Informatie

5: Metabole activiteiten van bacteriën - Biologie


5: Metabolische activiteiten van bacteriën

Systeembiologie van melkzuurbacteriën: voor voedsel en gedachten

Melkzuurbacteriën (LAB) zijn kampioenen in voedselrijke omgevingen zoals voedingsmiddelen.

Hun aanpassingen roepen inspirerende vragen op voor de systeembiologie.

Voedingsrijke omgevingen introduceren auxotrofeeën, maar hoe en waarom is nog niet volledig begrepen.

De dynamiek en diversiteit van ecosystemen zijn de sleutel tot toepassing, maar worden slecht begrepen.

Lactaat als overloopproduct heeft nog steeds goede mechanistische en evolutionaire verklaringen nodig.


Systeembiologie van bacteriële stikstoffixatie: high-throughput-technologie en de integratieve beschrijving ervan met op beperkingen gebaseerde modellering

Achtergrond: Bacteriële stikstoffixatie is het biologische proces waarbij stikstof uit de lucht wordt opgenomen door bacteriën die zich in wortelknollen van planten bevinden en wordt omgezet in ammonium door de enzymatische activiteit van stikstofase. In de praktijk dient dit biologische proces als een natuurlijke vorm van bemesting en de optimalisatie ervan heeft belangrijke implicaties voor duurzame landbouwprogramma's. Momenteel levert de komst van high-throughput-technologie waardevolle gegevens op die bijdragen aan het begrijpen van de metabole activiteit tijdens bacteriële stikstoffixatie. Deze onderneming is niet triviaal, en de ontwikkeling van computationele methoden die nuttig zijn bij het bereiken van een integrerend, beschrijvend en voorspellend raamwerk is een cruciale kwestie voor het decoderen van de principes die de metabolische activiteit van dit biologische proces reguleren.

Resultaten: In dit werk presenteren we een systeembiologische beschrijving van de metabolische activiteit in bacteriële stikstoffixatie. Dit werd bereikt door een integratieve analyse met high-throughput-gegevens en op beperkingen gebaseerde modellering om de metabole activiteit in Rhizobium etli-bacteroïden te karakteriseren die zich in de wortelknobbeltjes van Phaseolus vulgaris (bonenplant) bevinden. Proteoom- en transcriptoomtechnologieën brachten ons ertoe 415 eiwitten en 689 opwaarts gereguleerde genen te identificeren die dit biologische proces orkestreren. Rekening houdend met deze gegevens, hebben we: 1) de metabole reconstructie die is gerapporteerd voor R. etli uitgebreid, 2) de metabolische activiteit gesimuleerd tijdens symbiotische stikstoffixatie en 3) de in silico-resultaten geëvalueerd in termen van bacteriefenotype. Met name op constraints gebaseerde modellering simuleerde stikstoffixatie-activiteit op een zodanige manier dat 76,83% van de enzymen en 69,48% van de genen experimenteel gerechtvaardigd waren. Ten slotte werd, om de voorspellende reikwijdte van het rekenmodel verder te beoordelen, gendeletie-analyse uitgevoerd op negen metabole enzymen. Ons model concludeerde dat een veranderde metabole activiteit op deze enzymen verschillende effecten in stikstoffixatie induceerde, allemaal in kwalitatieve overeenstemming met waarnemingen gedaan in R. etli en andere Rhizobiaceas.

conclusies: In dit werk presenteren we een studie op genoomschaal van de metabole activiteit in bacteriële stikstoffixatie. Deze benadering brengt ons ertoe een rekenmodel te construeren dat dient als een gids voor 1) het integreren van high-throughput-gegevens, 2) het beschrijven en voorspellen van metabolische activiteit, en 3) het ontwerpen van experimenten om de genotype-fenotype-relatie in bacteriële stikstoffixatie te onderzoeken.


