Methanobrevibacter smithii

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
صورة مجهرية بتباين الطور لبكتيريا Methanobrevibacter smithii PS T

تُعدّ بكتيريا Methanobrevibacter smithii من أهمّ أنواع البكتيريا القديمة المنتجة للميثان في الميكروبات المعوية البشرية .[ 1 ] تتميز هذه البكتيريا بشكلها العصوي الكروي ، وتلعب دورًا هامًا في الهضم الفعال للسكريات المعقدة (السكريات المتعددة) عن طريق استهلاك نواتج التخمر البكتيري (الهيدروجين ، وثاني أكسيد الكربون ، والأسيتات، والفورمات). [ 2 ] تُصنّف M. smithii ضمن البكتيريا المنتجة للميثان الهيدروجينية ، حيث تستخدم الهيدروجين عن طريق دمجه مع ثاني أكسيد الكربون لتكوين الميثان . يُعتقد أن إزالة الهيدروجين بواسطة M. smithii تُتيح زيادة استخلاص الطاقة من العناصر الغذائية عن طريق تحويل التخمر البكتيري إلى نواتج نهائية أكثر تأكسدًا. [ 3 ]

أهميتها في الأمعاء البشرية

ميثانوبريفيباكتر سميثي هي عتائق لاهوائية تستوطن القولون والمستقيم بفضل بيئتها اللاهوائية، ودرجة حموضتها المثلى (6.5-7)، وبطء مرورها في الأمعاء. [ 4 ] [ 5 ] تُعدّ ميثانوبريفيباكتر سميثي أكثر أنواع العتائق المنتجة للميثان شيوعًا في الميكروبيوم المعوي البشري. وتلعب دورًا محوريًا في عمليات الهضم، وتنتشر بكثرة في براز الإنسان . [ 6 ] كما توجد ميثانوبريفيباكتر سميثي في ​​حليب الأم، ويُعدّ الرضاعة الطبيعية طريقًا رئيسيًا لاكتسابها واستيطانها لدى حديثي الولادة. [ 4 ] وتلعب الميثانوجينات، بما فيها ميثانوبريفيباكتر سميثي، دورًا هامًا كواحدة من الكائنات الحية الدقيقة الثلاثة الرئيسية المستهلكة للهيدروجين أو ما يُعرف بالهيدروجينوتروفات في الميكروبيوم المعوي البشري ، إلى جانب أنواع مختلفة من البكتيريا المنتجة لحمض الخليك والبكتيريا المختزلة للكبريتات . إن فهم هذه الكائنات الحية الدقيقة وكيفية مساهمتها في استقلاب الهيدروجين في الأمعاء يُمكن أن يُسهم في فهم كفاءة التخمر الغذائي. [ 7 ] يؤدي تراكم الهيدروجين في الأمعاء إلى تقليل كفاءة التخمر الميكروبي. [ 8 ] ولذلك، تُعدّ العتائق المنتجة للميثان ذات أهمية خاصة للأمعاء البشرية، لأنها تلعب دورًا محوريًا في إزالة الهيدروجين الزائد. [ 3 ]

الاسْتِقْلاب

يُظهر الميثانوجين M. smithii تعبيرًا جينيًا أكبر نسبيًا للجينات التي تستخدم ثاني أكسيد الكربون (CO₂ ) وغاز الهيدروجين (H₂ ) والفورمات ( HCO₃⁻ ) في عملية إنتاج الميثان ، مقارنةً بالميثانوجينات غير المعوية. [ 9 ] يأتي المسار الرئيسي لإنتاج الطاقة في استقلاب M. smithii من استخدام الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون ، كما هو موضح في المعادلة: 4H₂ + CO₂ → CH₄ + 2H₂O . [ 4 ] يستطيع M. smithii أيضًا استخدام الفورمات كمصدر للكربون عن طريق تحويله إلى CO₂ بواسطة إنزيمات نازعة هيدروجين الفورمات . [ 9 ] [ 10 ] كما يمتلك مسارًا سليمًا يسمح لمجموعة جينات استخدام CO₂ لاستهلاك المستقلب الناتج عن بكتيريا Bacteroides thetaiotaomicron في عملية إنتاج الميثان . [ 9 ]

تدعم بكتيريا M. smithii إزالة منتجات التخمر البكتيرية المتنوعة، سواء كانت منتجة للميثان أو غير منتجة له. [ 9 ]

تؤثر البكتيريا القديمة السائدة في النظام البيئي للأمعاء البشرية على نوعية وكفاءة هضم البكتيريا للسكريات المتعددة الغذائية. وهذا بدوره يؤثر على كمية السعرات الحرارية التي يستهلكها الشخص ونسبة الدهون في جسمه. [ 9 ] وتوجد بكتيريا M. smithii ، إلى جانب أنواع أخرى من البكتيريا، بكثرة لدى الأشخاص النحيفين مقارنةً بالأشخاص الذين يعانون من زيادة الوزن. [ 11 ] وقد قام الباحثون بتسلسل جينوم M. smithii ، مما يشير إلى أن هذه البكتيريا قد تكون هدفًا علاجيًا لتقليل استهلاك الطاقة لدى الأشخاص الذين يعانون من السمنة. [ 9 ]

التفاعلات الميكروبية

تستطيع بكتيريا Methanobrevibacter smithii التفاعل مع بكتيريا Bacteroides thetaiotaomicron في دراسات الاستعمار المشترك للفئران، حيث تُغير كلتاهما المسارات الأيضية للأخرى. [ 9 ] في وجود M. smithii، تزيد B. thetaiotaomicron من إنتاجها للأسيتات، والتي يمكن استخدامها في دورة حمض الستريك المختزلة غير المكتملة (rTCA) في M. smithii للتخليق الحيوي. [ 9 ] خلال هذه العلاقة، تزيد M. smithii أيضًا من التعبير عن مساراتها الأيضية لاستيعاب النيتروجين ، واستخدام الإيثانول والميثانول، واستخدام الفورمات. وقد وُجد أن هذه العلاقة تُقلل بشكل ملحوظ من محتوى الإيثانول في الأعور لدى الفئران المُستعمرة بشكل مشترك، وذلك نتيجةً لزيادة استهلاكه من قِبل M. smithii. [ 9 ]

تتكون الميكروبات المعوية بشكل رئيسي من بكتيريا سالبة الغرام من شعبة البكتيرويدوتا ، وبكتيريا من شعبة الباسيلوتا (معظمها موجبة الغرام ). أما العتائق، فتُعدّ بكتيريا الميثانوجينية M. smithii أبرزها . ويُعتقد أن M. smithii هدف علاجي للتلاعب بها، كما أنها تُشكّل تكيفًا مع النظام البيئي المعوي. [ 9 ]

M. smithii في صحة الإنسان والمرض

في المرضى المصابين بفقدان الشهية العصبي

في عام ٢٠٠٩، أُجريت أكبر دراسة بشرية حتى الآن حول السمنة والميكروبات المعوية . تُعدّ اضطرابات السمنة ناتجة عن خلل في التوازن، ولها عواقب وخيمة كأمراض القلب والأوعية الدموية ، وداء السكري من النوع الثاني ، وسرطان القولون . تُساهم الميكروبات المعوية والبيئة المحيطة بها في اختلال توازن الطاقة نظرًا لدورها في امتصاص الطاقة وتحويلها وتخزينها. وقد أظهرت طرق غير معتمدة على الاستزراع أن النسب العالية من الميثانوجينات قد تصل إلى ١٠٪ من جميع اللاهوائيات في قولون البالغين الأصحاء. وكان متوسط ​​كمية بكتيريا M. smithii في مجموعة المصابين بفقدان الشهية العصبي أعلى بكثير من مجموعتي النحيفين والبدناء. وبالتالي، وُجدت كميات أكبر من بكتيريا M. smithii لدى مرضى فقدان الشهية العصبي مقارنةً بالمرضى النحيفين.

قد يرتبط نمو بكتيريا Methanobrevibacter لدى مرضى فقدان الشهية العصبي بمحاولة تكيفية للاستفادة المثلى من النظام الغذائي منخفض السعرات الحرارية. وبالتالي، تؤدي زيادة بكتيريا M. smithii إلى تحسين عملية تحويل الطعام في الأنظمة الغذائية منخفضة السعرات الحرارية. كما قد ترتبط هذه البكتيريا بالإمساك، وهي حالة شائعة لدى مرضى فقدان الشهية العصبي. [ 3 ]

بكتيريا M. smithii والإمساك

تُظهر الدراسات الرصدية وجود ارتباط قوي بين تأخر حركة الأمعاء وإنتاج الميثان. [ 12 ] وتشير البيانات التجريبية إلى نشاط تثبيطي مباشر للميثان على العضلات الملساء في القولون واللفائفي، ودور محتمل للميثان كناقل غازي . يمكن للستاتينات أن تثبط التخليق الحيوي لأغشية خلايا العتائق، على ما يبدو دون التأثير على أعداد البكتيريا، كما هو موضح في الماشية والبشر. وهذا يفتح المجال أمام تدخل علاجي يستهدف عاملًا مسببًا محددًا للإمساك مع حماية الميكروبيوم المعوي. في حين أنه يُعتقد عمومًا أن الستاتينات تثبط إنتاج الميثان من خلال تأثيرها على التخليق الحيوي لأغشية الخلايا، بوساطة تثبيط إنزيم HMG-CoA reductase ، إلا أن هناك أدلة متراكمة على وجود آلية عمل بديلة أو إضافية حيث تثبط الستاتينات إنتاج الميثان بشكل مباشر. ويبدو أن هذه الآلية الأخرى قد تسود عند تناول شكل اللاكتون من الستاتينات، وخاصة لوفاستاتين . [ 13 ]

ارتباطات الأمراض الأخرى

توجد بكتيريا Methanobrevibacter smithii أيضًا في طبقة البلاك السنية وفي المهبل (مع التهاب المهبل ). [ 14 ]

مقارنة جدار الخلية وغشاء الخلية بالبكتيريا

يُحدد جدار الخلية والغشاء الخلوي لبكتيريا Methanobrevibacter smithii مدى حساسيتها للمضادات الحيوية والستاتينات . يتكون جدار الخلية من الببتيدوغليكان الزائف (وليس الببتيدوغليكان كما في البكتيريا)، مما يجعل العتائق مقاومة لليزوزيم والعديد من المضادات الحيوية التي تُعيق تخليق جدار الخلية. يتكون الغشاء الخلوي من طبقة ثنائية أو أحادية من الدهون، ويتكون هيكله الأساسي من وحدات إيزوبرين مرتبطة بالجليسرول بروابط إيثرية . في المقابل، تتكون الطبقة الثنائية للدهون في البكتيريا من هيكل أساسي من الأحماض الدهنية مرتبط بالجليسرول برابطة إسترية . يسمح وجود وحدات إيزوبرين حساسة للستاتينات في الغشاء الخلوي للعتائق للستاتينات بالتدخل بشكل انتقائي في نمو العتائق دون التأثير على الغشاء الخلوي للبكتيريا. على الرغم من أن البكتيريا لا تستخدم وحدات الإيزوبرين في غشائها الخلوي، إلا أنها لا تزال ضرورية في أماكن أخرى. ومع ذلك، يتم تصنيع وحدات الأيزوبرين البكتيرية هذه عن طريق مسار الميفالونات (MEP) الذي لا يتم تثبيطه بواسطة الستاتينات. [ 13 ]

الفيروسات

يحتوي كروموسوم PS الخاص ببكتيريا Methanobrevibacter smithii على فيروس أولي مُشتق من اندماج جينوم فيروس أثري ذي رأس وذيل. [ 15 ] وقد تبين أن الفيروس الأولي يُحفز بشكل متقطع، مما يؤدي إلى إطلاق فيروسات ذات قفيصات متساوية الأبعاد ذات عشرين وجهًا وذيول طويلة غير قابلة للانقباض (مورفولوجيا شبيهة بفيروسات السيفوفيروس). [ 16 ] وُجد أن فيروس Methanobrevibacter smithii ذي الذيل 1 (MSTV1) يتعايش مع مضيفه في حالة توازن مستقر، حيث يُحافظ على متوسط ​​نسبة الفيروس إلى المضيف عند حوالي 0.1 في كل من المختبر وفي الجسم الحي. وتُعد هذه الديناميكية مماثلة أيضًا للبكتيريا العاثية التي تُصيب بكتيريا الأمعاء، مما يُشير إلى أن الفيروسات البكتيرية والأثرية في الجهاز الهضمي تتقارب في استراتيجية انتشار مماثلة. [ 16 ]

