Differential bacterial capture and transport preferences facilitate co-growth on dietary xylan in the human gut

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作者
Maria Louise Leth,Morten Ejby,Christopher T. Workman,David Ewald,Signe Schultz Pedersen,Claus Sternberg,Martin Iain Bahl,Tine Rask Licht,Finn L. Aachmann,Bjørge Westereng,Maher Abou Hachem
出处
期刊:Nature microbiology [Nature Portfolio]
卷期号:3 (5): 570-580 被引量:193
标识
DOI:10.1038/s41564-018-0132-8
摘要

Metabolism of dietary glycans is pivotal in shaping the human gut microbiota. However, the mechanisms that promote competition for glycans among gut commensals remain unclear. Roseburia intestinalis, an abundant butyrate-producing Firmicute, is a key degrader of the major dietary fibre xylan. Despite the association of this taxon to a healthy microbiota, insight is lacking into its glycan utilization machinery. Here, we investigate the apparatus that confers R. intestinalis growth on different xylans. R. intestinalis displays a large cell-attached modular xylanase that promotes multivalent and dynamic association to xylan via four xylan-binding modules. This xylanase operates in concert with an ATP-binding cassette transporter to mediate breakdown and selective internalization of xylan fragments. The transport protein of R. intestinalis prefers oligomers of 4–5 xylosyl units, whereas the counterpart from a model xylan-degrading Bacteroides commensal targets larger ligands. Although R. intestinalis and the Bacteroides competitor co-grew in a mixed culture on xylan, R. intestinalis dominated on the preferred transport substrate xylotetraose. These findings highlight the differentiation of capture and transport preferences as a possible strategy to facilitate co-growth on abundant dietary fibres and may offer a unique route to manipulate the microbiota based on glycan transport preferences in therapeutic interventions to boost distinct taxa. Characterization of xylan utilization loci in the butyrate-producing Firmicute Roseburia intestinalis provides mechanistic insight into its growth on different xylan substrates and its ability to co-grow and compete with a xylan-degrading commensal from the Bacteroides genus.
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