Профили О-гликанов — продуктов расщепления муцинов кишечными бактериями предложены в качестве биомаркеров заболеваний ЖКТ

Слизь, покрывающая стенки кишечника, в основном состоит из муцинов — гликопротеинов, выделяемых эпителиальными клетками. Сахара, входящие в состав муцинов, относятся к O-гликанам (то есть они присоединяются к ОН-группе аминокислотного остатка белка). Структура муцинов весьма разнообразна именно за счет О-гликановых цепочек: немногочисленные типы моносахаридов и сульфаты навешиваются на белок в разных комбинациях. Разнородность повышает защитные свойства слизи, поскольку ферментам бактерий, как полезных, так и патогенных, трудно расщеплять эту «щетку». Однако муцином питаются важные для микробиоты бактерии Bacteroides spp. и Akkermanisa muciniphila, и эта способность имеет большое значение для формирования здоровой микрофлоры кишечника у младенцев и ее стабильности у взрослых. Нарушения бактериальной деградации муцинов ассоциированы с патологиями.

Расщепление муцина изучено плохо, так, до сих пор считалось, что бактерии используют для этого экзодействующие ферменты: гидролизируют конечные моносахариды цепочек, пока не освободят белковый остов для протеолиза. Ученые из университетов Бирмингема и Ньюкасла с соавторами выяснили, что это не так: бактерии способны отщеплять целые полисахаридные «ветки», а не отдельные «листочки».

Проанализировав опубликованные протеомные и транскриптомные данные о разрушающей муцин микрофлоре кишечника (Bacteroides thetaiotaomicron, B. fragilis, B. caccae и A. muciniphila), исследователи заметили, что многие ферменты, наиболее активно экспрессирующиеся при росте бактерий на муцине, относятся к семейству гидролаз GH16. Члены этого семейства обычно бывают эндодействующими О-гликаназами, то есть залезают в середину цепи, отщепляя олигосахариды или полисахариды.

Чтобы проверить, так ли это, авторы получили рекомбинантные ферменты, которые привлекли их внимание, обработали ими муцины тонкого кишечника и желудка свиньи и исследовали продукты расщепления с помощью тонкослойной хроматографии. Среди продуктов присутствовали олигосахариды. Дальнейшее изучение методами жидкостной хроматографии с флуоресцентной детекцией /масс-спектрометрии и тандемной масс-спектрометрии подтвердило, что в результате работы ферментов семейства GH16 образуются олигосахариды.

Также была изучена активность и структура ферментов. Филогенетический анализ их белковых последовательностей показал, что они представляют собой две независимые ветви, сблизившиеся в результате конвергентной эволюции.

Исследователи выяснили, как изменяется состав продуктов расщепления при различных патологиях ЖКТ. Они взяли образцы слизи с тканей взрослых людей с язвенным колитом, а также недоношенных новорожденных с некротизирующим энтероколитом, а также муцины, продуцируемые клетками колоректального рака. Образцы инкубировали с ферментом и затем аналогичным образом исследовали профили О-гликанов. Наблюдаемые характерные различия позволили сделать вывод, что бактериальные О-гликаназы — перспективный инструмент для выявления биомаркеров тех или иных заболеваний. «Хотя мы до сих пор не до конца понимаем, из чего состоят гликановые структуры и как они различаются между разными типами тканей, мы можем видеть, что различия в структуре между здоровой и нездоровой тканью весьма заметны. Мы надеемся, что сможем использовать эти [разрушающие муцин] ферменты для проведения лучшей диагностики на самых ранних стадиях этих заболеваний», — говорит первый автор работы доктор Люси Крауч.