Bacteroides thetaiotaomicron Starch Utilization Promotes Quercetin Degradation and Butyrate Production by Eubacterium ramulus

Abstract

Consumption of flavonoids has been associated with protection against cardiovascular and neurodegenerative diseases. Most dietary flavonoids are subjected to bacterial transformations in the gut where they are converted into biologically active metabolites that are more bioavailable and have distinct effects relative to the parent compounds. While some of the pathways involved in the breakdown of flavonoids are emerging, little it is known about the impact of carbon source availability and community dynamics on flavonoid metabolism. This is relevant in the gut where there is a fierce competition for nutrients. In this study, we show that metabolism of one of the most commonly consumed flavonoids, quercetin, by the gut-associated bacterium Eubacterium ramulus is dependent on interspecies cross-feeding interactions when starch is the only energy source available. E. ramulus can degrade quercetin in the presence of glucose but is unable to use starch for growth or quercetin degradation. However, the starchmetabolizing bacterium Bacteroides thetaiotaomicron, which does not metabolize quercetin, stimulates degradation of quercetin and butyrate production by E. ramulus via cross-feeding of glucose and maltose molecules released from starch. These results suggest that dietary substrates and interactions between species modulate the degradation of flavonoids and production of butyrate, thus shaping their bioavailability and bioactivity, and likely impacting their health-promoting effects in humans.

El consumo de flavonoides se ha asociado con la protección contra enfermedades cardiovasculares y enfermedades neurodegenerativas. La mayoría de los flavonoides dietéticos están sujetos a bacterias. transformaciones en el intestino donde se convierten en metabolitos biológicamente activos que son más biodisponibles y tienen efectos distintos en relación con los compuestos originales. Si bien están surgiendo algunas de las vías involucradas en la descomposición de los flavonoides, poco se conoce sobre el impacto de la disponibilidad de fuentes de carbono y la dinámica comunitaria sobre el metabolismo de los flavonoides. Esto es relevante en el gut donde hay una competencia feroz por nutrientes. En este estudio, mostramos que el metabolismo de uno de los más comúnmente flavonoides consumidos, quercetina, por la bacteria asociada con el intestino Eubacterium ramulus depende de las interacciones de alimentación cruzada entre especies cuando el almidón es la única energía fuente disponible. E. ramulus puede degradar la quercetina en presencia de glucosa pero no puede usar almidón para el crecimiento o la degradación de la quercetina. Sin embargo, la bacteria metabolizadora de almidón Bacteroides thetaiotaomicron, que no metaboliza quercetina, estimula la degradación de la quercetina y la producción de butirato por E. ramulus a través de la alimentación cruzada de moléculas de glucosa y maltosa liberadas del almidón. Estas Los resultados sugieren que los sustratos dietéticos y las interacciones entre especies modulan la degradación de flavonoides y producción de butirato, lo que da forma a su biodisponibilidad y bioactividad, y probablemente impactando sus efectos de promoción de la salud en humanos.