Effecten van antibiotica op de samenstelling van bacteriesoorten en metabolische activiteiten in chemostaten die gedefinieerde populaties van menselijke darmmicro-organismen bevatten

De samenstelling en metabolische activiteiten van de menselijke darmmicrobiota worden gemoduleerd door een aantal externe factoren, waaronder dieet- en antibioticatherapie. Veranderingen in de structuur en het metabolisme van de darmmicrobiota kunnen op lange termijn gevolgen hebben voor de gezondheid van de gastheer. De dikke darm herbergt een complex microbieel ecosysteem dat honderden verschillende bacteriesoorten omvat, wat onderzoek naar darmfysiologie en -ecologie bemoeilijkt. Om dergelijke studies te vergemakkelijken, werd een sterk vereenvoudigde microbiota bestaande uit 14 anaërobe en facultatief anaërobe organismen (Bacteroides thetaiotaomicron, Bacteroides vulgatus, Bifidobacterium longum, Bifidobacterium infantis, Bifidobacterium pseudolongum, Bifidobacterium adolescentis, Clostridium butyricum, C. perfringenans, C. in bicufermentums, C. , Escherichia coli, Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, Lactobacillus acidophilus) werd in dit onderzoek gebruikt. Ampicilline [9,2 g (ml kweek)(-1)] werd toegevoegd aan twee chemostaten die werkten met verschillende verdunningssnelheden (D 0,10 h(-1) en 0,21 h(-1)), en metronidazol [76,9 μg (ml kweek)( -1)] werd toegevoegd aan een derde vat (D = 0,21 h(-1)). Verstoringen in de bacteriële fysiologie en het metabolisme werden bemonsterd over een periode van 48 uur. Lactobacillus acidophilus en C. bifermentans populaties vestigden zich niet in de fermentoren onder de opgelegde groeiomstandigheden. Ampicilline resulteerde bij beide verdunningssnelheden in substantiële reducties in bacteroides- en C. perfringens-populaties. Metronidazol had een sterke invloed op de bacteroides-gemeenschappen, maar had geen effect op de bifidobacteriële gemeenschappen. Het bacteriostatische effect van ampicilline op bifidobacteriële soorten was afhankelijk van de groeisnelheid. Verschillende metabole activiteiten werden beïnvloed door toevoeging van antibiotica, waaronder de vorming van fermentatieproducten en enzymsynthese. De groei van antibioticaresistente bifidobacteriën in de dikke darm kan hen in staat stellen ecologische niches te bezetten die na toediening van antibiotica vrij zijn gebleven, waardoor kolonisatie door pathogene soorten wordt voorkomen.

Figuren

Effecten van antibiotica op populaties...

Effecten van antibiotica op populaties van bifidobacteriën die in continue cultuur worden gekweekt. (A) Ampicilline...

Effecten van antibiotica op populaties...

Effecten van antibiotica op populaties van in continue kweek gekweekte bacteroides. (A) Ampicilline...

Effecten van antibiotica op Clostridium...

Effecten van antibiotica op Clostridium-populaties gekweekt in continue cultuur. (A) Ampicilline-toevoeging...

Effecten van antibiotica op populaties...

Effecten van antibiotica op populaties van facultatief anaërobe bacteriën gekweekt in continue kweek.…


5: Metabole activiteiten van bacteriën - Biologie

Regulering en controle van het metabolisme in bacteriën (pagina 1)

Bacteriële aanpassing aan de voedings- en fysieke omgeving

In tegenstelling tot plantaardige en dierlijke cellen worden de meeste bacteriën blootgesteld aan een constant veranderende fysieke en chemische omgeving. Binnen bepaalde grenzen kunnen bacteriën reageren op veranderingen in hun omgeving door veranderingen in patronen van structurele eiwitten, transporteiwitten, toxines, enzymen, enz., die ze aanpassen aan een bepaalde ecologische situatie. Bijvoorbeeld, E coli produceert geen fimbriae voor kolonisatiedoeleinden wanneer ze in een planktonische (vrij zwevende of zwemmende) omgeving leven. Vibrio cholerae produceert niet het choleratoxine dat diarree veroorzaakt, tenzij het zich in het menselijke darmkanaal bevindt. Bacillus subtilis maakt de enzymen voor de biosynthese van tryptofaan niet aan als het reeds bestaande tryptofaan in zijn omgeving kan vinden. Indien E coli glucose en lactose samen krijgt, zal het eerst de glucose gebruiken omdat er twee enzymen minder nodig zijn om glucose te gebruiken dan om lactose te gebruiken. de bacterie Neisseria gonorrhoeae zal een geavanceerd ijzerverzamel- en transportsysteem ontwikkelen als het merkt dat er in zijn omgeving een tekort aan ijzer is.

