Határok a mikrobiológiában

Élelmiszer mikrobiológia

Szerkesztette

Aldo Corsetti

Teramo Egyetem, Olaszország

Felülvizsgálta

Alinne Castro

Dom Bosco Katolikus Egyetem, Brazília

Hariom Yadav

Wake Forest Orvostudományi Kar, Egyesült Államok

A szerkesztő és a lektorok kapcsolatai a legfrissebbek a Loop kutatási profiljukban, és nem feltétlenül tükrözik a felülvizsgálat idején fennálló helyzetüket.

Cikk letöltése
- PDF letöltése
- ReadCube
- EPUB
- XML (NLM)
- Kiegészítő
  Anyag
Exportálás
- EndNote
- Referencia menedzser
- Egyszerű TEXT fájl
- BibTex

OSZD MEG

Eredeti kutatás CIKK

1 Gasztroenterológiai Tanszék, a Nanchang Egyetem első kapcsolt kórháza, Nanchang, Kína
2 Jiangxi orvosi eszközök felügyeleti és ellenőrző központja, Nanchang, Kína

Bevezetés

A gazdaság gyors fejlődésével a másodlagos életmód és a magas zsírtartalmú étrend fogyasztása drámaian megnőtt, ami a túlsúly és az elhízás világszerte elterjedtségéhez vezet. Az elhízás a zsír vagy a zsírszövet túlzott vagy rendellenes felhalmozódása a testben, amely károsíthatja az egészséget. Ez az anyagcsere-rendellenességek, például a 2-es típusú cukorbetegség, a szív- és érrendszeri betegségek, a zsírmáj, sőt a rák leggyakoribb kockázati tényezője. Az elhízás olyan járvány lett, amely az elmúlt 50 évben súlyosbodott, és a dohányzás után a második leggyakoribb megelőzhető halálozási ok (Panuganti és Lenehan, 2017). Következésképpen fontosak az elhízás okozta morbiditás és mortalitás csökkentésére irányuló megelőző és terápiás stratégiák.

A bél az emberi testben található mikrobák legnagyobb sűrűségével rendelkezik (több mint 100 billió, össztömege legfeljebb 1,5 kg); ezek a mikrobák fontos szerepet játszanak az energiaszabályozásban, a vitamintermelésben és a tápanyagok betakarításában (Sender et al., 2016; Maruvada et al., 2017). A közelmúltban szerzett bizonyítékok arra utalnak, hogy a bél mikrobiota részt vesz az állatok és emberek elhízásának kialakulásában (Zhao, 2013). Például az elhízott emberek és rágcsálók megváltoztatták a bél mikrobiotájának összetételét, és a filogén változatosságuk kisebb, mint a sovány kontrolloké, és a bél mikrobiota transzplantációja elhízott alanyoktól csíra mentes egerekbe átviheti az elhízott fenotípust (Turnbaugh et al., 2006; Ridaura és mtsai., 2013). Ezenkívül a csíra mentes egerek karcsúbbak, mint a hagyományos nevelésű egerek, és védettek az étrend által kiváltott elhízás ellen, ami tovább igazolja a bél mikrobiota és az elhízás közötti okozati összefüggést (Backhed és mtsai, 2007).

A normális emberi gyomrot sokáig sterilnek gondolták, nagyrészt a gyomorsav-gát miatt, egészen annak felfedezéséig Helicobacter pylori. A gyomor mikrobiotáját hagyományosan viszonylag alacsony bőségben azonosították gyomornedv vagy nyálkahártya biopsziák tenyésztésével. A mai napig új nukleotidszekvenálási technikák és bioinformatikai eszközök kifejlesztésével felismerték a gyomorban lévő mikrobiota sokféleségét és összetettségét (He et al., 2016). A gyomorbaktériumok rDNS-adatsora jelentősen eltért az emberi száj és a nyelőcső szekvenciagyűjteményeitől, ami azt jelzi, hogy az emberi gyomor egy különálló mikrobiális ökoszisztéma otthona lehet. A közelmúltban felhalmozódó bizonyítékok arra utalnak, hogy a gyomorban található mikrobiális dysbiosis szerepet játszhat a gyomorrák kialakulásában (Ferreira et al., 2017; Shah, 2017). A gyomor mikrobiomjának eloszlása elhízás és anyagcsere-betegségek esetén azonban továbbra sem ismert. Ezért megvizsgáltuk a magas zsírtartalmú étrend hatásait a gyomor és a bél mikrobiotájára a C57BL/6 egerekben nagy áteresztőképességű szekvenálással, és meghatároztuk a különböző anatómiai helyeken található baktériumok változásai és az anyagcserezavarok kialakulásának kapcsolatát.

