新方法可有效靶向調控腸道微生物群落功能

近日，中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所研究員趙圣國、王加啟等開發建立了優勢酶結構驅動的微生物群靶向功能調控方法，相關研究成果發表在國際期刊iMeta上。

微生物群落在各種生態系統中發揮著關鍵作用，盡管對微生物群落的種類和功能多樣性進行了廣泛研究，但調控靶向微生物功能的有效技術仍然有限。傳統的微生物組調控方法，如廣譜抗生素、益生菌或飲食干預，通常會導致非靶標微生物功能的意外擾動，并可能因脫靶效應產生不一致的結果，甚至對正常微生物生態系統產生負面影響。

優勢酶結構驅動的微生物組靶向功能調控。中國農科院供圖

研究人員提出了一種創新方法，通過整合優勢酶鑒定、蛋白質結構表征、抑制劑虛擬篩選和功能驗證，實現對微生物組功能的精確調控。為了驗證這一新方法，研究人員聚焦于奶牛瘤胃微生物脲酶對尿素分解的調控。

通過宏基因組分析，鑒定優勢脲酶基因及其微生物基因組（MAG257），發現來自琥珀酸弧菌科新菌屬，重建完整的脲酶基因簇與尿素代謝通路。通過冷凍電鏡對脲酶催化亞基（UreC）進行結構分析，揭示了其活性位點的關鍵氨基酸，通過分子對接篩選鑒定到新型高效植物源脲酶抑制劑。

研究利用人工瘤胃模擬系統驗證表明，脲酶抑制劑表小檗堿通過結合到脲酶活性中心阻礙尿素進入，從而降低尿素分解速度并提高氮利用率，闡明了脲酶抑制的結構學機制。該研究建立了結合結構生物學和虛擬篩選的技術體系，實現靶標微生物組功能的靶向調控。

該方法為微生物組工程及其在動物生產、人類健康、環境改善和生物技術中的廣泛應用提供了有前景的工具。

相關論文信息：https://doi.org/10.1002/imt2.70032