Bacteriën hebben geavanceerde mechanismen ontwikkeld voor de regulatie van zowel katabole als anabole routes. Over het algemeen synthetiseren bacteriën geen afbrekende (katabole) enzymen tenzij de substraten voor deze enzymen in hun omgeving aanwezig zijn. De synthese van enzymen die lactose afbreken zou bijvoorbeeld verspillend zijn, tenzij het substraat voor deze enzymen (lactose) in het milieu beschikbaar is. Evenzo hebben bacteriën verschillende mechanismen ontwikkeld voor de controle van biosynthetische (anabole) routes. Bacteriële cellen sluiten biosynthetische routes af wanneer het eindproduct van de route niet nodig is of gemakkelijk wordt verkregen door opname uit de omgeving. Als een bacterie bijvoorbeeld een voorgevormd aminozuur zoals tryptofaan in zijn omgeving zou kunnen vinden, zou het logisch zijn om zijn eigen pad van tryptofaanbiosynthese af te sluiten en daardoor energie te besparen. In het echte bacteriële leven moeten de controlemechanismen voor al deze metabole routes echter omkeerbaar zijn, aangezien de omgeving snel en drastisch kan veranderen.

Enkele van de algemene mechanismen waarmee bacteriële cellen hun metabolische activiteiten reguleren en controleren, worden in dit hoofdstuk besproken. Het is belangrijk dat de lezer zich realiseert dat de meeste van deze mechanismen zijn waargenomen of beschreven in de bacterie, Escherichia coli, en ze zijn meestal niet getest en het is niet bewezen dat ze in veel andere bacteriën of prokaryoten voorkomen (hoewel ze vaak worden gevonden wanneer ze worden gezocht). De oplettende lezer zal begrijpen dat de oorsprong van de moderne wetenschap van de moleculaire biologie te vinden is in de experimenten die deze regulerende processen verklaarden in E coli.

Omstandigheden die de vorming van enzymen in bacteriën beïnvloeden

Zoals hierboven vermeld, kunnen bacteriële cellen patronen van enzymen veranderen om ze aan te passen aan hun specifieke omgeving. Vaak hangt de concentratie van een enzym in een bacteriecel af van de aanwezigheid van het substraat voor het enzym. Constitutieve enzymen worden altijd door cellen geproduceerd, onafhankelijk van de samenstelling van het medium waarin de cellen worden gekweekt. De enzymen die werken tijdens de glycolyse en de TCA-cyclus zijn over het algemeen constitutief: ze zijn te allen tijde in min of meer dezelfde concentratie in cellen aanwezig. Induceerbare enzymen worden geproduceerd ("aangezet") in cellen als reactie op een bepaald substraat, ze worden alleen geproduceerd wanneer dat nodig is. Tijdens het inductieproces roept het substraat, of een verbinding die qua structuur vergelijkbaar is met het substraat, de vorming van het enzym op en wordt soms een inductor. EEN onderdrukbaar enzym is er een waarvan de synthese wordt gedownreguleerd of "uitgeschakeld" door de aanwezigheid van (bijvoorbeeld) het eindproduct van een route waaraan het enzym normaal deelneemt. In dit geval wordt het eindproduct een corepressor van het enzym.

Regulering van enzymreacties

Niet alle enzymatische reacties komen in dezelfde mate voor in een cel. Sommige stoffen zijn in grote hoeveelheden nodig en de reacties die bij hun synthese betrokken zijn, moeten daarom in grote hoeveelheden plaatsvinden. Andere stoffen zijn in kleine hoeveelheden nodig en de overeenkomstige reacties die bij hun synthese betrokken zijn, hoeven slechts in kleine hoeveelheden plaats te vinden.