Anyagok és metódusok

Állatok és diéták

Glükóz homeosztázis

12 és 24 hét elteltével különböző étrendeken az egereket egy éjszakán át éheztettük, és kézi glükométerrel (OneTouch Ultra Easy, LifeScan) mértük a farokvénában a vércukorszintet. Az intraperitoneális glükóztolerancia teszt (IPGTT) esetében a glükózkoncentrációt 15, 30, 60 és 120 perccel mértük glükózterhelés (2 g/kg) intraperitoneális injektálása után. Az intraperitoneális inzulin tolerancia teszt (IPITT) elvégzéséhez az egereket 6 órán át éheztettük, majd 0,75 U/testtömeg-kg inzulint (Novolin R, Novo Nordisk, Koppenhága, Dánia) injektáltunk intraperitoneálisan, és a vércukorszintet a fentiek szerint határoztuk meg. 0, 15, 30, 60 és 120 percnél.

Vérszérum elemzés

A 12. és a 24. héten az egereket egy éjszakán át éheztettük, és későbbi elemzés céljából feláldoztuk. A vért mikrotárcsákba szedtük és hagytuk alvadni 30 percig. Ezután a mintákat 3000 fordulat/perc sebességgel 20 percig centrifugáltuk, a szérumot összegyűjtöttük és -80 ° C-on tároltuk az elemzésig. A szérum inzulint (Crystal Chem Inc.) ELISA-val meghatároztuk. Az inzulinrezisztencia (HOMA-IR) index homeosztázis-modelljének értékelését [éhomi inzulin (μUI/ml) × éhomi glükóz (mM)/22,5] képlet segítségével számoltuk. Az egerek szérum trigliceridjeit (TG), összkoleszterinjét (TC), nagy sűrűségű lipoproteinjeit (HDL-C) és alacsony sűrűségű lipoproteinjeit (LDL-C) egy automatikus biokémiai analizátorral (OLYMPUS AU5421) detektáltuk.

16S rRNS génszekvenálás

Az egyes csoportok állatainak felétől véletlenszerűen friss széklet- és gyomornyálkahártya-mintákat gyűjtöttek (n = Csoportonként 5). Minden egér gyomrát aszeptikusan eltávolítottuk, és a nagyobb görbület mentén bemetszettük. A mikrobiotanalízisnek alávetett minták mindegyik gyomorból három metszetet tartalmaztak (szemfenék, antrum és corpus; ezek a lépések steril körülmények között zajlottak), és azonnal lefagyasztottak. A DNS-extrakciót a korábban leírtak szerint hajtottuk végre (Bik et al., 2006). A teljes genomi DNS-t a QIAamp DNS izoláló készlet (Qiagen) segítségével extraháltuk, követve a Gram-pozitív baktériumok módosított protokollját, gyöngyverési lépéssel kombinálva (Lofgren et al., 2011). A bakteriális DNS koncentrációját és integritását Nanodrop (Thermo Scientific), illetve agaróz gél elektroforézissel értékeltük. A 16S rRNS gén amplikon szekvenálását az Illumina MiSeq platformon hajtottuk végre, az univerzális 515f, 5′-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3 'primerek alkalmazásával; és 806r, 5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3 ′, amelyek a V4 hipervariábilis régiókat célozzák meg.

Mikrobiális bioinformatikai elemzés

A nyers adatokat leszűrtük, hogy tiszta olvasást nyerjünk az adapter szennyezésének és az alacsony minőségű szekvenciák kiküszöbölésével (Trimmomatic, 0.30 1 verzió), és az olvasásokat minden olyan helyen megcsonkítottuk, amely átlagos minőségi pontszámot kapott ∗ o 2 látható.

A gasztrointesztinális mikrobiota megváltozása hosszú távú HFD után

Az alfa változatosságot tükröző megfigyelt fajok száma a 24HFD_G-ben nőtt a 24CD_G-ben mért értékhez képest, míg a 24CD_F és a 24HFD_F között nem volt szignifikáns különbség (2A, B ábra). A PLS-DA szignifikáns különbséget mutatott a 24HFD_F és 24CD_F, valamint a 24HFD_G és 24CD_G csoportok között (2C. Ábra). Ezenkívül a gyomornyálkahártya és a székletminták mikrobiotakompozícióját elkülönítették, jelezve, hogy a test különböző helyein külön bakteriális közösség lehet (Adonis-elemzés, o = 0,007). Nemzetségi szinten a 24HFD_F-ben kisebb volt a potenciális hasznos baktériumok, mint pl Akkermansia, Bifidobacterium, és Lactobacillus mint a 24CD_F, míg a 24HFD_G nagyobb volt a bősége Lachnospiraceae, Rikenellaceae, és Desulfovibrio, amelyekről beszámoltak, hogy pozitívan korrelálnak az elhízással, mint a 24CD_G (Zhang és mtsai, 2010) (2D, E ábra).

2. ÁBRA. A HFD hatása a gyomor (G) és a bél (F) mikrobiota összetételére egerekben 24 hét után (n = 5 minden csoportra). Az alfa diverzitás nőtt a 24HFD_G-ben a 24CD_G-vel összehasonlítva (A), míg a 24HFD_F és a 24CD_F között nem volt szignifikáns különbség (B) (∗∗ o 2 látható.

