Oxalobacter formigenes

Oxalobacter formigenesเป็นแบคทีเรียแกรมลบที่ย่อยสลายออกซาเลตแบบไม่ใช้ออกซิเจนซึ่งแยกได้ครั้งแรกจากทางเดินอาหารของแกะใน พ.ศ. 2528ปัจจุบันพบแบคทีเรียชนิดนี้อาศัยอยู่ในลำไส้ใหญ่ของสัตว์มีกระดูกสันหลังหลายชนิด รวมทั้งมนุษย์ และยังแยกได้จากตะกอนในแหล่งน้ำจืดอีกด้วยแบคทีเรียชนิดนี้จะแปรรูปออกซาเลตให้เป็นฟอร์เมตด้วยกระบวนการดีคาร์บอกซิเลชันซึ่งอาศัยเอนไซม์ออกซาลิล-โคเอ ดีคาร์บอกซิเลส(oxalyl-CoA decarboxylase) นี้เป็นกระบวนการผลิตพลังงานให้แบคทีเรียเอง
ยาปฏิชีวนะกลุ่มควิโนโลนแบบขอบเขตในการออกฤทธิ์กว้างสามารถฆ่าเชื้อO. formigenesได้หากทางเดินอาหารของบุคคลไม่มีแบคทีเรียชนิดนี้ จะไม่มีแหล่งหลักของเอนไซม์ออกซาลีล-โคเอ ดีคาร์บอกซิเลส ทางเดินอาหารก็จะไม่สามารถย่อยออกซาเลตจากอาหารได้ หลังจากร่างกายย่อยสลายออกซาเลตบางส่วนตามการควบคุมของวิตามินบี 6แล้ว ออกซาเลตจะถูกขับออกทางไตซึ่งจะตกตะกอนจนกลายเป็นนิ่วในไตจากแคลเซียมออกซาเลตOxalobacter formigenesสามารถป้องกันนิ่วในไตได้โดยการย่อยออกซาเลต
บทบาทและการปรากฏพบO. formigenesในลำไส้ของมนุษย์เป็นหัวข้อการวิจัยที่ได้รับความสนใจดำเนินการ
จีโนมของO. formigenesได้รับการจัดลำดับโดยนักวิจัยอย่างน้อยสามคณะ โดยมีปริมาณ G+C อยู่ที่ร้อยละ 49.6
จากสัดส่วนกรดไขมัน การหาลำดับเบสองค์ประกอบ 16S ของไรโบโซมอล อาร์เอ็นเอ(16S rRNA) และดีเอ็นเอตรวจสอบ (DNA probe) ที่จำเพาะต่อยีนoxc(ออกซาลิล-โคเอ ดีคาร์บอกซิเลส) และfrc(ฟอร์มิล-โคเอ ทรานสเฟอเรส)O. formigenesได้ถูกแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มกลุ่ม 1 มีความหลากหลายน้อยกว่าและเจริญเติบโตได้ดีกว่ากลุ่ม 2 จนถึงปัจจุบัน การวิจัยส่วนใหญ่เน้นที่สายพันธุ์กลุ่ม 1 เนื่องจากเจริญเติบโตได้ง่าย
การวิเคราะห์ด้วยดีเอ็นเอตรวจสอบ แสดงให้เห็นว่ากลุ่มที่ 2 อาจแบ่งออกได้อีกเป็นสองกลุ่มย่อยการจัดลำดับจีโนมทั้งหมดเผยให้เห็นว่าหน่วยอนุกรมวิธานดั้งเดิมของO. formigenesสามารถแบ่งออกได้เป็นสปีชีส์เพิ่มเติมอีกสามสปีชีส์ ได้แก่Oxalobacter aliiformigenes,Oxalobacter paeniformigenesและOxalobacter paraformigenes
O. formigenesใช้ออกซาเลตเป็นแหล่งคาร์บอนหลักออกซาเลตถูกดูดซึมผ่านโปรตีน ออกซาเลต:ฟอร์เมต แอนติพอร์ตเตอร์ (oxalate:formate antiporter,OxlT) ในสัดส่วน 1:1จากนั้นออกซาเลตที่นำเข้าจะถูกแปลงเป็นออกซาลิล-โคเอ ผ่านเอนไซม์ฟอร์มิล-โคเอ ทรานสเฟอเรส (formyl-CoA transferase,frc) ซึ่งออกซาลิล-โคเอ จะถูกกำจัดหมู่คาร์บอกซิลโดยใช้ Hผ่านเอนไซม์ออกซาลิล-โคเอ ดีคาร์บอกซิเลส (oxc) ปล่อย CO2และสร้างฟอร์มิล-โคเอ ซึ่งใช้สำหรับปฏิกิริยาfrcโดยรวมแล้ว ฟอร์เมตและ CO2ประมาณ 1โมลถูกผลิตขึ้นต่อออกซาเลตที่บริโภคไป 1 โมล3Hถูกนำเข้ามาผ่านเอนไซม์กลุ่มเอทีเพส (ATPase) เพื่อให้ Hสำหรับปฏิกิริยาดีคาร์บอกซิเลชัน