In bacteriële cellen kunnen enzymatische reacties worden gereguleerd door twee niet-verwante modi: (1) controle of regulering van enzymactiviteit (feedback remming of eindproductremming), die voornamelijk werkt om biosynthetische routes te reguleren en (2) controle of regulering van enzymsynthese, inclusief onderdrukking van eindproducten, die functioneert bij de regulatie van biosynthetische routes, en enzym inductie en kataboliet repressie, die voornamelijk degradatieroutes reguleren. Het proces van feedbackremming reguleert de activiteit van reeds bestaande enzymen in de cellen. De processen van eindproductrepressie, enzyminductie en katabolietrepressie zijn betrokken bij de controle van de synthese van enzymen. De processen die de synthese van enzymen reguleren, kunnen een vorm van positieve controle of negatieve controle zijn. Eindproductrepressie en enzyminductie zijn mechanismen van negatieve controle omdat ze leiden tot een afname van de transcriptiesnelheid van eiwitten. Katabolietrepressie wordt beschouwd als een vorm van positieve controle omdat het invloed heeft op een toename van transcriptiesnelheden van eiwitten.

Tabel 1. Punten voor regulering van verschillende metabole processen. Bacteriën oefenen controle uit over hun metabolisme in elk mogelijk stadium, beginnend op het niveau van het gen dat codeert voor een eiwit en eindigend met wijziging of modificaties in het eiwit nadat het is geproduceerd. Variatie in genstructuur kan bijvoorbeeld de activiteit of productie van een eiwit variëren, net zoals modificaties van een eiwit nadat het is geproduceerd de activiteit ervan kunnen veranderen of veranderen. Een van de belangrijkste plaatsen voor de controle van het metabolisme op genetisch niveau is de regulering van de transcriptie. Op dit niveau heeft een regulerend eiwit bij positieve controlemechanismen (bijv. katabolietrepressie) het effect om de transcriptiesnelheid van een gen te verhogen, terwijl bij negatieve controlemechanismen (bijv. enzyminductie of eindproductonderdrukking), een regulerend eiwit de effect om de snelheid van transcriptie van een gen te verlagen. Soms lijkt deze nomenclatuur contra-intuïtief, maar moleculair biologen hebben ons eraan vastgehouden.

Hoewel er voorbeelden zijn van regulerende processen die plaatsvinden in alle stadia van de moleculaire biologie van bacteriële cellen (zie tabel 1 hierboven), liggen de meest voorkomende regulatiepunten op het niveau van transcriptie (bijv. enzyminductie en enzymrepressie) en het veranderen van de activiteit van reeds bestaande eiwitten. Op hun beurt worden deze controleniveaus gewoonlijk gemoduleerd door eiwitten met de eigenschap allosterie.

Een allosterisch eiwit is er een die een heeft actieve (katalytische) site en een allosterische (effector) site. In een allosterisch enzym bindt de actieve plaats aan het substraat van het enzym en zet het om in een product. De allosterische plaats wordt ingenomen door een klein molecuul dat geen substraat is. Wanneer de allosterische plaats echter wordt ingenomen door het effectormolecuul, wordt de configuratie van de actieve plaats gewijzigd, zodat deze nu niet in staat is het substraat te herkennen en eraan te binden (Figuur 1). Als het eiwit een enzym is, is het enzym, wanneer de allosterische plaats bezet is, inactief, d.w.z. het effectormolecuul vermindert de activiteit van het enzym. Er is echter een alternatieve situatie. Het effectormolecuul van bepaalde allosterische enzymen bindt aan zijn allosterische plaats en transformeert het enzym bijgevolg van een inactieve naar een actieve toestand (Figuur 2). Sommige allosterische enzymen met meerdere componenten hebben verschillende plaatsen die worden ingenomen door verschillende effectormoleculen die de enzymactiviteit moduleren over een reeks van omstandigheden.

Figuur 1. Voorbeeld van een allosterisch enzym met een negatieve effectorplaats. Wanneer het effectormolecuul bindt aan de allosterische plaats, worden substraatbinding en katalytische activiteit van het enzym geïnactiveerd. Wanneer de effector wordt losgemaakt van de allosterische plaats, is het enzym actief.


Figuur 2. Voorbeeld van een allosterisch enzym met een positieve effectorplaats. Het effectormolecuul bindt aan de allosterische plaats, wat resulteert in een wijziging van de actieve plaats die substraatbinding en katalytische activiteit stimuleert.

