食事性スフィンガニンは、哺乳類の腸内マイクロバイオームのメンバーによって選択的に同化される

Dietary sphinganine is selectively assimilated by members of the mammalian gut microbiome.

• Min-Ting Lee
• Henry H Le
• Elizabeth L Johnson

抄録

腸内マイクロバイオームの機能は、宿主の代謝の健康に多くの影響を与えているが、中でも食事はマイクロバイオームの構成に最も大きな影響を与えている。食事と腸内マイクロバイオームとの間には、脂質を含む様々な栄養素が重要な役割を果たしていることが示唆されているが、個々の食事脂質がマイクロバイオームとどのように相互作用するのかについては、まだほとんど知られていない。スフィンゴ脂質はほとんどの食品に含まれる生理活性成分であり、著名な腸内微生物によっても産生されている。このことから、スフィンゴ脂質は、食事とマイクロバイオームの相互作用を形成するための興味深い候補となっています。ここでは、我々はマウス腸内微生物コミュニティ（Bioorthogonalラベリング）にbioorthogonal食用オメガアルキニルスフィンガニン（スフィンガニンアルキン[SAA]）の取り込みを追跡するためにクリックケミストリーベースのアプローチを使用しています。我々は、SAAを含む微生物の蛍光ベースのソーティング（Sort）、スフィンゴ脂質と相互作用する微生物を同定するための16S rRNA遺伝子配列決定（Seq）、微生物によるSAAの同化産物を同定するための比較メタボロミクス（Spec）を介して、微生物およびSAA特異的代謝産物を同定した。このアプローチは、Bioorthogonal labeling-Sort-Seq-Spec（BOSSS）と呼ばれ、SAA同化はほぼ独占的に腸内バクテロイデスによって行われていることが明らかになり、スフィンゴ脂質産生細菌が食事性スフィンガニンの処理に大きな役割を果たしていることが示されました。SAA処理マウスの糞便微生物の比較メタボロミクスでは、SAAがジヒドロセラミドに変換され、バクテロイデスとビフィドバクテリウムの代謝活性と一致していることが明らかになった。さらに、他のスフィンゴ脂質と相互作用する微生物が、BacteroidesとBifidobacteriumの食事性スフィンゴ脂質代謝の未解明な能力に焦点を当てて同定された。我々は、BOSSSは、食事-微生物相互作用における実質的に任意のアルキン標識代謝物のフラックスを研究するためのプラットフォームを提供すると結論付けた。

Functions of the gut microbiome have a growing number of implications for host metabolic health, with diet being one of the most significant influences on microbiome composition. Compelling links between diet and the gut microbiome suggest key roles for various macronutrients, including lipids, yet how individual classes of dietary lipids interact with the microbiome remains largely unknown. Sphingolipids are bioactive components of most foods and are also produced by prominent gut microbes. This makes sphingolipids intriguing candidates for shaping diet-microbiome interactions. Here, we used a click chemistry-based approach to track the incorporation of bioorthogonal dietary omega-alkynyl sphinganine (sphinganine alkyne [SAA]) into the murine gut microbial community (Bioorthogonal labeling). We identified microbial and SAA-specific metabolic products through fluorescence-based sorting of SAA-containing microbes (Sort), 16S rRNA gene sequencing to identify the sphingolipid-interacting microbes (Seq), and comparative metabolomics to identify products of SAA assimilation by the microbiome (Spec). Together, this approach, termed Bioorthogonal labeling-Sort-Seq-Spec (BOSSS), revealed that SAA assimilation is nearly exclusively performed by gut Bacteroides, indicating that sphingolipid-producing bacteria play a major role in processing dietary sphinganine. Comparative metabolomics of cecal microbiota from SAA-treated mice revealed conversion of SAA to a suite of dihydroceramides, consistent with metabolic activities of Bacteroides and Bifidobacterium. Additionally, other sphingolipid-interacting microbes were identified with a focus on an uncharacterized ability of Bacteroides and Bifidobacterium to metabolize dietary sphingolipids. We conclude that BOSSS provides a platform to study the flux of virtually any alkyne-labeled metabolite in diet-microbiome interactions.

Published under license by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc.