabolisk "lyx". Arter som kan utföra denna fullständiga process tillhör främst fylumet Bacteroidetes (t.ex. Bacteroides fragilis, Prevotella copri) och vissa Proteobakterier och Fusobakterier. Den allra största delen av bakterierna i fylumet Firmicutes saknar denna fullständiga maskineri.

En hög kapacitet återspeglar ett robust och samarbetande nättrofiskt nätverk. Ekosystemet är självförsörjande på energi och förhindrar kollaps av auxotrofa bakterier som producerar kortkedjiga fettsyror. En låg kapacitet varnar dock för ekologisk sårbarhet ("metabolisk skörhet"). Ekosystemet är kritiskt beroende av kostintaget av tiamin. Intervention: Den kliniska strategin kräver optimering av kosten (genom att öka intaget av solrosfrön, macadamianötter, baljväxter) och utvärdering av oral tillskottsbehandling med vitamin B1 (t.ex. benfotiamin) för att säkerställa att varken värden eller gynnsamma bakterier hamnar i energibrist, med stöd av prebiotika för att stimulera fylumet Bacteroidetes.