مراجع

  1. ↑ ميلر، تيري ل.؛ وولين، ماير ج. (فبراير 1982). "تعداد بكتيريا ميثانوبريفيباكتر سميثي في ​​براز الإنسان" . أرشيف علم الأحياء الدقيقة . 131 (1): 14-18 . Bibcode : 1982ArMic.131...14M . doi : 10.1007/BF00451492 . ISSN 0302-8933 . PMID 7065811 .  
  2. ^ ويتمان، ويليام ب.، أد. (2015/09/14). دليل بيرجي لمنهجيات العتائق والبكتيريا (1 ed.). وايلي. دوى : 10.1002/9781118960608.gbm00496 . رقم ISBN  978-1-118-96060-8.
  3. ١ ٢ ٣ أرموغوم ف؛ هنري م؛ فياليتس ب؛ راكاه د؛ وآخرون . (٢٠٠٩). "رصد مجتمع البكتيريا في ميكروبات الأمعاء البشرية يكشف عن زيادة في بكتيريا اللاكتوباسيلس لدى المرضى البدينين وبكتيريا الميثانوجين لدى مرضى فقدان الشهية العصبي" . PLOS ONE . ٤ (٩) e٧١٢٥. Bibcode : ٢٠٠٩PLoSO...٤.٧١٢٥A . doi : ١٠.١٣٧١/journal.pone.٠٠٠٧١٢٥ . PMC ٢٧٤٢٩٠٢. PMID ١٩٧٧٤٠٧٤ .   
  4. مالات ، إيهاب ؛ درانكور، ميشيل؛ غرين، غيليس (سبتمبر 2024). "متغيرات خلايا ميثانوبريفيباكتر سميثي في ​​علم وظائف الأعضاء وعلم الأمراض البشري: مراجعة" . هيليون . 10 ( 18 ) e36742. Bibcode : 2024Heliy..1036742M . doi : 10.1016/j.heliyon.2024.e36742 . PMC 11437934. PMID 39347381 .  
  5. ↑ ماكالوم، جيزيل؛ تروبيني، كارولينا (2024). "الميكروبات المعوية وجغرافيتها الحيوية" . مجلة نيتشر ريفيوز مايكروبيولوجي . 22 (2): 105-118 . doi : 10.1038/s41579-023-00969-0 . ISSN 1740-1534 . PMID 37740073 .  
  6. ↑ بيديس، د.، ميريل، هـ. (2009). "انتشار واسع لبكتيريا Methanobrevibacter smithii و Methanosphaera stadtmanae في الأمعاء البشرية باستخدام بروتوكول محسّن للكشف عن الحمض النووي." PLOS One 4(9) e7063.
  7. ↑ هانسن، إليزابيث إي.؛ لوزوبون، كاثرين أ.؛ ري، فيديريكو إي.؛ وو، مينغ؛ غوروجي، جانكي ل.؛ نارا، أنيشا؛ غودفيلو، جوناثان؛ زانفيلد، جيسي ر.؛ ماكدونالد، دانيال ت. (15 مارس 2011). "دراسة الجينوم الكامل للبكتيريا القديمة السائدة المرتبطة بالأمعاء البشرية، ميثانوبريفيباكتر سميثي، في التوائم" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 108 ملحق 1 (ملحق 1): 4599-4606 . Bibcode : 2011PNAS..108.4599H . doi : 10.1073/pnas.1000071108 . ISSN 1091-6490 . PMC 3063581. PMID 21317366 .​   
  8. ↑ سميث، نيك دبليو؛ شورتن، بول آر؛ ألترمان، إريك إتش؛ روي، نيكول سي؛ ماكناب، وارن سي. (2019-05-04). " البكتيريا التي تتغذى على الهيدروجين في الجهاز الهضمي البشري" . ميكروبات الأمعاء . 10 (3): 270-288 . doi : 10.1080/19490976.2018.1546522 . ISSN 1949-0976 . PMC 6546324. PMID 30563420 .   
  9. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 باك، إس.، هانسن، إي.، (2007). "التكيفات الجينومية والأيضية لبكتيريا ميثانوبريفيباكتر سميثي مع الأمعاء البشرية." وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية 104، 10643-10648.