Sommige allostere eiwitten zijn geen enzymen, maar hebben niettemin een actieve site en een allosterische site. De regulerende eiwitten die metabole routes regelen, waaronder onderdrukking van eindproducten, enzyminductie en katabolietrepressie, zijn allosterische eiwitten. In hun geval is de actieve site is een DNA-bindingsplaats, die, wanneer actief, bindt aan een specifieke sequentie van DNA, en die, wanneer inactief, niet bindt aan DNA. Het allosterische of effectormolecuul is een klein molecuul dat de allosterische plaats kan bezetten en de actieve plaats kan beïnvloeden. In het geval van enzymrepressie kan een positief effectormolecuul (genaamd a corepressor) bindt aan het allosterische regulerende eiwit en activeert zijn vermogen om aan DNA te binden. In het geval van enzyminductie wordt een negatief effectormolecuul (genaamd an inductor) bindt aan de allosterische plaats, waardoor de actieve plaats van conformatie verandert, waardoor het eiwit wordt losgemaakt van zijn DNA-bindingsplaats.


Toepassingen van CRISPR/Cas-systeem op bacteriële metabolische engineering

Het geclusterde, regelmatig gespreide korte palindroomherhalingen/CRISPR-geassocieerde (CRISPR/Cas) adaptieve immuunsysteem is uitgebreid gebruikt voor genbewerking, inclusief gendeletie, insertie en vervanging in bacteriële en eukaryote cellen vanwege zijn eenvoudige, snelle en efficiënte activiteiten in ongekende resolutie. Bovendien is het CRISPR-interferentie (CRISPRi) -systeem inclusief gedeactiveerde Cas9 (dCas9) met geïnactiveerde endonuclease-activiteit verder onderzocht voor de regulatie van het doelgen tijdelijk of constitutief, waarbij celdood door verstoring van het genoom wordt vermeden. Deze review bespreekt de toepassingen van CRISPR/Cas voor genome editing in verschillende bacteriële systemen en hun toepassingen. In het bijzonder is CRISPR-technologie gebruikt voor de productie van metabolieten van hoge industriële betekenis, waaronder biochemische producten, biobrandstoffen en farmaceutische producten/precursoren in bacteriën. Hier richten we ons op methoden om de productiviteit en opbrengst / titerscan te verhogen door de metabole flux te beheersen door individueel of combinatorisch gebruik van CRISPR / Cas- en CRISPRi-systemen met introductie van een synthetische route in industrieel veel voorkomende bacteriën, waaronder Escherichia coli. Verder bespreken we aanvullende nuttige toepassingen van het CRISPR/Cas-systeem, inclusief het gebruik ervan in functionele genomica.

trefwoorden: CRISPR/Cas CRISPRa CRISPRi genregulatie genoombewerking metabolic engineering.

Belangenconflict verklaring

De auteurs verklaren geen belangenverstrengeling.

Figuren

De CRISPR, CRISPRi en CRISPRa…

De CRISPR-, CRISPRi- en CRISPRa-systemen. ( EEN ) CRISPR/Cas-systeem bestaat uit…

Een metabolische engineeringstrategie voor ...

Een strategie voor metabolische engineering voor de productie van GABA in wildtype C. glutamicum . (…

Regulatie van de biosynthetische route van actinorhodine ...

Regulering van de biosynthetische route van actinorhodine in S. coelicolor A3. De organisatie van de…

Identificatie van nieuwe metabolieten door…

Identificatie van nieuwe metabolieten door het inbrengen van een synthetische promotor in de stroomopwaartse van ...

Voor high-yield pinosylvine synthese, drie…

Voor high-yield pinosylvine-synthese worden drie verschillende modules geselecteerd en omgeleid. Genen geselecteerd...


