Nedavno je istraživački tim predvođen profesorom Chen Chuniingom iz Nacionalnog centra za nanonauku i tehnologiju (NCNST) Kineske akademije nauka (CAS) otkrio da mikrobiom crijeva može fermentirati egzogene ugljenične nanomaterijale (CNM) kao izvore ugljika u masne kiseline kratkog lanca. kiseline.
Mikrobiom creva je glavna meta za egzogene nanomaterijale oralnim putem. Biološki procesi kojima upravlja mikrobiom creva određuju konačnu sudbinu CNM-a u domaćinima. Međutim, CNM i brojne komponente u crevima, kao što su hrana, ugljeni hidrati, proteini i lipidi, kao i osnovni gradivni blokovi životnih „ćelija“, sadrže isti sastavni element – ugljenik. Veoma je izazovno postići preciznu analizu metaboličkih procesa CNM u crevima koristeći tradicionalne metode.
Da bi rešio ovo pitanje, istraživački tim je otkrio „prošlost i sadašnjost“ ugljeničnih nanomaterijala u mikrobiomu creva primenom tehnologije obeležavanja stabilnog izotopa 13 C, tehnologije praćenja metaboličkog toka izotopa, masene spektrometrije visoke rezolucije i sekvenciranja gena mikrobioma.
U ovom radu, istraživači su prvo otkrili da mikrobiom creva može da razbije dve vrste CNM: ugljenične nanocevi sa jednim zidom (SVCNT) i grafen okside (GO). Skriningom intestinalnih metabolita, oni su pokazali da su se masne kiseline kratkog lanca značajno povećale u crevima miševa tretiranih ugljeničnim nanomaterijalima oralnom sondom.
Koristeći stabilan izotop 13 C označen grafitni oksid i tehnologiju praćenja metaboličkog toka, otkrili su da su CNM poput dijetalnih vlakana i da se mogu koristiti kao dostupni izvor ugljenika od strane crevnog mikrobioma za razgradnju i fermentaciju, koja je ušla u metabolički put piruvata za stvaranje butirata. Tokom ovog procesa, različiti mikrobni enzimi, uključujući heksokinazu, piruvat kinazu, piruvat dehidrogenazu i butirat kinazu, bili su uključeni u fermentaciju CNM u butirat.
Sekvenciranje mikrobnih gena otkrilo je da su bakterije koje proizvode butirat dominantna vrsta koja je koristila CNM za stvaranje butirata. Važno je da prekomerni butirat može uticati na homeostazu creva.
Ova studija po prvi put razjašnjava ceo metabolički proces CNM-a od izvora do kraja, razbijajući tradicionalno verovanje da mikrobi mogu da koriste samo ugljene hidrate da bi sintetizovali molekule organske butirne kiseline. Istraživanje potvrđuje da crevni mikroorganizmi mogu da koriste veštački sintetizovane CNM kao izvore ugljenika za generisanje endogenih organskih metabolita, otkriva novu biološku sudbinu CNM u domaćinu i pruža važnu teorijsku podršku za proširenje scenarija primene CNM.
Studija je objavljena u Proceedings of the National Academi of Sciences i objavljena je kao Nature Highlight.