  10. ^ ليو، زهي؛ شاو، نانا؛ أكينيمي، تايوو؛ ويتمان ، ويليام ب. (2018-07-09). "تكوين الميثان" . علم الأحياء الحالي . 28 (13): آر 727 – آر 732. بيب كود : 2018CBio...28.R727L . دوى : 10.1016/j.cub.2018.05.021 . ISSN 0960-9822 . بميد 29990451 .  
  11. ↑ ستينمان إل كيه، بورسيلين آر، لاهتينين إس (2016). "إثبات وجود علاقة سببية بين ميكروبات الأمعاء، وزيادة وزن الجسم، واستقلاب الجلوكوز لدى البشر - نحو العلاج بالبروبيوتيك" . الميكروبات المفيدة . 7 (1): 11-22 . doi : 10.3920/BM2015.0069 . PMID 26565087 . 
  12. ↑ ساهاكيان، آرا ب.؛ جي، سام-ريونغ؛ بيمينتل، مارك (2010-08-01). "الميثان والجهاز الهضمي" . أمراض الجهاز الهضمي والعلوم . 55 (8): 2135-2143 . doi : 10.1007/s10620-009-1012-0 . ISSN 1573-2568 . PMID 19830557 .  
  13. 1 2 غوتليب، ك.، واشر، ف.، سليمان، ج.، وبيمينتل، م. (2015). مقالة مراجعة: تثبيط العتائق المنتجة للميثان بواسطة الستاتينات كاستراتيجية علاجية موجهة للإمساك والاضطرابات ذات الصلة . علم الأدوية والعلاجات الغذائية.
  14. ↑ بيلاي، ن؛ موخوبادياي، ب؛ كونواي دي ماكاريو، إ؛ غلاسك، ر؛ دانيلز، ل. 1990. البكتيريا المنتجة للميثان في عينات المهبل البشري. مجلة علم الأحياء الدقيقة السريرية، 28 (7)، 1666-1668.
  15. ↑ كروبوفيتش، م؛ فورتير، ب؛ بامفورد، د.هـ. (2010). "تحليل مقارن للجينومات الفسيفسائية لفيروسات العتائق ذات الذيل والفيروسات الأولية يشير إلى وجود سمات مشتركة لبنية الفيروس وتجميعه مع فيروسات البكتيريا ذات الذيل". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 397 (1): 144-160 . doi : 10.1016/j.jmb.2010.01.037 . PMID 20109464 . 
  16. باكيرو ، د.ب.؛ ميدفيديفا، س.؛ مارتن-غالوسيو، س.؛ بيندي، ن.؛ سارتوري-روب، أ.؛ تاشون، س.؛ بيدرون، ت.؛ ديباربيو، ل.؛ بوريل، ج.؛ غريبالدو، س.؛ كروبوفيتش، م. (2024). " تعايش مستقر بين فيروس أثري والميثانوجين السائد في أمعاء الإنسان" . نيتشر كوميونيكيشنز . 15 (1): 7702. Bibcode : 2024NatCo..15.7702B . doi : 10.1038/s41467-024-51946-x . PMC 11375127. PMID 39231967 .  

للمزيد من القراءة

بانغ، كورينا؛ وايدنباخ، كاترين؛ غوتسمان، توماس؛ هاين، هولغار؛ شميتز، روث أ. (2014). "تنشط البكتيريا القديمة المعوية Methanosphaera stadtmanae وMethanobrevibacter smithii الخلايا المتغصنة البشرية" . PLOS ONE . 9 (6) e99411. Bibcode : 2014PLoSO...999411B . doi : 10.1371/ journal.pone.0099411 . PMC 4051749. PMID 24915454 .  

كيم، جين؛ ديبيندر، فنو؛ موراليس، والتر؛ هوانغ، لورا؛ ويتسمان، ستايسي؛ تشانغ، كريستوفر؛ غونسالوس، روبرت؛ بيمينتل، مارك (ديسمبر 2012). "ميثانوبريفيباكتر سميثي هو الميثانوجين السائد لدى مرضى متلازمة القولون العصبي المصحوبة بالإمساك ووجود الميثان في الزفير". أمراض الجهاز الهضمي والعلوم . 57 (12): 3213-3218 . doi : 10.1007/s10620-012-2197-1 . PMID 22573345. S2CID 207113756 .