Licht en primaire productievorm Bacteriële activiteit en gemeenschapssamenstelling van aerobe anoxygene fototrofe bacteriën in een microkosmos-experiment

Fytoplankton is een belangrijk onderdeel van aquatische microbiële gemeenschappen, en metabole koppeling tussen fytoplankton en bacteriën bepaalt het lot van opgeloste organische koolstof (DOC). Toch blijft de impact van primaire productie op bacteriële activiteit en gemeenschapssamenstelling grotendeels onbekend, zoals bijvoorbeeld in het geval van aerobe anoxygene fototrofe (AAP) bacteriën die zowel van fytoplankton afgeleid DOC als licht als energiebronnen gebruiken. Hier hebben we onderzocht hoe vermindering van primaire productie in een natuurlijke zoetwatergemeenschap de samenstelling en activiteit van de bacteriële gemeenschap beïnvloedt, waarbij we ons voornamelijk richten op AAP-bacteriën. De bacteriële ademhalingssnelheid was het laagst wanneer de fotosynthese werd verminderd door directe remming van fotosysteem II en het hoogst bij omgevingslicht zonder fotosyntheseremming, wat suggereert dat het werd beperkt door de beschikbaarheid van koolstof. De bacteriële assimilatiesnelheden van leucine en glucose werden echter niet beïnvloed, wat aangeeft dat een verhoogde bacteriële groei-efficiëntie (bijv. Door fotoheterotrofie) kan helpen om de algehele bacteriële productie te behouden wanneer een lage primaire productie de DOC-beschikbaarheid beperkt. De samenstelling van de bacteriële gemeenschap was nauw verbonden met de lichtintensiteit, voornamelijk vanwege de verhoogde relatieve overvloed aan lichtafhankelijke AAP-bacteriën. Dit idee laat zien dat veranderingen in de samenstelling van de bacteriële gemeenschap niet noodzakelijkerwijs worden weerspiegeld door veranderingen in de productie of groei van bacteriën en vice versa. Bovendien hebben we voor het eerst aangetoond dat licht de samenstelling van de bacteriële gemeenschap rechtstreeks kan beïnvloeden, een onderwerp dat is verwaarloosd in studies naar interacties tussen fytoplankton en bacteriën.BELANG Metabolische koppeling tussen fytoplankton en bacteriën bepaalt het lot van opgeloste organische koolstof in aquatische omgevingen, en toch blijft de manier waarop veranderingen in de snelheid van primaire productie de bacteriële activiteit en de samenstelling van de gemeenschap beïnvloeden, onderbelicht. Hier hebben we de primaire productie experimenteel beperkt door de lichtintensiteit te verlagen of door een fotosyntheseremmer toe te voegen. De geïnduceerde afname had een grotere invloed op de bacteriële ademhaling dan op de bacteriële productie en groeisnelheid, vooral bij een optimale lichtintensiteit. Dit suggereert dat veranderingen in de primaire productie de bacteriële activiteit aansturen, maar het effect op de koolstofstroom kan worden verzacht door verhoogde bacteriegroei-efficiëntie, vooral van lichtafhankelijke AAP-bacteriën. Bacteriële activiteiten waren onafhankelijk van veranderingen in de samenstelling van de bacteriële gemeenschap, die werden aangedreven door de beschikbaarheid van licht en AAP-bacteriën. Dit directe effect van licht op de samenstelling van bacteriële gemeenschappen is niet eerder gedocumenteerd.

trefwoorden: AAP-gemeenschapssamenstelling aërobe anoxygene fototrofe bacteriën bacteriële gemeenschapssamenstelling fytoplankton-bacteriënkoppeling.

Copyright © 2020 Piwosz et al.

Figuren

Fytoplankton-activiteit en -dynamiek in ...

Fytoplanktonactiviteit en dynamiek in de experimentele behandelingen. (A) Snelheid van CO 2…

Bacteriële activiteit en dynamiek in…

Bacteriële activiteit en dynamiek in de experimentele behandelingen. (A) Overvloed van alle bacteriën...

Redundantieanalyse (RDA) correlatiebiplot…

Redundantieanalyse (RDA) correlatiebiplot met behulp van de biotische factoren als responsvariabelen (blauw...

Veranderingen in de totale bacteriële gemeenschappen...

Veranderingen in totale bacteriële gemeenschappen tijdens het experiment op basis van het 16S-rRNA ...

Veranderingen in AAP-bacteriële gemeenschappen...

Veranderingen in AAP-bacteriële gemeenschappen tijdens het experiment op basis van de pufM versterkers.…


Het metabolisme van geneesmiddelen in het menselijk microbioom in kaart brengen door darmbacteriën en hun genen

Individuen verschillen sterk in hun reacties op geneesmiddelen, die gevaarlijk en duur kunnen zijn vanwege vertragingen in de behandeling en bijwerkingen. Hoewel toenemend bewijs het darmmicrobioom in deze variabiliteit betrekt, blijven de betrokken moleculaire mechanismen grotendeels onbekend. Hier laten we zien, door het vermogen te meten van 76 menselijke darmbacteriën uit verschillende clades om 271 oraal toegediende geneesmiddelen te metaboliseren, dat veel geneesmiddelen chemisch worden gemodificeerd door micro-organismen. We combineerden genetische analyses met hoge doorvoer met massaspectrometrie om systematisch microbiële genproducten te identificeren die geneesmiddelen metaboliseren. Deze door het microbioom gecodeerde enzymen kunnen het intestinale en systemische geneesmiddelmetabolisme bij muizen direct en substantieel beïnvloeden en kunnen de geneesmiddelmetaboliserende activiteiten van menselijke darmbacteriën en gemeenschappen verklaren op basis van hun genomische inhoud. Deze causale verbanden tussen de geninhoud en metabole activiteiten van de microbiota verbinden interpersoonlijke variabiliteit in microbiomen met interpersoonlijke verschillen in het metabolisme van geneesmiddelen, wat gevolgen heeft voor medische therapie en geneesmiddelontwikkeling bij meerdere ziekte-indicaties.

Figuren

Uitgebreide gegevens Afbeelding 1.. Opstelling van medicijn...

Uitgebreide gegevens Afbeelding 1.. Opstelling van medicijntest, karakterisering van geteste medicijnen en samenvatting van...

Uitgebreide gegevens Figuur 2.. Metabolisme van geneesmiddelen...

Uitgebreide gegevens Figuur 2.. Metabolisme van geneesmiddelen waarvan eerder werd gemeld dat ze worden getransformeerd door bacteriën en...

Uitgebreide gegevens Figuur 3.. Hiërarchische clustering van…

Uitgebreide gegevens Figuur 3.. Hiërarchische clustering van bacteriestammen/soorten en geneesmiddelen volgens microbieel geneesmiddel...

Uitgebreide gegevens Afbeelding 4.. Structurele kenmerken van geneesmiddelen...

Uitgebreide gegevens Figuur 4.. Structurele eigenschappen van geneesmiddelen gericht op biotransformatie en microbioommetabolisme van dexamethason.

Uitgebreide gegevens Afbeelding 5. Microbieel metabolisme van corticosteroïden...

Uitgebreide gegevens Afbeelding 5. Microbieel metabolisme van corticosteroïden in vivo en in menselijke darmgemeenschappen.

Uitgebreide gegevens Afbeelding 6.. Gain-of-function-benadering van...

Uitgebreide gegevens Figuur 6.. Gain-of-function-benadering om microbiële geneesmiddelmetaboliserende genproducten te identificeren: B. thetaiotaomicron diltiazem…

Uitgebreide gegevens Afbeelding 7.. In vivo diltiazem…

Uitgebreide gegevens Afbeelding 7.. In vivo diltiazemmetabolisme en tandemmassaspectrometrie om metaboliet te valideren...

Uitgebreide gegevens Afbeelding 8.. in vivo afhankelijk van bt4096...

Uitgebreide gegevens Figuur 8.. bt4096-afhankelijk in vivo diltiazemmetabolisme.

Uitgebreide gegevens Afbeelding 9.. Validatie van geïdentificeerde...

Uitgebreide gegevens Figuur 9.. Validatie van geïdentificeerde genproducten die geneesmiddelen metaboliseren.

Uitgebreide gegevens Afbeelding 10.. Geïdentificeerd geneesmiddel-metaboliserend gen...

Uitgebreide gegevens Figuur 10.. Geïdentificeerde geneesmiddelmetaboliserende genproducten verklaren het waargenomen geneesmiddelmetabolisme van darmbacteriën.

