Charakterisierung von Isoflavon-umsetzenden Enzymen aus Darmbakterien des Menschen
Final Report Abstract
Die Isoflavone sind aufgrund ihrer postulierten präventiven Wirkung hinsichtlich hormon- und altersabhängiger Erkrankungen, wie Krebs, Osteoporose und postmenopausales Syndrom, zunehmend in den Mittelpunkt des Interesses gerückt. Isoflavone, wie Daidzeinglycoside, gehören zur Gruppe der polyphenolischen sekundären Pflanzeninhaltsstoffe und werden mit pflanzlichen Nahrungsmitteln oder auch Nahrungsergänzungsmitteln aufgenommen. Beim Metabolismus der Isoflavone spielen Darmbakterien eine Schlüsselrolle und tragen damit zur Bioaktivierung dieser Polyphenole bei. Bisher ist jedoch wenig über die Bakterienspezies, die für die Umsetzung von Isoflavonen im menschlichen Darm verantwortlich sind, und deren spezifische Enzyme bekannt. In vorangegangenen Arbeiten waren zwei Bakterien mit der Fähigkeit zur Aktivierung von Isoflavonen isoliert worden. Während der Stamm CG19-1 durch Spaltung von O- und C-Glucosiden das Aglykon Daidzein freisetzt, transformiert Slackia isoflavoniconvertens Daidzein über Dihydrodaidzein zu Equol. Die C-Deglycosylierung und die Bildung von Equol werden ausschließlich bakteriell katalysiert. Diese bakteriellen Aktivitäten werden jedoch nur bei einem Teil der Menschen beobachtet. Im Rahmen des Projekts sollten die für die Isoflavon-Aktivierung verantwortlichen Enzyme der genannten Bakterien identifiziert und näher charakterisiert werden. Die beobachtete Induzierbarkeit der Daidzein-umsetzenden Enzyme in S. isoflavoniconvertens ermöglichte die Klonierung der kodierenden Gene. Die Genprodukte wurden heterolog in Escherichia coli exprimiert, gereinigt und charakterisiert. Die als Daidzein-Reduktase, Dihydrodaidzein-Reduktase und Tetrahydrodaidzein-Reduktase identifizierten Enzyme katalysierten zusammen die komplette Bildung von Equol aus Daidzein. Bei den weiteren durch Daidzein induzierten Proteinen handelt es sich um eine Racemase, ein Elektronentransferprotein und eine potentielle Oxidoreduktase. Auf der Basis konservierter Genbereiche der Dihydrodaidzein-Reduktase und der Tetrahydrodaidzein-Reduktase wurden PCR-Methoden für eine gerichtete Metagenom-Analyse entwickelt, um die Verbreitung und Diversität dieser Isoflavon-umsetzenden Enzyme in der intestinalen Mikrobiota des Menschen zu bestimmen. Die C-Glucosidase aus dem Stamm CG19-1 konnte vorerst nur in Zellextrakten näher charakterisiert werden. Über Ähnlichkeitsvergleiche der potentiellen Gene wurde Eubacterium cellulosolvens als ein weiteres Darmbakterium mit C-Glucosidase-Aktivität identifiziert und deren Substratspektrum analysiert. Die in diesem Projekt erfolgte Charakterisierung von Enzymen leistet neben der Identifizierung der beteiligten Bakterien einen grundlegenden Beitrag zum Verständnis der Bioaktivierung von Isoflavonen und anderen polyphenolischen Nahrungsmittelinhaltsstoffen durch die Darmmikrobiota des Menschen.
Publications
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(2011) Characterization of enzymes involved in the bioactivation of daidzein to equol by Slackia isoflavoniconvertens, 5th International Conference on Polyphenols and Health, Sitges, Spanien
Schröder C, Matthies A, Engst W, Blaut M, Braune A
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(2011) Conversion of isoflavones by the human intestinal Slackia isoflavoniconvertens, 5th International Conference on Polyphenols and Health, Sitges, Spanien
Braune A, Matthies A, Loh G, Blaut M
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(2012) Deglycosylation of polyphenolic C-glucosides by a human gut bacterium, VAAM-Jahrestagung, Tübingen, ref. BIOspektrum, Sonderausgabe 2012
Braune A*, Blaut M
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(2012) Intestinal bacterium Eubacterium cellulosolvens deglycosylates flavonoid C- and O-glucosides. Appl Environ Microbiol 78, 8151-8153
Braune A, Blaut M
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(2013) Identification and expression of genes involved in the conversion of daidzein and genistein by the equol-forming bacterium Slackia isoflavoniconvertens. Appl Environ Microbiol 79, 3494-3502
Schröder C, Matthies A, Engst W, Blaut M, Braune A
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(2013) Identification and functional expression of isoflavone conversion genes from the human intestinal bacterium Slackia isoflavoniconvertens, Jahrestagung der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM) und der Koninklijke Nederlandse Vereniging voor Microbiologie (KNVM), Bremen, ref. BIOspektrum, Sonderausgabe 2013
Schröder C, Matthies A, Engst W, Blaut M, Braune A
