해양 박테리아에 대한 비오틴 전구체의 간과된 역할

ISME 저널 16권, 페이지 2599–2609(2022)이 기사 인용

2034 액세스

1 인용

7 알트메트릭

측정항목 세부정보

비오틴(비타민 B7)은 광범위한 필수 생화학 반응과 많은 친핵생물 및 진핵생물에 필수적인 미량 영양소에 관여합니다. 전 세계 해양에서 측정된 소수의 비오틴은 가용성이 크게 변동할 수 있음을 보여줍니다. 수많은 해양 미생물은 비오틴 영양요구성을 나타내므로 다른 유기체의 공급에 의존합니다. Desthiobiotin은 비오틴의 주요 전구체이며 최근 바닷물에서 비오틴과 유사한 농도로 검출되었습니다. 비오틴 생합성 경로의 마지막 효소 반응은 비오틴 합성 효소(BioB)를 통해 데스티오비오틴을 비오틴으로 전환시킵니다. 그러나 미생물 시스템에서 비오틴 합성의 전구체로서 desthiobiotin의 역할은 거의 알려져 있지 않습니다. 여기에서 우리는 박테리아가 bioB 유전자를 유지하고 desthiobiotin을 사용할 수 있는 경우 박테리아가 비오틴 영양요구성을 극복할 수 있다는 것을 실험적으로 보여줍니다. 1068개 박테리아에 대한 게놈 검색을 통해 비오틴 생합성 잠재력은 서로 다른 계통 발생 그룹에 따라 크게 다르며 20%는 bioB만을 암호화하므로 잠재적으로 비오틴 영양요구성을 극복할 수 있다고 예측됩니다. 많은 Actino- 및 Alphaproteobacteria는 비오틴을 새로 합성할 수 없지만 일부는 bioB만을 보유하는 반면 Gammaproteobacteria 및 Flavobacteriia의 대다수는 마지막 4개의 중요한 비오틴 합성 유전자를 나타냅니다. 우리는 세포외 desthiobiotin이 기하급수적으로 성장하는 동안 세포당 최대 1.09 ± 0.15*106 분자에 도달하는 원영양 박테리아인 Vibrio campbellii에서 비오틴에 비해 전구체의 높은 세포 내 및 세포 외 농도를 감지했습니다. 우리의 결과는 바다와 아마도 다른 생태계에 있는 박테리아에 대한 비오틴 영양요구성을 극복하기 위한 탈출 경로로서 desthiobiotin의 생태학적 역할에 대한 증거를 제공합니다.

비오틴(비타민 B7)은 원핵생물과 진핵생물 모두에서 수많은 생화학 반응에 관여하는 필수 조효소입니다. 비오틴 의존 효소는 피루베이트 카르복실라제, 프로피오닐-CoA 카르복실라제, 아세틸-CoA 카르복실라제 또는 β-메틸크로토닐-CoA 카르복실라제와 같은 카르복실화 반응을 촉매합니다. 이러한 필수 반응은 포도당 생성, 지방산 합성 및 아미노산 이화작용에 관여합니다[1,2,3]. 두 가지 추가적인 비오틴 의존성 카르복실라제가 박테리아에서 발견될 수 있습니다. 요소 아미도리아제는 박테리아가 요소를 질소 공급원으로 사용할 수 있게 하고, 게라닐-CoA 카르복실라제는 이소프레노이드 이화작용에 관여합니다[4]. 비오틴 생합성 경로의 기본은 다양한 대사 경로를 통해 얻을 수 있는 피멜로일-CoA의 합성이며[4] 이어서 4가지 효소인 8-아미노-7-옥소노나노에이트 합성효소(BioF), 아데노실메티오닌-8- 피멜로일-CoA를 비오틴으로 전환시키는 아미노-7-옥소노나노에이트 아미노트랜스퍼라제(BioA), 데스티오비오틴 신타제(BioD) 및 비오틴 신타제(BioB). 최종 효소 반응은 시스테인에서 유래한 것으로 여겨지는 desthiobiotin의 포화 C6 및 C9 위치 사이에 황 원자를 삽입하는 것과 관련됩니다[7](그림 1). 재배 실험을 기반으로 한 현재 추정에 따르면 모든 진핵생물 식물성 플랑크톤의 90%가 비오틴 원영양생물이라고 합니다[8,9,10]. 대사 경로 평가를 위한 비오틴의 중요성과 박테리아 게놈의 접근성에도 불구하고 해양 박테리아의 비오틴 생합성 잠재력은 여전히 ​​파악하기 어렵습니다. 이전 연구에서는 desthiobiotin을 비오틴으로 최종 전환하는 유전자인 bioB만이 해양 박테리아의 비오틴 경로 잠재력을 분류하는 데 고려되었습니다. 이러한 분석은 Alphaproteobacteria와 Flavobacteriia의 여러 해양 대표 생물이 비오틴을 합성할 수 없는 반면, 대부분의 해양 감마프로테오박테리아는 비오틴 원영양생물임을 시사합니다[10]. 그러나 예를 들어 인간 장에서 4가지 비오틴 경로 유전자를 모두 고려한 박테리아 공동체의 비오틴 경로 잠재력에 대한 평가는 많은 수의 박테리아가 비오틴 영양요구성을 나타내지만 비오틴 전구체 회복이 중요한 역할을 할 수 있음을 보여줍니다 [11].