饮食对含有广泛糖生物组的共生菌Bacteroides cellulosilyticus WH2的模型人类肠道微生物群资源利用的影响

人类肠道微生物群是一个重要的代谢器官，但对其各个物种如何相互作用、建立主导地位以及如何响应饮食等环境因素变化知之甚少。在本研究中，采用了人工微生物群的无菌小鼠，感染了12种测序的人类肠道细菌，通过相应的饮食给其喂养，构成了复杂的饮食组合。观察到这一组合的结构发生了迅速、可重复和可逆的变化。时间序列微生物RNA测序分析揭示了该组合对饮食转变的分阶段功能响应，主要集中在碳水化合物和氨基酸的代谢上。高分辨率的枪法宏蛋白组学证实了许多在蛋白水平的响应。成员Bacteroides cellulosilyticus WH2无论饮食如何都表现出极强的适应性。其基因组编码了比任何以前测序的拟杆菌门成员更多的碳水化合物活性酶。转录组分析表明，B. cellulosilyticus WH2是一个适应性觅食者，能够根据可获得的膳食多糖定制其多样的碳水化合物利用策略，特别强调在谷物等饮食主食中丰富的植物来源木糖。鉴定到B. cellulosilyticus WH2中两个高度表达的特定饮食多糖利用基因座（PUL），其中一个具有木糖利用系统的特征。向无菌小鼠引入包含超过90,000个同源转座子突变体的B. cellulosilyticus WH2文库，连同其他人工社区成员，证实这些基因座代表了关键的饮食特异性适应性决定因素。RNA测序分析表明，这两个位点和该生物体其他111个预测PUL的表达在体外生长于31种不同碳水化合物底物时迅速增加，从而使我们能够更好地解释体内RNA测序和蛋白质组学数据。这些结果提供了肠道微生物如何在社区层面和作为具有卓越糖水解能力的适应性共生体应对饮食扰动的见解，并说明了人工社区的价值。