大家好，本周推薦一篇發表在CELL上的文章，文章的題目是A Metabolic Pathway for Activation of Dietary Glucosinolates by aHuman Gut Symbiont。本文的通訊作者是來自史丹福大學化學工程系的Elizabeth S.Sattely教授。他們實驗室的主要研究方向是植物化學的發現和應用。
我們吃的水果蔬菜中有很多具有藥理作用的次級代謝產物，這些化合物的多樣性超出了我們對其代謝命運理解的想像。很多腸道微生物與許多這樣的過程有關，經過它們的加工，改變了這些物質的反應性，生化功能和上皮細胞吸收的傾向。但是這些生物我們往往只了解它的生物分類，但不知道其遺傳和生化水平的特殊性。例如食用十字花科植物時，產生的異硫氰酸鹽（ITC）被認為可以有效地降低胃腸道癌症，並作為預防該疾病的有效措施。ITC是一類反應性親電物質，它由植物中的硫代葡萄糖苷代謝生成，ITC通常不會積累在十字花科植物中，他們反而會產生惰性硫代葡萄糖苷（GSs）。對於煮熟的這些植物來說只能通過腸道菌群對GS進行代謝，從而產生對人類有利的ITC。目前已經發現這與腸道菌群的代謝能力相關。目前發現可以代謝GS的菌包括乳酸桿菌，雙歧桿菌，擬桿菌菌株（Bt）等。儘管如此，人們還沒有鑑定到代謝這類物質的編碼基因。本篇文章利用全基因組轉座子插入篩選技術，找到了硫代葡萄糖苷代謝的操縱子。
作者選擇擬南芥桿菌（Bt）這種常見的腸道菌進行實驗。為了全基因組中篩選Bt代謝GS的基因，作者想到了一個簡單實用的方法。ITC雖然不會抑制Bt的生長，但是對一些菌的生長有抑制作用。於是作者將Bt插入轉座子的7500個突變克隆的剩餘培養基用於培養大腸桿菌。那些沒有抑制大腸桿菌生長的突變體所在位置，可能就是Bt代謝GS的關鍵基因。
作者首先培養突變體Bt，篩選出轉座對其生長無恙的突變體。接下來坐這裡應用半隨機PCR的方法鑑定被擊中的基因。被擊中的基因命中率最高的是兩個基因簇，其中BT1220-BT1222包含戊糖磷酸途徑的基因，由於這些基因編碼中心碳代謝的途徑，因此被認為不太可能為代謝GS的基因簇。
第二個基因簇BT-2159-BT2156的基因，作者進行了生物信息學分析，未能找到更符合的操縱子，因此作者對每個操縱子進行了基因組knockout操作。他們用哪個LC-MS/MS在用過的培養基中檢測GS代謝產物BITC-cys的含量。在結果中BT2160作為轉錄調節因子，對GS代謝有重要作用。而BT2157和BT2158雖然經過實驗發現缺乏將GS轉換為ITC的能力，但是對缺失菌株進行回補WT發現，幾乎不產生ITC的培養基中出現了正常GS的代謝。說明這兩個基因對GS的代謝是重要的，而通過後續的實驗發現，他們是不足夠的。
經過體外試驗，作者發現BT2158是GS水解的主要蛋白，BT2156,BT2157可以激活其活性。在活體實驗中，作者發現帶有2157突變的小鼠中，異硫氰酸鹽的產量減少。說明了作者找到的操縱子缺失為代謝該過程的調控基因。
本篇文章，作者找到重要藥理代謝產物異硫氰酸鹽在腸道菌群代謝的操縱子，這些結果提高了對腸道微生物代謝植物代謝物的認知，對疾病的預防有進一步的指導意義。
原文作者：WYK
原文連結：https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.01.023
原文引用：10.1016/j.cell.2020.01.023