Oxalobacter formigenes

Oxalobacter formigenes เป็นแบคทีเรียแกรมลบที่ย่อยสลายออกซาเลตแบบไม่ใช้ออกซิเจนซึ่งแยกได้ครั้งแรกจากทางเดินอาหารของแกะใน พ.ศ. 2528 ปัจจุบันพบแบคทีเรียชนิดนี้อาศัยอยู่ในลำไส้ใหญ่ของสัตว์มีกระดูกสันหลังหลายชนิด รวมทั้งมนุษย์ และยังแยกได้จากตะกอนในแหล่งน้ำจืดอีกด้วย แบคทีเรียชนิดนี้จะแปรรูปออกซาเลตให้เป็นฟอร์เมตด้วยกระบวนการดีคาร์บอกซิเลชัน ซึ่งอาศัยเอนไซม์ออกซาลิล-โคเอ ดีคาร์บอกซิเลส (oxalyl-CoA decarboxylase) นี้เป็นกระบวนการผลิตพลังงานให้แบคทีเรียเอง

ยาปฏิชีวนะกลุ่มควิโนโลนแบบขอบเขตในการออกฤทธิ์กว้างสามารถฆ่าเชื้อ O. formigenes ได้ หากทางเดินอาหารของบุคคลไม่มีแบคทีเรียชนิดนี้ จะไม่มีแหล่งหลักของเอนไซม์ออกซาลีล-โคเอ ดีคาร์บอกซิเลส ทางเดินอาหารก็จะไม่สามารถย่อยออกซาเลตจากอาหารได้ หลังจากร่างกายย่อยสลายออกซาเลตบางส่วนตามการควบคุมของวิตามินบี 6 แล้ว ออกซาเลตจะถูกขับออกทางไต ซึ่งจะตกตะกอนจนกลายเป็นนิ่วในไตจากแคลเซียมออกซาเลต Oxalobacter formigenes สามารถป้องกันนิ่วในไตได้โดยการย่อยออกซาเลต

บทบาทและการปรากฏพบ O. formigenes ในลำไส้ของมนุษย์เป็นหัวข้อการวิจัยที่ได้รับความสนใจดำเนินการ

 จีโนม 

จีโนมของ O. formigenes ได้รับการจัดลำดับโดยนักวิจัยอย่างน้อยสามคณะ โดยมีปริมาณ G+C อยู่ที่ร้อยละ 49.6

 อนุกรมวิธาน 
จากสัดส่วนกรดไขมัน การหาลำดับเบสองค์ประกอบ 16S ของไรโบโซมอล อาร์เอ็นเอ (16S rRNA) และดีเอ็นเอตรวจสอบ (DNA probe) ที่จำเพาะต่อยีน oxc (ออกซาลิล-โคเอ ดีคาร์บอกซิเลส) และ frc (ฟอร์มิล-โคเอ ทรานสเฟอเรส) O. formigenes ได้ถูกแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม กลุ่ม 1 มีความหลากหลายน้อยกว่าและเจริญเติบโตได้ดีกว่ากลุ่ม 2 จนถึงปัจจุบัน การวิจัยส่วนใหญ่เน้นที่สายพันธุ์กลุ่ม 1 เนื่องจากเจริญเติบโตได้ง่าย

การวิเคราะห์ด้วยดีเอ็นเอตรวจสอบ แสดงให้เห็นว่ากลุ่มที่ 2 อาจแบ่งออกได้อีกเป็นสองกลุ่มย่อย การจัดลำดับจีโนมทั้งหมดเผยให้เห็นว่าหน่วยอนุกรมวิธานดั้งเดิมของ O. formigenes สามารถแบ่งออกได้เป็นสปีชีส์เพิ่มเติมอีกสามสปีชีส์ ได้แก่ Oxalobacter aliiformigenes, Oxalobacter paeniformigenes และ Oxalobacter paraformigenes