ชีวมวลในO. formigenesเกิดขึ้นจากการบริโภคออกซาเลตเป็นหลักผ่านการเผาผลาญออกซาลิล-โคเอ ในวิถีเมแทบอลิซึมของกลีเซอเรตอะซิเตตและคาร์บอเนตก็ถูกใช้สำหรับสร้างชีวมวลเซลล์ แต่ใช้ในปริมาณที่น้อยกว่าออกซาเลต
O. formigenesถูกแยกในออกซาเลตที่มีอาหารเลี้ยงเชื้อแบบไม่ใช้ออกซิเจนปัจจุบันO. formigenesถูกเพาะในหลอดทดลองปิดผนึกสูงแบบไม่ใช้ออกซิเจน (Hungate tube) โดยใช้อาหารเลี้ยงเชื้อที่มีคาร์บอนไดออกไซด์-ไบคาร์บอเนตบัฟเฟอร์และออกซาเลตการเจริญเติบโตที่เหมาะสมที่สุดจะเกิดขึ้นที่ค่า pH ระหว่าง 6 ถึง 7 ออกซาเลตใช้ที่ 20 มิลลิโมลาร์ สำหรับการฟื้นคืนสภาพจากการแช่แข็งและการบำรุงรักษาโดยทั่วไป แต่สามารถเพิ่มความเข้มข้นเป็น 100มิลลิโมลาร์เพื่อเพิ่มความหนาแน่นของเซลล์ได้ ในขณะที่ออกซาเลตเป็นแหล่งคาร์บอนหลักอะซิเตตและสารสกัดจากยีสต์ในปริมาณเล็กน้อยก็ช่วยสนับสนุนการเจริญเติบโตได้O. formigenesสามารถเข้าสู่ระยะคงที่ได้ในเวลาประมาณ 24–48 ชั่วโมง แต่บางครั้งอาจล่าช้าถึง 72 ชั่วโมง
อาหารเพาะเลี้ยงแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่มีส่วนผสมซับซ้อน (เช่นBrain heart infusion) ไม่สามารถสนับสนุนการเติบโตของO. formigenesได้ เว้นแต่จะเสริมด้วยออกซาเลต ดังนั้นจึงสามารถใช้อาหารเสริมเหล่านี้เพื่อประเมินความบริสุทธิ์ของเชื้อO. formigenesได้
เนื่องจากO. formigenesเป็นแบคทีเรียที่ต้องการการเพาะเลี้ยงที่พิถีพิถัน วิธีการดั้งเดิมในการทดสอบความไวต่อยาปฏิชีวนะจึงไม่เพียงพอ แบคทีเรียจะได้รับการเพาะเลี้ยงในสภาพที่มียาปฏิชีวนะและคัดกรองความมีชีวิตโดยใช้วุ้นออกซาเลตแบบแอนแอโรบิกทึบแสงวิธีนี้แสดงให้เห็นว่าO. formigenesดื้อต่อกรดนาลิดิซิกแอมพิซิลลินอะม็อกซีซิลลินสเตรปโตมัยซินและแวนโคไมซินนอกจากนี้ยังพบว่าO. formigenesไวต่อซิโปรฟลอกซาซินคลาริโทรไมซินคลินดาไมซินดอกซีไซคลินเจนตามัยซินเลโวฟลอกซาซินเมโทรนิดาโซลและเตตราไซคลิน
พบO. formigenesในระบบทางเดินอาหารของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและมักแยกได้จากอุจจาระนอกจากวิธีการเพาะเชื้อแล้ว ยังสามารถตรวจพบO. formigenesได้โดยใช้เทคนิคทางโมเลกุล เช่นqPCRและการวิเคราะห์ลำดับเบสเอ็นจีเอส (Next generation sequencing)
โดยทั่วไปมนุษย์ไม่ได้เกิดมาพร้อมกับเชื้อO. formigenesและเชื้อจะเข้ามาอาศัยในลำไส้มนุษย์เมื่อทารกเริ่มคลานไปรอบ ๆในวัยผู้ใหญ่ ความถี่ที่พบของเชื้อO. formigenesในจุลินทรีย์ในลำไส้จะแตกต่างกันไปในแต่ละกลุ่มประชากร ในภาคเหนือของอินเดียเชื้อO. formigenesพบได้ประมาณร้อยละ 65 ของประชากรในเกาหลีใต้และญี่ปุ่นเชื้อO. formigenesพบได้ประมาณร้อยละ 75 ของประชากรในสหรัฐอเมริกาเชื้อO. formigenesพบได้เพียงประมาณร้อยละ 30 ของประชากรประชากรที่ไม่ได้ปฏิบัติตามการแพทย์สมัยใหม่หรือใช้ชีวิตตามวัฒนธรรมตะวันตกมักจะพบเชื้อO. formigenesมากขึ้น ซึ่งอาจหมายความว่าวิถีการปฏิบัตินี้ส่งผลต่อการเจริญเป็นกลุ่มในลำไส้ของเชื้อO. formigenes
