DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1719918
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41568046
تاريخ النشر: 2026-01-06
المؤلف: Andreea Silvia Pîrvu وآخرون
الموضوع الرئيسي: تفاعلات وتأثيرات العناصر الدقيقة للنبات
نظرة عامة
في هذا القسم، يستكشف المؤلفون دور البورون (B) في الأنظمة البيولوجية، وخاصةً مشاركته في الاستشعار الجماعي (QS) من خلال التكوين المعقد القابل للعكس مع الديولات واسترات الفوسفات. يحددون مجموعتين وظيفيتين من البورون الغذائي: البورون القابل للوصول في البلازما (PAB)، والذي يشمل الأنواع القابلة للاختلاط بحرية مثل B(OH)₃ وB(OH)₄⁻، ومعقدات البورون القابلة للوصول من الميكروبات (MABCs)، التي تتشكل في الموقع مع مركبات عضوية متنوعة. يُقترح أن تخلق MABCs خزانات محلية عند واجهة المخاط والظهارة، مما يؤثر على سلوك واعتراف جزيئات الإشارة المتعلقة بـ AI-2.
يقترح المؤلفون إطار عمل يسمى “التعايش البوروني” لوصف كيف يمكن أن يستقر البورون الوسائط المشتقة من DPD ويسهل تحديد الإمكانات الكيميائية عبر MABCs، مما يؤثر بذلك على ديناميات المجتمع الميكروبي. يؤكدون أن تعزيز إشارة AI-2 يعتمد على السياق، مما قد يدعم سلوكيات ميكروبية مفيدة وأخرى انتهازية. للتحقيق في هذه الديناميات، يحدد المؤلفون منهجيات تجريبية، بما في ذلك ¹¹B-NMR لتحليل الأنواع وLC-MS المستهدف لاكتشاف AI-2، بهدف تمييز النتائج المفيدة عن الضارة. في النهاية، يضعون البورون كمنظم مهم للاستشعار الجماعي في الأمعاء، مقترحين توقعات قابلة للاختبار تربط بين البورون الغذائي وإشارات الميكروبات والأنماط الظاهرية للمضيف، مع الاعتراف بالإمكانات المزدوجة لتأثيرات البورون التي يمكن أن تكون إما مفيدة أو ضارة.
مقدمة
تناقش مقدمة الورقة التفاعل المعقد بين البشر وميكروبيوم الأمعاء لديهم، مع التأكيد على دور جزيئات الاستشعار الجماعي (QS)، وخاصةً المحفز الذاتي-2 (AI-2)، في تسهيل التواصل بين البكتيريا. يتميز AI-2 كجزيء إشارة محفوظ، حيث يعتمد شكله النشط بيولوجيًا، AI-2B، على توفر البورون (B). يقدم المؤلفون مفهوم “التعايش البوروني”، الذي يصف كيف يستقر B الإشارات الرئيسية لـ QS ويؤثر على تفاعلات المضيف والميكروبات من خلال تشكيل معقدات البورون القابلة للوصول من الميكروبات (MABCs) والبورون القابل للوصول في البلازما (PAB).
تسلط الورقة الضوء على أن توافر B البيولوجي في الأمعاء يحدث عبر مسارين: PAB، الذي يتم امتصاصه في الأمعاء العليا، وMABCs، التي تتشكل من المركبات الغذائية في تجويف الأمعاء. يجادل المؤلفون بأن التخصص الكيميائي المحلي لـ B، بدلاً من إجمالي المدخول، هو أمر حاسم لتحديد فعالية إشارات QS عند واجهة المضيف والميكروبيوم. يقترحون أن فهم الدور الميكانيكي لـ B في إشارة AI-2 يمكن أن يؤدي إلى توقعات قابلة للاختبار بشأن سلوك الميكروبات ومرونة المجتمع، مما يمهد الطريق لمزيد من استكشاف التفاعلات الكيميائية الحيوية لـ B في الأنظمة البيولوجية.
مناقشة
تستكشف قسم المناقشة في الورقة دور البورون (B) في ديناميات الإشارة للمحفز الذاتي-2 (AI-2)، وخاصةً في سياق التواصل الميكروبي والتعايش. يتم إنتاج AI-2 عبر مسار LuxS، ويظهر كمجموعة متنوعة من الأيزومرات الفورانوسيلية، حيث يكون الشكل المعقد بالبورات (AI-2B) حاسمًا للاعتراف بمستقبلات ذات تقارب عالٍ في بعض أنواع الفيبريو البحرية. ومع ذلك، تستجيب العديد من البكتيريا المعوية بشكل أساسي لأيزومرات AI-2 غير المعقدة بالبورون، مما يشير إلى تنوع كبير في خصوصية المستقبلات عبر أنواع مختلفة. تشير التحليلات الجينومية الحديثة لميكروبيوم الأمعاء البشري إلى أنه بينما يعتبر LuxS واسع الانتشار، فإن المستقبلات لـ AI-2B غائبة إلى حد كبير في المجتمعات المعوية النموذجية، مما يعزز الفكرة بأن السياق الكيميائي—وبشكل خاص توفر البورون—يحدد نتائج الإشارة لـ AI-2.
