Когда мы едим фрукты, овощи, шоколад или красное вино, микроорганизмы кишечника расщепляют высокомолекулярные составляющие в этих продуктах, открывая нашему организму доступ к полезным соединениям, таким как полифенолы.
Ранее считалось, что почвенные микроорганизмы не могут использовать полифенолы и предполагалось, что они могут выступать в качестве поглотителей углерода, поглощая избыток углерода из окружающей среды. Однако новая работа показала, что полифенолы на самом деле являются источником пищи для почвенных микробов. Существует гипотеза, называемая теорией ферментной фиксации, которая предполагает, что если кислород малодоступен, микроорганизмы в таких местах, как торфяники или болота, не будут метаболизировать полифенолы; при добавлении полифенолов торфяник может стать поглотителем углерода.
"Мы знаем, что полифенолы очень вязкие, и поэтому специалисты считали, что, находясь в почве, они не только сами не будут расщепляться, но и будут связываться с другими углеродами и ферментами в почве и предотвращать дальнейшее разрушение других веществ. Таким образом, если у вас есть уже нарушенная система, например, деградировавшее болото, вы можете пойти туда и добавить древесную щепу, снова затопить систему и заблокировать весь углерод", - объясняет сотрудник Университета штата Колорадо (CSU) Бриджет МакГиверн.
Руководитель исследования Келли Райтон, доцент кафедры почвоведения и растениеводства Колледжа сельскохозяйственных наук CSU, некоторое время считала, что существуют серьезные проблемы с теорией фиксации ферментов в почве, поскольку мы знаем, что в кишечнике человека нет кислорода, но микробы метаболизируют там полифенолы.
"Распад полифенолов должен происходить в кишечнике, чтобы мы могли получить доступ к этим антиоксидантам и по достоинству оценить шоколад и красное вино и все их преимущества", - говорит Райтон. "Но затем мы попадаем в другую экосистему, которая имеет совершенно другую парадигму поведения этих соединений. Мы не могли это рационально объяснить". Райтон знала, что, возможно, есть что-то еще, что заставляет полифенолы и микроорганизмы по-разному взаимодействовать в почве. Ее группа провела эксперименты, чтобы проследить, что может происходить. Результаты исследований были опубликованы в Nature Communications.
В этой работе исследователи мониторировали образцы почвы в лаборатории с помощью метапротеомных инструментов, определяя, какие гены экспрессируют микробы в образцах почвы и какие белки они вырабатывают. Они также использовали методы аналитической химии для определения метаболитов и малых молекул, которые там присутствовали. "Это был просто химический лабиринт, в котором мы прослеживали эти соединения", - рассказывает Райтон.
Исследователи показали, что в бескислородных условиях почвенные микробы действительно расщепляют полифенолы и, вероятно, выделяют при этом углекислый газ; не похоже, чтобы они были хорошими помощниками в поглощении углерода. Однако это еще предстоит доказать в полевых условиях.
Bridget B. McGivern et al. Расшифровка бактериального метаболизма полифенолов в аноксической болотной почве (аннотация).
Микроорганизмы играют жизненно важную роль в регулировании разложения органических веществ и круговорота питательных веществ в почвенных экосистемах. Парадигма ферментной фиксации предполагает, что микробная деградация полифенолов затруднена в аноксическом торфе, что приводит к накоплению полифенолов и, соответственно, снижению микробной активности. Эта модель предполагает, что полифенолы недоступны для микроорганизмов в условиях аноксии, однако это предположение не было тщательно изучено ни в одном типе почвы.
В данном исследовании мы использовали аноксические почвенные реакторы с добавлением и без добавления полифенола для проверки этой гипотезы, используя метаболомику и геномную метапротеомику для изучения метаболизма полифенолов у почвенных микроорганизмов. Оспаривая идею о том, что полифенолы не являются биодоступными в условиях аноксии, мы приводим метаболитные доказательства того, что полифенолы деполимеризуются, что приводит к накоплению мономеров, а затем к образованию небольших продуктов деградации фенолов.
Кроме того, мы показали, что функция почвенного микробиома сохраняется и, возможно, усиливается при добавлении полифенолов. В целом, данное исследование предоставляет химические и ферментативные доказательства того, что некоторые почвенные микробиоты могут разлагать полифенолы в условиях аноксии и разрушать предполагаемый полифенольный блок в метаболизме почвенных микроорганизмов.