แนวคิดที่ว่าสัตว์เคี้ยวเอื้องมีแบคทีเรียที่ย่อยสลายออกซาเลตอาศัยอยู่ เกิดจากการสังเกตพบว่าแกะที่กินพืชที่มีออกซาเลตสูง (เช่นHalogeton glomeratus) กินพืชชนิดนี้เข้าไปเป็นจำนวนมากและตายโดยพิษต่อไตจากออกซาเลตอย่างไรก็ตาม การทำให้แกะปรับตัวให้ชินกับการบริโภคออกซาเลตในปริมาณสูงอย่างช้า ๆ จะทำให้แกะสามารถรอดชีวิตจากการบริโภคพืชที่มีออกซาเลตสูงในปริมาณมากได้ส่งผลให้มีการเสนอว่าแบคทีเรียประจำถิ่นที่ย่อยสลายออกซาเลตจะได้รับการเสริมประสิทธิภาพโดยการค่อย ๆ ให้อาหารที่มีออกซาเลตสูง ซึ่งจะช่วยปกป้องแกะจากความเสียหายของไตที่เกิดจากออกซาเลตในปี พ.ศ. 2523 แบคทีเรียที่ย่อยสลายออกซาเลตตัวแรกถูกแยกออกจากกระเพาะผ้าขี้ริ้วของแกะ และต่อมาได้มีการตั้งชื่อแบคทีเรียชนิดนี้ว่าOxalobacter formigenes
มีการศึกษาวิจัยO. formigenesเพื่อดูบทบาทในการบรรเทาโรคนิ่วในไตที่เกิดจากแคลเซียมออกซาเลตเนื่องจากO. formigenesเผาผลาญออกซาเลตเพื่อใช้เป็นแหล่งคาร์บอนหลัก
จากการทดลองในหลอดทดลองพบว่าO. formigenesเป็นแบคทีเรียที่กินออกซาเลตโดยเฉพาะ ซึ่งสามารถย่อยสลายออกซาเลตได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าแบคทีเรียที่กินออกซาเลตทั่วไปชนิดอื่น ๆการวิจัยเบื้องต้นชี้ให้เห็นถึงการสูญเสียแบคทีเรียที่ย่อยสลายออกซาเลต เช่นO. formigenesหลังจากการใช้ยาปฏิชีวนะเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้เกิดโรคนิ่วในไตจากแคลเซียมออกซาเลตการเจริญเป็นกลุ่มในลำไส้ของO. formigenesพบว่าส่งผลให้ปริมาณออกซาเลตในปัสสาวะลดลงและความถี่ของการเกิดนิ่วในไตลดลง
จากงานศึกษาวิจัยขนาดเล็ก การเสริมด้วยO. formigenesHC-1 (สายพันธุ์ในมนุษย์) ทางปากร่วมกับการให้ออกซาเลตขนาดเริ่มต้น ส่งผลให้การขับออกซาเลตลดลงในช่วง 6 ชั่วโมงทันทีหลังจากกินอย่างไรก็ตามการทดลองทางคลินิกไม่ประสบความสำเร็จในการสร้างกลุ่มเจริญของO. formigenesและการลดความเข้มข้นของออกซาเลตในปัสสาวะและพลาสมา
งานวิจัยล่าสุดที่ใช้การวิเคราะห์ลำดับเบสเอ็นจีเอสพบว่าO. formigenesเข้าไปเจริญเป็นกลุ่มในลำไส้ของกลุ่มควบคุมที่มีการก่อตัวของนิ่วในไตจากแคลเซียมออกซาเลตและกลุ่มควบคุมที่ไม่มีการก่อตัวของนิ่วการสังเกตนี้ทำให้เกิดแนวคิดว่าO. formigenesอาจไม่ใช่ชนิดพันธุ์เดียวที่ควบคุมการย่อยสลายออกซาเลตของจุลินทรีย์ในลำไส้ แต่เป็นส่วนหนึ่งของเครือข่ายแบคทีเรียที่เกิดร่วมกันซึ่งควบคุมการย่อยสลายออกซาเลตร่วมกัน
มีการเสนอว่าO. formigenesสร้างสารเร่งการคัดหลั่งที่สามารถกระตุ้นการขนส่งออกซาเลตในเซลล์เยื่อบุผนังลำไส้แม้ว่าจะมีการแสดงการหลั่งออกซาเลตในเซลล์เยื่อบุผนังลำไส้ในเซลล์ไลน์ของมนุษย์และแบบจำลองสัตว์ฟันแทะแต่ยังไม่ได้รับการยืนยันในมนุษย์ โมเลกุลออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่มีศักยภาพได้รับการระบุและทดสอบในแบบจำลองสัตว์