 เมแทบอลิซึม 
O. formigenes ใช้ออกซาเลตเป็นแหล่งคาร์บอนหลัก ออกซาเลตถูกดูดซึมผ่านโปรตีน ออกซาเลต:ฟอร์เมต แอนติพอร์ตเตอร์ (oxalate:formate antiporter, OxlT) ในสัดส่วน 1:1 จากนั้นออกซาเลตที่นำเข้าจะถูกแปลงเป็นออกซาลิล-โคเอ ผ่านเอนไซม์ฟอร์มิล-โคเอ ทรานสเฟอเรส (formyl-CoA transferase, frc) ซึ่งออกซาลิล-โคเอ จะถูกกำจัดหมู่คาร์บอกซิลโดยใช้ H+ ผ่านเอนไซม์ออกซาลิล-โคเอ ดีคาร์บอกซิเลส (oxc) ปล่อย CO2 และสร้างฟอร์มิล-โคเอ ซึ่งใช้สำหรับปฏิกิริยา frc โดยรวมแล้ว ฟอร์เมตและ CO2 ประมาณ 1 โมล ถูกผลิตขึ้นต่อออกซาเลตที่บริโภคไป 1 โมล 3H+ ถูกนำเข้ามาผ่านเอนไซม์กลุ่มเอทีเพส (ATPase) เพื่อให้ H+ สำหรับปฏิกิริยาดีคาร์บอกซิเลชัน

 การสร้างชีวมวลเซลล์ 
ชีวมวลใน O. formigenes เกิดขึ้นจากการบริโภคออกซาเลตเป็นหลักผ่านการเผาผลาญออกซาลิล-โคเอ ในวิถีเมแทบอลิซึมของกลีเซอเรต อะซิเตตและคาร์บอเนตก็ถูกใช้สำหรับสร้างชีวมวลเซลล์ แต่ใช้ในปริมาณที่น้อยกว่าออกซาเลต

 การเจริญในการเพาะเลี้ยง 
O. formigenes ถูกแยกในออกซาเลตที่มีอาหารเลี้ยงเชื้อแบบไม่ใช้ออกซิเจน ปัจจุบัน O. formigenes ถูกเพาะในหลอดทดลองปิดผนึกสูงแบบไม่ใช้ออกซิเจน (Hungate tube) โดยใช้อาหารเลี้ยงเชื้อที่มีคาร์บอนไดออกไซด์-ไบคาร์บอเนตบัฟเฟอร์และออกซาเลต การเจริญเติบโตที่เหมาะสมที่สุดจะเกิดขึ้นที่ค่า pH ระหว่าง 6 ถึง 7 ออกซาเลตใช้ที่ 20 มิลลิโมลาร์ สำหรับการฟื้นคืนสภาพจากการแช่แข็งและการบำรุงรักษาโดยทั่วไป แต่สามารถเพิ่มความเข้มข้นเป็น 100 มิลลิโมลาร์ เพื่อเพิ่มความหนาแน่นของเซลล์ได้ ในขณะที่ออกซาเลตเป็นแหล่งคาร์บอนหลัก อะซิเตตและสารสกัดจากยีสต์ในปริมาณเล็กน้อยก็ช่วยสนับสนุนการเจริญเติบโตได้ O. formigenes สามารถเข้าสู่ระยะคงที่ได้ในเวลาประมาณ 24–48 ชั่วโมง แต่บางครั้งอาจล่าช้าถึง 72 ชั่วโมง

อาหารเพาะเลี้ยงแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่มีส่วนผสมซับซ้อน (เช่น Brain heart infusion) ไม่สามารถสนับสนุนการเติบโตของ O. formigenes ได้ เว้นแต่จะเสริมด้วยออกซาเลต ดังนั้นจึงสามารถใช้อาหารเสริมเหล่านี้เพื่อประเมินความบริสุทธิ์ของเชื้อ O. formigenes ได้