A hosszú távú HFD elősegítette a gasztrointesztinális mikrobiota diszbiózisát, amelyet rövid távú HFD váltott ki

Amint a fentiekből látható, a metabolikus szindróma (MS), beleértve az elhízást, az inzulinrezisztenciát és a hiperlipémiát, egereknél 24 hetes HFD után súlyosabb volt, mint 12 hetes; így arra vagyunk kíváncsiak, hogy az SM súlyosbodása összefüggött-e a gyomor-bél mikrobiota változásával. A Bray – Curtis alapú PCoA kimutatta, hogy a gyomornyálkahártya-minták (12HFD_G, 24HFD_G) külön csoportosultak a székletmintáktól (12HFD_F, 24HFD_F), és a 24. hét mintái (24HFD_G, 24HFD_F) is egyértelműen elkülönültek a 12 hetesektől. (12HFD_G, 12HFD_F) (3A. Ábra). Az alfa változatosság nem változott szignifikánsan, amint azt a megfigyelt fajok is tükrözték a gyomorban és a bélben különböző időpontokból származó minták között (S3. Kiegészítő ábra). Az LEfSe módszer alkalmazásával a gyomor és a bél mikrobiotájában több mikrobiális aláírás is különbözött 12 és 24 hét között. A nemzetség szintjén a Bacteroidales_S24-7_csoport és Akkermansia, amelyekről elhízás-elhárító hatásról számoltak be, a 24HFD_F-ben jelentősen csökkent a 12HFD_F-hez képest (3B. ábra). Ezenkívül a Lactobacillus 12HFD_G-vel dúsítottuk, míg a potenciálisan patogén baktérium Escherichia_Shigella 24HFD_G-ben volt elterjedt (3C. ábra).

3. ÁBRA. A gyomor (G) és a bél (F) mikrobiota megváltozása HFD-vel táplált egerekben különböző időszakok után. (A) A Bray – Curtis távolságra épülő PCoA elemzéssel feltárt béta változatosság azt mutatta, hogy a 12 hetes minták (12HFD_G és 12HFD_F) külön csoportosultak a 24. hét mintáitól (24HFD_G és 24HFD_F). LEfSe elemzéssel azonosítottuk a legkülönbözőbb mennyiségben előforduló taxonokat a 12HFD_F és a 24HFD_F között. (B) valamint 12HFD_G és 24HFD_G (C). A 24 hétig HFD-t kapó egerekben dúsított taxonokat piros színnel jelöltük, míg a 12 hétig HFD-ben gazdagított taxonokat zöld színnel jelöltük. Csak azokat a taxonokat mutatták be, amelyeknél az LDA szignifikáns küszöbértéke meghaladja a 2 értéket.

Vita

A bél mikrobiotáját mind a filogenetikai, mind a metagenomikus szinten alaposan tanulmányozták az anyagcserezavarok összefüggésében (Kim és mtsai., 2012; Moreira és mtsai., 2012; Carmody és mtsai., 2015). Jelen munka újdonsága az egerek gyomor-mikrobiális közösségeinek átfogó jellemzése abban rejlik, hogy a HFD-t különböző periódusok után etetik, és ezek összefüggést mutatnak a bél mikrobiota változásával a metabolikus szindróma kialakulásában és előrehaladásában.

Szemben a csökkentésével Akkermansia, több baktérium, mint pl Streptococcus, Enterococcus és osztályozatlan tagja Enterobacteriaceae, amelyek a bélben általában elterjedtek, HFD-vel táplált egerekben dúsítottak 12. héten. A korábbi tanulmányokkal összhangban ezekről a baktériumokról pozitív beszámolók vannak az anyagcsere-betegségek kialakulásával, és gyomorban való dúsulásuk káros lehet (Karlsson et al., 2012; Jie et al., 2017; Korpela et al., 2017) . A Enterobacteriaceae a HFD által kiváltott hatás fokozta az endotoxin termelését, ami tovább kiválthatja a krónikus gyulladást és ezáltal felgyorsíthatja az elhízást (Kim és mtsai, 2012). Véleményünk szerint a gyomor mikrobiota változásai a gyomorsav abnormális szekréciójának köszönhetők, ami valószínűleg a legfontosabb tényező a baktériumok gyomor-kolonizációjában. Valójában a gyomor savassága (pH ∗ o ∗∗ o Kulcsszavak: magas zsírtartalmú étrend, gyomor mikrobiota, bél mikrobiota, anyagcserezavarok, 16S rRNS gén szekvenálás

Idézet: He C, Cheng D, Peng C, Li Y, Zhu Y és Lu N (2018) A magas zsírtartalmú étrend gyomor mikrobiota diszbiózist indukál a bél mikrobiota előtt egerek anyagcserezavarai kapcsán. Elülső. Microbiol. 9: 639. doi: 10.3389/fmicb.2018.00639

Beérkezett: 2017. december 13 .; Elfogadva: 2018. március 19 .;
Publikálva: 2018. április 09.

Aldo Corsetti, Università degli Studi di Teramo, Olaszország

Hariom Yadav, a Wake Forest Orvostudományi Kar, Egyesült Államok
Alinne Castro, Universidade Católica Dom Bosco, Brazília