当前位置: 资讯 - 纳米颗粒 - 科技前沿

国家纳米中心碳纳米材料肠道微生物发酵过程分析研究获进展

来源:国家纳米科学中心 1280 2023-05-12

  颗粒在线讯:近日,中国科学院国家纳米科学中心陈春英课题组在肠道微生物发酵人工合成碳纳米材料生成内源有机代谢产物方面取得重要进展。相关研究成果以A new capacity of gut microbiota: fermentation of engineered inorganic carbon nanomaterials into endogenous organic metabolites为题,发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。 

  肠道微生物是纳米材料进入肠道后的首要作用靶器官。作为人体最隐秘的“器官”,肠道微生物控制的生物代谢过程决定外源碳纳米材料在宿主内的最终命运。然而,碳纳米材料和肠道内的众多组分,例如,食物、碳水化合物、蛋白和脂质等分子以及生命基本构筑单元“细胞”含有相同的组成元素——碳元素,故传统分析方法无法实现碳纳米材料在肠道内代谢转化过程的精准分析。针对碳材料体内代谢行为研究的难题,该团队建立了稳定同位素13C骨架标记与代谢流同位素示踪的创新分析方法,解析了碳纳米材料在肠道微生物内的“前世今生”。 

  本工作发现肠道微生物能够降解两种人工合成碳纳米材料——单壁碳纳米管和氧化石墨烯。研究通过筛查两种碳纳米材料口服暴露后宿主肠道的代谢产物,发现乙酸和丁酸等短链脂肪酸含量明显升高。研究进一步建立氧化石墨烯同位素代谢流示踪新方法,分析鉴定出13C-氧化石墨烯降解后通过13C-丙酮酸途径生成13C-丁酸整个代谢链条的产物(13C-氧化石墨烯—13C-葡萄糖—13C-丙酮酸—13C-乙酸—13C-丁酸);证实了碳纳米材料类似于膳食纤维能够作为碳源被肠道微生物所利用,进行降解发酵,并进入丙酮酸代谢途径,最终生成丁酸的代谢机制。其中,多种关键的微生物代谢酶,包括己糖激酶、丙酮酸激酶、丙酮酸脱氢酶和丁酸激酶等参与碳纳米材料发酵生成丁酸的过程。微生物测序揭示产丁酸菌是利用碳纳米材料生成丁酸的优势菌种。 

  该论文发表后,《自然》(Nature)将这一成果作为亮点进行报道(Bacteria in the digestive tract can break down ingested carbon nanomaterials)。该研究基于建立的创新分析方法,首次明确了碳纳米材料从源端-中端-终端的代谢全流程,突破了传统微生物只能利用碳水化合物合成有机丁酸分子的认知,证实了肠道微生物能够利用人工合成碳纳米材料作为碳源生成内源有机代谢产物的新机制,从而揭示了体内碳纳米材料新的生物学命运,为拓展碳纳米材料应用场景提供了重要理论支撑。 

  研究工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等的支持。 

肠道微生物对碳纳米材料的厌氧发酵过程

肠道微生物对碳纳米材料的厌氧发酵过程

版权与免责声明:


(1) 凡本网注明"来源:颗粒在线"的所有作品,版权均属于颗粒在线,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。已获本网授权的作品,应在授权范围内使用,并注明"来源:颗粒在线"。违反上述声明者,本网将追究相关法律责任。


(2)本网凡注明"来源:xxx(非颗粒在线)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责,且不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网下载使用,必须保留本网注明的"稿件来源",并自负版权等法律责任。


(3)如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。

热点新闻推荐
COPYRIGHT 颗粒在线KELIONLINE.COM ALL RIGHTS RESERVED | 津ICP备2021003967号-1 | 京公安备案 11010802028486号