 การดื้อยาและความไวต่อยาปฏิชีวนะ 
เนื่องจาก O. formigenes เป็นแบคทีเรียที่ต้องการการเพาะเลี้ยงที่พิถีพิถัน วิธีการดั้งเดิมในการทดสอบความไวต่อยาปฏิชีวนะจึงไม่เพียงพอ แบคทีเรียจะได้รับการเพาะเลี้ยงในสภาพที่มียาปฏิชีวนะและคัดกรองความมีชีวิตโดยใช้วุ้นออกซาเลตแบบแอนแอโรบิกทึบแสง วิธีนี้แสดงให้เห็นว่า O. formigenes ดื้อต่อกรดนาลิดิซิก แอมพิซิลลิน อะม็อกซีซิลลิน สเตรปโตมัยซิน และแวนโคไมซิน นอกจากนี้ยังพบว่า O. formigenes ไวต่อซิโปรฟลอกซาซิน คลาริโทรไมซิน คลินดาไมซิน ดอกซีไซคลิน เจนตามัยซิน เลโวฟลอกซาซิน เมโทรนิดาโซล และเตตราไซคลิน

 อุบัติการณ์ในลำไส้ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม 
พบ O. formigenes ในระบบทางเดินอาหารของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและมักแยกได้จากอุจจาระ นอกจากวิธีการเพาะเชื้อแล้ว ยังสามารถตรวจพบ O. formigenes ได้โดยใช้เทคนิคทางโมเลกุล เช่น qPCR และการวิเคราะห์ลำดับเบสเอ็นจีเอส (Next generation sequencing)

 มนุษย์ 
โดยทั่วไปมนุษย์ไม่ได้เกิดมาพร้อมกับเชื้อ O. formigenes และเชื้อจะเข้ามาอาศัยในลำไส้มนุษย์เมื่อทารกเริ่มคลานไปรอบ&hairsp;ๆ ในวัยผู้ใหญ่ ความถี่ที่พบของเชื้อ O. formigenes ในจุลินทรีย์ในลำไส้จะแตกต่างกันไปในแต่ละกลุ่มประชากร ในภาคเหนือของอินเดีย เชื้อ O. formigenes พบได้ประมาณร้อยละ 65 ของประชากร ในเกาหลีใต้และญี่ปุ่น เชื้อ O. formigenes พบได้ประมาณร้อยละ 75 ของประชากร ในสหรัฐอเมริกา เชื้อ O. formigenes พบได้เพียงประมาณร้อยละ 30 ของประชากร ประชากรที่ไม่ได้ปฏิบัติตามการแพทย์สมัยใหม่หรือใช้ชีวิตตามวัฒนธรรมตะวันตก มักจะพบเชื้อ O. formigenes มากขึ้น ซึ่งอาจหมายความว่าวิถีการปฏิบัตินี้ส่งผลต่อการเจริญเป็นกลุ่มในลำไส้ของเชื้อ O. formigenes

 สัตว์เคี้ยวเอื้อง 
แนวคิดที่ว่าสัตว์เคี้ยวเอื้องมีแบคทีเรียที่ย่อยสลายออกซาเลตอาศัยอยู่ เกิดจากการสังเกตพบว่าแกะที่กินพืชที่มีออกซาเลตสูง (เช่น Halogeton glomeratus) กินพืชชนิดนี้เข้าไปเป็นจำนวนมากและตายโดยพิษต่อไตจากออกซาเลต อย่างไรก็ตาม การทำให้แกะปรับตัวให้ชินกับการบริโภคออกซาเลตในปริมาณสูงอย่างช้า&hairsp;ๆ จะทำให้แกะสามารถรอดชีวิตจากการบริโภคพืชที่มีออกซาเลตสูงในปริมาณมากได้ ส่งผลให้มีการเสนอว่าแบคทีเรียประจำถิ่นที่ย่อยสลายออกซาเลตจะได้รับการเสริมประสิทธิภาพโดยการค่อย&hairsp;ๆ ให้อาหารที่มีออกซาเลตสูง ซึ่งจะช่วยปกป้องแกะจากความเสียหายของไตที่เกิดจากออกซาเลต{{Cite journal | vauthors = Allison MJ, Littledike ET, James LF | title = Changes in ruminal oxalate degradation rates associated with adaptation to oxalate ingestion | journal = Journal of Animal Science | volume = 45 | issue = 5 | pages = 1173–1179 | date = November 1977 | pmid = 599103 | doi = 10.2527/jas1977.4551173x | df = dmy-all} ในปี พ.ศ. 2523 แบคทีเรียที่ย่อยสลายออกซาเลตตัวแรกถูกแยกออกจากกระเพาะผ้าขี้ริ้วของแกะ และต่อมาได้มีการตั้งชื่อแบคทีเรียชนิดนี้ว่า Oxalobacter formigenes

