The role of human gut bacteria in bioactivation of polyphenolic isoflavones and pyranoanthocyanins
Final Report Abstract
Innerhalb der polyphenolischen sekundären Pflanzeninhaltsstoffe sind die Isoflavone aufgrund ihrer postulierten präventiven Wirkung hinsichtlich hormon- und altersabhängiger Erkrankungen, wie Krebs, Osteoporose und postmenopausales Syndrom, in den letzten Jahren zunehmend in den Mittelpunkt des Interesses gerückt. Durch den Verzehr von Sojaprodukten und Nahrungsergänzungsmitteln können bedeutende Mengen an Isoflavonen, wie Daidzein und Genistein, aufgenommen werden. Die Darmbakterien spielen eine Schlüsselrolle bei der Bioaktivierung von Isoflavonen, da entscheidende Transformationsreaktionen nicht vom Wirt sondern nur von Bakterien katalysiert werden. So wird Daidzein im Darm ausschließlich durch Bakterien zu dem vermutlich stärker wirksamen Metaboliten Equol transformiert. Bisher ist jedoch wenig über die Bakterienarten bekannt, die für die Umsetzung von Isoflavonen im menschlichen Darm verantwortlich sind. Die Isolierung von Equol-bildenden Bakterienspezies und der Nachweis ihrer Aktivität in vivo gehörten deshalb zu den Hauptzielen dieses Vorhabens. Aus einer humanen Fäzessuspension gelang es uns, einen Bakterienstamm mit der Fähigkeit zur Bildung von Equol aus Daidzein zu isolieren. Das Isolat wurde als neue Spezies, Slackia isoflavoniconvertens, beschrieben. S. isoflavoniconvertens transformiert Daidzein über Dihydrodaidzein zu Equol. Darüber hinaus wiesen wir mit dieser Spezies erstmals die entsprechende Bildung von 5-Hydroxyequol aus Genistein über Dihydrogenistein nach. Identische Enzymaktivitäten beobachteten wir in einem aus der Maus isolierten Bakterienstamm. Bei diesem Isolat handelte es sich wie bei S. isoflavoniconvertens um eine neue Spezies der Coriobacteriaceae, die nachfolgend als Enterorhabdus mucosicola beschrieben wurde. Die genauere Untersuchung der Umsetzung von Daidzein, Genistein und ihren Dihydro-Derivaten durch die beiden isolierten Spezies ergab, dass die beteiligten Enzyme nur in Anwesenheit dieser Isoflavonoide exprimiert werden. Zum Nachweis der Equol-bildenden Aktivität von S. isoflavoniconvertens in vivo sollte ein gnotobiotisches Rattenmodells etabliert werden. Nach der erfolgreichen Besiedlung von keimfreien Tieren wurden neben Equol die bakteriellen Metabolite Dihydrodaidzein und Dihydrogenistein in Blutproben bzw. Darminhalten nachgewiesen. Die Aussagekraft dieser Versuche war jedoch durch Kontaminationen bzw. große interindividuelle Unterschiede der Tiere eingeschränkt. Neben den O-Glycosiden liegen Isoflavone und andere Polyphenole in Pflanzen als C-Glycoside vor, die nicht von humanen Enzymen deglycosyliert werden können. In Inkubationsstudien mit humanen Fäzessuspensionen wurde Daidzein aus dem entsprechenden 8-C-Glucosid, Puerarin, nur durch die Darmbakterien von einem der Spender freigesetzt. Der anschließend aus angereicherten aktiven Mischkulturen isolierte Bakterienstamm CG19-1 deglycosylierte neben Puerarin auch weitere bioaktive Aryl-C-glucoside sowie Flavonoid-O-glucoside. Die in diesem Projekt erfolgte Identifizierung von Bakterien leistet einen Beitrag zur Aufklärung der Bioaktiverung von Isoflavonen und anderen polyphenolischen Nahrungsmittelinhaltsstoffen durch Bakterien im Darm des Menschen.
Publications
- (2008) Anaerobic conversion of the isoflavones daidzein and genistein by a human gut bacterium. Fourth European Nutrigenomics Conference, Potsdam
Matthies A, Blaut M, Braune A
- (2008) Bioaktivierung des Isoflavons Daidzein durch Darmbakterien des Menschen. 45. Wissenschaftlicher Kongress der Deutschen Gesellschaft für Ernährung, Bonn, ref. Proceedings of the German Nutrition Society 12, 61 (2008)
Matthies A, Blaut M, Braune A
- (2008) Conversion of daidzein and genistein by an anaerobic bacterium newly isolated from the mouse intestine. Appl Environ Microbiol 74, 4847-4852
Matthies A, Clavel T, Gütschow M, Engst W, Haller D, Blaut M, Braune A
- (2009) Forgotten cultivable bugs: Identity and functions of novel mouse intestinal bacteria. 2. Tagung der DGHM-Fachgruppe “Microbiota, Probiota and Host”, Seeon
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- (2009) Isolation of a human intestinal bacterium capable of converting daidzein and genistein. Appl Environ Microbiol 75, 1740-1744
Matthies A, Blaut M, Braune A
- (2009) Isolation of bacteria from the ileal mucosa of TNFdeltaARE mice and description of Enterorhabdus mucosicola gen. nov., sp. nov. Int J Syst Evol Microbiol 59, 1805-1812
Clavel T, Charrier C, Braune A, Wenning M, Blaut M, Haller D
