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腸道菌給人類的禮物:維他命B群

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人類的總體基因數目大約是二萬五千個,和其他哺乳類動物相比,身為萬物之靈的人類基因數目並無特別之處。科學家們不斷地尋找人類之所以能成為地球上優勢智慧物種的原因,各種假說眾說紛紜,直到現今仍然沒有明確的定論。小編今天要探討的是人類的第二個基因體,也就是腸道中所有細菌的基因庫(又稱總體基因體,metagenome),這個基因庫包含了將近300萬個細菌的基因,比人類本身的基因還多出100倍有餘。這麼懸殊的差異,引起科學家對腸道菌的興趣,因為不同物種的腸道菌相差異極大,況且細菌基因體比人類本身的更豐富多元,或許決定人之所以為人的關鍵,和腸道菌脫不了關係。

既然腸道菌這麼有趣,小編現在就點開正題,來談談腸道菌和維他命B群的關係。維他命B群是人體非常重要的微量營養,總共有八個成員:維他命B1 (Thiamin)、維他命B2 (Riboflavin)、維他命B6 (Pyridoxine)、維他命B12 (Cobalamin)、菸鹼酸 (Niacin)、葉酸 (Folate)、生物素 (Biotin),以及泛酸(Pantothenate)。缺乏任何一種維他命B,都會導致不同的身體不適或疾病。這麼重要的營養,人類卻缺乏合成它們的基因,那麼B群要從哪來?答案就是從食物攝取,還有仰賴腸道菌高抬貴手,產生我們所需的B群。舉例來說,維他命B12幾乎都是動物來源,然而素食者缺乏此種維他命的案例卻是少見,原因在於腸道中的細菌(尤其是洛德乳桿菌, Lactobacillus reuteri)可以合成B12,以彌補食物來源B12的不足。其實維他命B群不只是人體所需,腸道菌也需要這種營養,牠們合成維他命的作用符合生物學上互利共生的原則:人類提供腸道菌住所和生存所需的原料,腸道菌則產生各種對人體有益的物質。

人類腸道中約有1000種細菌,有學者研究其中256種細菌,發現40-65%的細菌具有合成B群的相關基因。這些細菌具有的B群合成路徑各自迥異,相當多元,有些菌之間還有互相彌補的代謝路徑,很可能是共同演化的之下的分工結果。由於代謝路徑的不同步驟產生的中間代謝物也不同,這些互補的代謝路徑也間接證明不同細菌之間會交換代謝物質,一起達到合成維他命B群的目標。以合成生物素的代謝路徑為例(下圖[1]),這個過程總共需要九個步驟,每個步驟都有專屬的酵素各司其職,產生九種不同的代謝物(下圖[1]上方列表)。合成生物素的前驅物質(Malonyl-ACP)經過複雜的化學轉換後,最終變成生物素。每個代謝步驟所對應的基因,在不同菌門有不一樣的比例,下圖中可以看出合成生物素的代謝路徑,在擬桿菌門(Bacteroidetes)、細梭菌門(Fusobacteria),以及變形菌門(Proteobacteria)最多,換句話說,這三種菌門對於生物素的合成貢獻最大。腸道菌的代謝分工之複雜程度,從其他種類的維他命B合成路徑在不同菌門的比例差異,可見一斑。


  biotin_synthesis.png

圖[1] 腸道細菌的生物素合成路徑

總結
有人會好奇,如果腸道菌會合成維他命B群,那花錢買營養品來補充B群是補心酸的嗎?小編可以跟你說,即使腸道菌合成維他命B群的能力沒問題,也不代表你吸收B群的能力沒問題喔!B群的生物利用度還受到其他複雜因素的影響,不能把缺乏B群的症狀全部怪到腸道菌頭上,有相關的健康疑慮,還是得諮詢醫師和營養師的建議,自行買營養品亂補的結果,腸道菌可是不負責的。

參考文獻

[1] Lactobacillus reuteri  CRL1098 Produces Cobalamin. (2003) J Bacteriol.

[2] Systematic genome assessment of B-vitamin biosynthesis suggests co-operation among gut microbes. (2015) Frontiers in Genetics

[3] Identification and quantitation of cobalamin and cobalamin analogues in human feces. (2008) Am J Clin Nutr



圖爾思生物科技/ NGS事業部
  許方瑜 文案

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