 บทบาทที่เป็นไปได้ในโรคนิ่วในไต 
มีการศึกษาวิจัย O. formigenes เพื่อดูบทบาทในการบรรเทาโรคนิ่วในไตที่เกิดจากแคลเซียมออกซาเลต เนื่องจาก O. formigenes เผาผลาญออกซาเลตเพื่อใช้เป็นแหล่งคาร์บอนหลัก

 การย่อยสลายออกซาเลต 
จากการทดลองในหลอดทดลองพบว่า O. formigenes เป็นแบคทีเรียที่กินออกซาเลตโดยเฉพาะ ซึ่งสามารถย่อยสลายออกซาเลตได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าแบคทีเรียที่กินออกซาเลตทั่วไปชนิดอื่น&hairsp;ๆ การวิจัยเบื้องต้นชี้ให้เห็นถึงการสูญเสียแบคทีเรียที่ย่อยสลายออกซาเลต เช่น O. formigenes หลังจากการใช้ยาปฏิชีวนะ เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้เกิดโรคนิ่วในไตจากแคลเซียมออกซาเลต การเจริญเป็นกลุ่มในลำไส้ของ O. formigenes พบว่าส่งผลให้ปริมาณออกซาเลตในปัสสาวะลดลง และความถี่ของการเกิดนิ่วในไตลดลง

จากงานศึกษาวิจัยขนาดเล็ก การเสริมด้วย O. formigenes HC-1 (สายพันธุ์ในมนุษย์) ทางปากร่วมกับการให้ออกซาเลตขนาดเริ่มต้น ส่งผลให้การขับออกซาเลตลดลงในช่วง 6 ชั่วโมงทันทีหลังจากกิน อย่างไรก็ตาม การทดลองทางคลินิกไม่ประสบความสำเร็จในการสร้างกลุ่มเจริญของ O. formigenes และการลดความเข้มข้นของออกซาเลตในปัสสาวะและพลาสมา

งานวิจัยล่าสุดที่ใช้การวิเคราะห์ลำดับเบสเอ็นจีเอสพบว่า O. formigenes เข้าไปเจริญเป็นกลุ่มในลำไส้ของกลุ่มควบคุมที่มีการก่อตัวของนิ่วในไตจากแคลเซียมออกซาเลตและกลุ่มควบคุมที่ไม่มีการก่อตัวของนิ่ว การสังเกตนี้ทำให้เกิดแนวคิดว่า O. formigenes อาจไม่ใช่ชนิดพันธุ์เดียวที่ควบคุมการย่อยสลายออกซาเลตของจุลินทรีย์ในลำไส้ แต่เป็นส่วนหนึ่งของเครือข่ายแบคทีเรียที่เกิดร่วมกันซึ่งควบคุมการย่อยสลายออกซาเลตร่วมกัน

 สารเร่งการคัดหลั่งที่ส่งเสริมภาวะ Oxalate dumping ในลำไส้ 
มีการเสนอว่า O. formigenes สร้างสารเร่งการคัดหลั่งที่สามารถกระตุ้นการขนส่งออกซาเลตในเซลล์เยื่อบุผนังลำไส้ แม้ว่าจะมีการแสดงการหลั่งออกซาเลตในเซลล์เยื่อบุผนังลำไส้ในเซลล์ไลน์ของมนุษย์และแบบจำลองสัตว์ฟันแทะ แต่ยังไม่ได้รับการยืนยันในมนุษย์ โมเลกุลออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่มีศักยภาพได้รับการระบุและทดสอบในแบบจำลองสัตว์

 อ้างอิง 

หมวดหมู่:Burkholderiales
หมวดหมู่:แบคทีเรียแกรมลบ