تقترح الورقة إطار عمل مفاهيمي يسمى “التعايش البوروني”، الذي يفترض أن B يؤثر على الاستقرار، والتحديد المكاني، والتوجه لإشارات QS من خلال الكيمياء القابلة للعكس مع الديولات وغيرها من الروابط. يبرز هذا الإطار أهمية معقدات البورون القابلة للوصول من الميكروبات (MABCs)، التي تتجمع عند واجهة المخاط والظهارة وقد تعزز من استمرارية الوسائط الإشارية، مما يشكل ديناميات المجتمع الميكروبي. ومع ذلك، يحذر المؤلفون من معادلة زيادة إشارة AI-2 مع النتائج المفيدة، حيث يمكن أن ترتبط زيادة نشاط AI-2 أيضًا بالخلل الميكروبي والضراوة في بعض مسببات الأمراض. يدعو المؤلفون إلى مزيد من التحقق التجريبي من هذه الفرضيات من خلال تجارب محكومة وتدخلات غذائية لتوضيح التفاعل المعقد بين تخصص B، وإشارات الميكروبات، ونتائج صحة المضيف.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1719918
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41568046
Publication Date: 2026-01-06
Author(s): Andreea Silvia Pîrvu et al.
Primary Topic: Plant Micronutrient Interactions and Effects
Overview
In this section, the authors explore the role of boron (B) in biological systems, particularly its involvement in quorum sensing (QS) through reversible complexation with diols and phosphate esters. They identify two functional pools of dietary boron: plasma-accessible boron (PAB), which includes freely diffusible species such as B(OH)₃ and B(OH)₄⁻, and microbiota-accessible boron complexes (MABCs), which are formed in situ with various organic compounds. MABCs are suggested to create local reservoirs at the mucus-epithelium interface, influencing the behavior and recognition of AI-2-related signaling molecules.
The authors propose a framework termed “boron symbiotaxis” to describe how boron may stabilize DPD-derived intermediates and facilitate the localization of chemical potential via MABCs, thereby affecting microbial community dynamics. They emphasize that enhanced AI-2 signaling is context-dependent, potentially supporting both beneficial and opportunistic microbial behaviors. To investigate these dynamics, the authors outline experimental methodologies, including ¹¹B-NMR for speciation analysis and targeted LC-MS for AI-2 detection, aimed at distinguishing beneficial from adverse outcomes. Ultimately, they position boron as a significant modulator of QS in the gut, proposing testable predictions that link dietary boron to microbial signaling and host phenotypes, while recognizing the dual potential for boron-driven effects to be either advantageous or detrimental.
Introduction
The introduction of the paper discusses the complex interplay between humans and their gut microbiome, emphasizing the role of quorum sensing (QS) molecules, particularly autoinducer-2 (AI-2), in facilitating communication among bacteria. AI-2 is characterized as a conserved signaling molecule, with its biologically active form, AI-2B, dependent on boron (B) availability. The authors introduce the concept of “boron symbiotaxis,” which describes how B stabilizes key QS signals and influences host-microbe interactions through the formation of microbiota-accessible boron complexes (MABCs) and plasma-accessible boron (PAB).
The paper highlights that B’s bioavailability in the gut occurs via two pathways: PAB, which is absorbed in the upper intestine, and MABCs, which form from dietary compounds in the intestinal lumen. The authors argue that the local chemical speciation of B, rather than total intake, is crucial for determining the effectiveness of QS signals at the host-microbiome interface. They propose that understanding the mechanistic role of B in AI-2 signaling can lead to testable predictions regarding microbial behavior and community resilience, setting the stage for further exploration of B’s biochemical interactions in biological systems.
Discussion
The discussion section of the paper explores the role of boron (B) in the signaling dynamics of autoinducer-2 (AI-2), particularly in the context of microbial communication and symbiosis. AI-2, produced via the LuxS pathway, exists as a diverse ensemble of furanosyl isomers, with the borate-complexed form (AI-2B) being crucial for high-affinity receptor recognition in certain marine Vibrio species. However, many enteric bacteria predominantly respond to unboronated AI-2 isomers, indicating a significant diversity in receptor specificity across different taxa. Recent genomic analyses of the human gut microbiome suggest that while LuxS is widespread, the receptors for AI-2B are largely absent in typical intestinal consortia, reinforcing the notion that the chemical context—specifically boron availability—determines the signaling outcomes of AI-2.
The paper proposes a conceptual framework termed “boron symbiotaxis,” which posits that B influences the stability, localization, and orientation of QS signals through reversible chemistry with diols and other ligands. This framework highlights the importance of microbiota-accessible boron complexes (MABCs), which accumulate at the mucus-epithelium interface and may enhance the persistence of signaling intermediates, thereby shaping microbial community dynamics. However, the authors caution against equating increased AI-2 signaling with beneficial outcomes, as elevated AI-2 activity can also correlate with dysbiosis and virulence in certain pathogens. The authors advocate for further experimental validation of these hypotheses through controlled assays and dietary interventions to elucidate the complex interplay between B speciation, microbial signaling, and host health outcomes.