肠道微生物对膳食纤维的代谢，在宿主的生理和健康状况中扮演着重要角色。海带、羊栖菜等海藻，不仅是人类日常饮食的一部分，而且在2000多年前就被用于治疗慢性支气管炎、急性食管炎和瘘管病等。褐藻胶（alginate）是褐藻细胞壁的主要成分，是由甘露糖醛酸 (β-D-mannuronate, M) 和古罗糖醛酸 (α-L-guluronate, G) 两种单体通过β-1,4糖苷键连接成的线性多糖。褐藻胶可由褐藻胶裂解酶通过β-消除反应降解，在生成的寡糖非还原端残基上形成一个C-C双键。现代药理学研究多次证明褐藻胶或褐藻胶寡糖（AOS）在体外和体内的抗炎功能。最新的研究揭示了肠道微生物群落对褐藻胶生物活性的重要性。因此，褐藻胶在肠道中的降解和同化可能对其生物活性十分重要。青岛能源所一碳生物技术研究中心近期揭示了褐藻寡糖在肠道中的代谢机制及其对肠道健康的潜在影响，相关工作在线发表于Applied and Environmental Microbiology, 并入选编辑精选文章。

肠道微生物对多糖的代谢通常依赖一系列共定位的基因，称为多糖利用位点（polysaccharide utilization loci, PUL）。褐藻胶利用位点（alginate utilization loci, AUL）最初在海洋菌中发现，据信已从海洋菌水平转移到人类肠道拟杆菌中。同时，有研究发现从人粪便样本中分离出的几株拟杆菌具有褐藻胶降解能力，但褐藻胶在肠道中的降解与代谢机制尚未系统阐明。

研究团队首先利用已鉴定的褐藻胶裂解酶一级序列为模板，通过Blast 比对，在NIH Human Microbiome Project数据库中搜索人类肠道微生物基因组的褐藻胶裂解酶基因，并分析邻近基因，最终在9株肠道菌发现潜在的AUL。以其中的克拉鲁斯拟杆菌为模式菌，通过转录组测序及生化鉴定，确定了AUL的功能，并构建了一个特异性利用不饱和褐藻寡糖的AUL工作模型。细菌发酵产物联合转录组数据分析表明，与葡萄糖相比，糖醛酸单糖通过ED途径发酵，消耗额外还原力，从而调控整个细胞短链脂肪酸和氨基酸代谢。通过小鼠进一步实验证明，褐藻寡糖饲喂可以重塑肠道微生物群落和代谢组，从而缓解硫酸葡聚糖诱导的小鼠急性肠炎。

本工作由一碳生物技术研究中心李福利研究员和中国海洋大学海洋药物筛选与评价创新中心杨金波教授共同指导完成。本研究获得了山东省重点研发计划、国家自然科学基金、山东省科技创新重大专项以及山东省重点实验室资金的支持。（文/图 马小清）

原文链接：https://doi.org/10.1128/aem.00046-24

Xiao-Qing Ma#; Bing Wang#; Wei Wei#; Fang-Cheng Tan; Hang Su; Jun-Zhe Zhang; Chen-Yang Zhao; Hua-Jun Zheng; Yan-Qin Feng; Wei Shen; Jin-Bo Yang*; Fu-Li Li*; Alginate oligosaccharide assimilation by gut microorganisms and the potential role in gut inflammation alleviation, Applied and Environmental Microbiology, 2024.May 21; 90(5): e0004624.