在最近发表在《自然微生物学》杂志上的一项研究中，一组研究人员发现并鉴定了一种新的肠道微生物衍生酶BilR，并探讨了其在将胆红素还原为尿胆红素原中的作用，而胆红素原对于维持人类胆红素的稳态至关重要。
肠道微生物进一步将其代谢为可排泄的尿胆红素原和体胆红素原，影响血清胆红素水平和健康。适度的胆红素水平可以起到抗氧化剂的作用，但过高的胆红素水平会导致黄疸或核黄疸。
肠道微生物独特地将胆红素还原为胆红素原，这是胆红素稳态的重要过程。需要进一步的研究来充分了解BilR和其他肠道微生物酶影响胆红素代谢的机制及其对人类健康的更广泛影响，特别是在疾病背景下。
本研究中使用的方法包括实验筛选、比较基因组学和荧光分析相结合，以鉴定胆红素还原酶(BilR)。研究小组假设，负责降低胆红素的酶是一种作用于碳-碳双键的氧化还原酶。
他们在肠道微生物物种中寻找编码这种酶的基因，重点关注那些存在于能够降低胆红素的物种中而不存在于不能降低胆红素的物种中的基因。利用荧光法，研究人员测试了在补充了胆红素的培养基中生长的各种细菌的提取物。
这些检测的原理是，尿胆红素原、胆红素还原和体胆红素原的不稳定电位产物可以被氧化成更稳定的形式并通过荧光检测，而非蛋白质结合的胆红素则不是荧光的。
研究人员在九种菌株中发现了胆红素降低活性，其中包括三种以前不知道的这种能力。所有的还原菌都属于厚壁菌门梭菌纲。然后对5种胆红素还原菌株和5种密切相关的非还原菌株进行了比较基因组学分析。
这一分析揭示了两个正群拟合的存在和缺失模式对应于胆红素减少表型。其中之一是一种未注释的酶，与2,4-二烯基辅酶a还原酶同源，这是一种还原碳-碳双键的氧化还原酶，类似于预期的胆红素还原反应。
随后，研究小组分析了含有这些假定的胆红素还原酶的操纵子，确定了假定的胆红素还原酶操纵子的三个版本。这些操纵子由三个基因bilQ、bilR和bilS的不同组合组成。bilR基因被认为是胆红素还原酶，bilS基因是黄毒毒素样蛋白，bilQ基因是转录调节因子。这些操纵子在不同的菌株中存在差异，有些菌株具有所有三个基因，而其他菌株只有一个或两个。
为了实验验证BilR在胆红素还原中的作用，该团队在大肠杆菌(E. coli)中表达了bilRS和BilR基因，并使用荧光分析和液相色谱和串联质谱(LC-MS/MS)证实胆红素还原为尿胆红素原。这些试验显示，在转化了BilRS基因的样品中存在显著的荧光和尿胆素，从而证实了BilR能够将胆红素还原为尿胆素原。
最初的实验集中在鉴定具有胆红素还原能力的微生物种类。研究人员利用荧光法对在补充了胆红素的培养基中培养的细菌进行检测，确定了可能降低胆红素的细菌种类。
艰难梭菌分化簇3 (CD3)是一种已知的胆红素还原剂，作为阳性对照。该实验揭示了9种菌株的胆红素还原活性，其中包括3种以前未被识别为胆红素还原剂的菌株:共生梭菌、梭菌sp. M62/1和gnavus Ruminococcus CC55_001C。
对5株胆红素还原菌株和5株密切相关的非还原菌株进行了比较基因组分析。在鉴定的6256个正基因群中，389个被预测为氧化还原酶，但只有两个符合与胆红素降低相关的存在或缺失模式。其中一个与2,4-二烯基辅酶a还原酶同源，这是一种还原碳-碳双键的酶，与预期的胆红素还原反应一致。
对含有推测胆红素还原酶的操纵子进行分析，鉴定出推测胆红素还原酶操纵子的三个版本，包括基因bilQ、bilR和bilS。BilR被认为是胆红素还原酶，其基因组成在不同物种中存在差异。
在gnavus Ruminococcus CC55_001C中，BilR有两个额外的c端结构域，一个黄伏多素样结构域和一个烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氢(NADPH)结合结构域。这种结构在电子传递中有潜在的作用。
为了验证BilR是一种胆红素还原酶，我们在大肠杆菌中异种表达了共生梭状芽胞杆菌、艰难梭状芽胞杆菌和瘤状球菌的基因。荧光分析和LC-MS /MS分析证实胆红素还原为尿胆素原，表明BilR充分催化了该反应。
此外，通过鉴定关键残基，研究描绘了其他老黄酶家族成员的BilR序列。一个特殊的分支，分支1，可能是胆红素还原酶分支。对突变的D166和R167残基(对胆红素还原至关重要)的功能实验证实了这一点。突变蛋白的活性显著降低，证实了这些残基在还原过程中的重要性。
该研究还调查了胆红素还原酶的分类分布，发现它们主要存在于厚壁菌门物种中。分析表明，胆红素的减少可能在某些物种中具有菌株特异性，不同的胆红素变异广泛分布于多个门。
最后，一项对人类肠道宏基因组的分析显示，在出生后的头几个月，婴儿肠道中往往缺乏胆红素还原酶，这与新生儿黄疸的危险期有关。相比之下，它几乎普遍存在于健康成人样本中。
在克罗恩病或溃疡性结肠炎患者中，胆红素还原酶的缺失明显更高，这将炎症性疾病的微生物分类学变化与肠道微生物群中胆红素减少受损联系起来。
