MM
Molly McFadden
Author with expertise in Clostridium difficile Infection and Treatment
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
3
(67% Open Access)
Cited by:
340
h-index:
11
/
i10-index:
11
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
1

A metabolic pathway for bile acid dehydroxylation by the gut microbiome

Masanori Funabashi et al.Jun 17, 2020
The gut microbiota synthesize hundreds of molecules, many of which influence host physiology. Among the most abundant metabolites are the secondary bile acids deoxycholic acid (DCA) and lithocholic acid (LCA), which accumulate at concentrations of around 500 μM and are known to block the growth of Clostridium difficile1, promote hepatocellular carcinoma2 and modulate host metabolism via the G-protein-coupled receptor TGR5 (ref. 3). More broadly, DCA, LCA and their derivatives are major components of the recirculating pool of bile acids4; the size and composition of this pool are a target of therapies for primary biliary cholangitis and nonalcoholic steatohepatitis. Nonetheless, despite the clear impact of DCA and LCA on host physiology, an incomplete knowledge of their biosynthetic genes and a lack of genetic tools to enable modification of their native microbial producers limit our ability to modulate secondary bile acid levels in the host. Here we complete the pathway to DCA and LCA by assigning and characterizing enzymes for each of the steps in its reductive arm, revealing a strategy in which the A–B rings of the steroid core are transiently converted into an electron acceptor for two reductive steps carried out by Fe–S flavoenzymes. Using anaerobic in vitro reconstitution, we establish that a set of six enzymes is necessary and sufficient for the eight-step conversion of cholic acid to DCA. We then engineer the pathway into Clostridium sporogenes, conferring production of DCA and LCA on a nonproducing commensal and demonstrating that a microbiome-derived pathway can be expressed and controlled heterologously. These data establish a complete pathway to two central components of the bile acid pool. The biosynthetic pathway that produces the secondary bile acids DCA and LCA in human gut microbes has been fully characterized, engineered into another bacterial host, and used to confer DCA production in germ-free mice—an important proof-of-principle for the engineering of gut microbial pathways.
1
Citation340
0
Save
0

A metabolic pathway for bile acid dehydroxylation by the gut microbiome

Masanori Funabashi et al.Sep 5, 2019
The gut microbiota synthesize hundreds of molecules, many of which are known to impact host physiology. Among the most abundant metabolites are the secondary bile acids deoxycholic acid (DCA) and lithocholic acid (LCA), which accumulate at ~500 micromolar and are known to block C. difficile growth, promote hepatocellular carcinoma, and modulate host metabolism via the GPCR TGR5. More broadly, DCA, LCA and their derivatives are a major component of the recirculating bile acid pool; the size and composition of this pool are a target of therapies for primary biliary cholangitis and nonalcoholic steatohepatitis. Despite the clear impact of DCA and LCA on host physiology, incomplete knowledge of their biosynthetic genes and a lack of genetic tools in their native producer limit our ability to modulate secondary bile acid levels in the host. Here, we complete the pathway to DCA/LCA by assigning and characterizing enzymes for each of the steps in its reductive arm, revealing a strategy in which the A-B rings of the steroid core are transiently converted into an electron acceptor for two reductive steps carried out by Fe-S flavoenzymes. Using anaerobic in vitro reconstitution, we establish that a set of six enzymes is necessary and sufficient for the 8-step conversion of cholic acid to DCA. We then engineer the pathway into Clostridium sporogenes, conferring production of DCA and LCA on a non-producing commensal and demonstrating that a microbiome-derived pathway can be expressed and controlled heterologously. These data establish a complete pathway to two central components of the bile acid pool, and provide a road map for deorphaning and engineering pathways from the microbiome as a critical step toward controlling the metabolic output of the gut microbiota.
0

Thiophenesulfonamides are specific inhibitors of quorum sensing in pathogenic Vibrios

Joseph Newman et al.Apr 14, 2021
Abstract Vibrio bacteria are pathogens of fish, shellfish, coral, and humans due to contaminated seafood consumption. Vibrio virulence factors are controlled by the cell-to-cell communication called quorum sensing, thus this signaling system is a promising target for therapeutic design. We screened a compound library and identified nine compounds, including several 2-thiophenesulfonamides, that inhibit the master quorum sensing transcription factor LuxR in Vibrio campbellii but do not affect cell growth. We synthesized a panel of 50 thiophenesulfonamide compounds to examine the structure-activity relationship effects on quorum sensing in vivo. The most potent molecule identified, PTSP (3-phenyl-1-(thiophen-2-ylsulfonyl)-1 H -pyrazole), specifically inhibits LuxR homologs in multiple strains of Vibrio vulnificus , Vibrio parahaemolyticus , and V. campbellii with sub-micromolar concentrations. PTSP efficacy is driven by amino acid conservation in the binding pocket, which is accurately predicted using in silico modeling of inhibitors. Our results underscore the potential for developing thiophenesulfonamides as specific quorum sensing-directed treatments for Vibrio infections.