37.000 klonen. B, Netwerk van enzym-substraat-product geneesmiddel metabolische interacties voor B. dorei en C. luchtvaart. Elke knoop vertegenwoordigt een enzym (rechthoeken), een medicijnsubstraat (zeshoeken) of een metabolietproduct (cirkels), en elke rand vertegenwoordigt een gevalideerde metabole interactie (gerichte klonering van het gen in E coli resulteert in het metabolisme van een bepaald geneesmiddel of de productie van een specifieke geneesmiddelmetaboliet). C, Vergelijking tussen maximale BD03091 en CA01707 identiteit van een bepaalde bacteriestam en het metabolisme van respectievelijk norethindronacetaat en tinidazol. NS, e, Wederzijdse BLAST-analyse van geïdentificeerde geneesmiddelmetaboliserende eiwitten. Lijnbreedte geeft het % van lengte (d) en identiteit (e) van onderlinge uitlijning van de eiwitsequentie weer. e, Specifieke snelheden van het geneesmiddelmetabolisme van 67 darmbacteriën met genoomsequentie en aanwezigheid van homologen met respectieve genproducten die geneesmiddelen metaboliseren. Met name roxatidineacetaat, famciclovir, diacetamaat en diltiazem (Fig. 5b) ondergaan allemaal dezelfde chemische transformatie (deacetylering), maar verschillende sets van genproducten verklaren hun microbiële metabolisme. Staven en foutbalken vertegenwoordigen het gemiddelde en de STD van n=4 testreplica's. Afkortingen van genlocustags: BD: BACDOR CA: COLAER.

Uitgebreide gegevens Afbeelding 11.. Geïdentificeerd geneesmiddel-metaboliserend gen...

Uitgebreide gegevens Figuur 11.. Geïdentificeerde geneesmiddelmetaboliserende genproducten verklaren waargenomen geneesmiddelmetabolisme van bacteriële darm ...

Fig. 1.. Geneesmiddelmetaboliserende activiteiten van de menselijke darm...

Fig. 1.. Geneesmiddelmetaboliserende activiteiten van menselijke darmbacteriën.

Fig. 2.. Van bacteriën afgeleide geneesmiddelmetabolieten.

Fig. 2.. Van bacteriën afgeleide geneesmiddelmetabolieten.

Fig. 3.. Identificatie en in vivo karakterisering...

Fig. 3.. Identificatie en in vivo karakterisering van microbiële geneesmiddelmetaboliserende genproducten: B. thetaiotaomicron diltiazem…

Fig. 4.. Genoombrede identificatie van geneesmiddelmetaboliserende genen...

Fig. 4.. Genoombrede identificatie van geneesmiddelmetaboliserende genproducten in B. thetaiotaomicron.

Fig. 5.. Door het microbioom gecodeerde genproducten die geneesmiddelen metaboliseren verklaren...

Fig. 5.. Door het microbioom gecodeerde geneesmiddelmetaboliserende genproducten verklaren het geneesmiddelmetabolisme van darmbacteriestammen en -gemeenschappen.


5: Metabole activiteiten van bacteriën - Biologie

Om recombinante organismen te commercialiseren voor hernieuwbare chemische productie, is het essentieel om de kosten en baten van metabole belasting te karakteriseren met behulp van metabole fluxanalyse-instrumenten.

Modellering op genoomschaal kan 13C-fluxome-informatie en machine learning bevatten om de metabole belasting van synthetische biologiemodules te voorspellen.

Gemodulariseerde expressie van natieve of recombinante routes met behulp van een verscheidenheid aan experimentele hulpmiddelen voor het beheersen van expressie kan de metabole belasting die door deze routes wordt geïntroduceerd aanzienlijk verminderen.

De ontwikkeling van een standaard publicatiedatabase op het gebied van synthetische biologie kan het gebruik van machinaal leren of kunstmatige intelligentie mogelijk maken om kennis uit het verleden te benutten voor toekomstig rationeel ontwerp.

Er zijn gedetailleerde rekenmethoden ontwikkeld om de synthese van macromoleculen (DNA, RNA, eiwitten) te modelleren om rekening te houden met de onderhoudskosten die gepaard gaan met de basale cellulaire functie.

Dynamische simulaties op systeemniveau en ontwerpalgoritmen kunnen nieuwe benaderingen voor het ontwerpen van microbiële productiestammen informeren.


Bekijk de video: Basisstof 5 Bacteriën en schimmels (November 2021).