Határok a mikrobiológiában

Élelmiszer mikrobiológia

Ez a cikk a kutatási téma része

Az étrendi veszélyes anyagok kockázata és az emberi mikrobiotára gyakorolt hatás: lehetséges szerep számos diszbiózis fenotípusban Mind a 7 cikk megtekintése

Szerkesztette

Bruno Lamas

INRA UMR1331 Toxicologie Alimentaire, Franciaország

Felülvizsgálta

Pragyanshu Khare

Nemzeti Agrár-Élelmiszer Biotechnológiai Intézet, India

Sandrine Ellero-Simatos

Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Franciaország

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 A hasi műtétek utáni fokozott gyógyulás Guangzhou kulcs laboratóriuma, a Guangzhou-i Orvostudományi Egyetem ötödik kapcsolt kórháza, Guangzhou, Kína
2 A Guangzhoui Orvostudományi Egyetem első társult kórháza, Guangzhou, Kína
3 Közegészségügyi Tanszék, Guangzhou Medical University, Guangzhou, Kína
4 The Public Laboratory, South China Botanical Garden, Kínai Tudományos Akadémia, Guangzhou, Kína
5 Kínai Orvostudományi Kutatóintézet, Guangdong Gyógyszerészeti Egyetem, Guangzhou, Kína

Bevezetés

A környezeti toxin expozíció globális egészségügyi probléma a 21. században. A nehézfémek az egyik legkárosabb környezeti toxin, amelyek széles körben megtalálhatók a szennyezett levegőben, vízben és talajban. A nehézfémek az étrend felvétele révén fokozatosan jutnak be és halmozódnak fel az emberi testben. Számos tanulmány kimutatta, hogy a nehézfémek szennyezése széles körben elterjedt az állati és növényi termékekben, a vízi termékekben és a különféle feldolgozott élelmiszerekben a világ minden táján (Dadar et al., 2016; Liu et al., 2016; Wijayawardena et al., 2016) . Az emberi testbe krónikus expozíció útján bejutó nehézfémeket nagyon nehéz metabolizálni vagy lebontani, ezért az évek során minden szövetben és szervben felhalmozódnak, és egy bizonyos küszöb elérésekor krónikus károsodást okoznak a testben (Raehsler et al., 2018) . Epidemiológiai vizsgálatok kimutatták, hogy nehézfémek detektálhatók egészséges és beteg emberek vérében, vizeletében, hajában és körmeiben, és hogy a tartalom összefügg a légzőszervi megbetegedések (Wu et al., 2018), a szív- és érrendszeri betegségek (Lamas et al.) Súlyosságával. al., 2016), neurodegeneráció (Bjorklund és mtsai, 2018a; Ghazala és mtsai, 2018; Iqbal és mtsai, 2018) betegségek, autizmus spektrum rendellenesség (Bjorklund és mtsai, 2018b) és elhízás (Park és mtsai. (2017; Shao és mtsai, 2017; Wang és mtsai, 2018). Nagy erőfeszítéseket tettek a nehézfémek szennyezésének csökkentésére, de ezeknek az erőfeszítéseknek gyakran nagyon korlátozott hatása van (Bisanz et al., 2014). Ezért sürgős követelmény új módszerek feltárása az egészségügyi kockázatok csökkentése érdekében.

A bél mikrobiotáját az öröklődés és a különféle környezeti tényezők módosítják, amelyek között az étrend a fő meghatározó (Thomas és mtsai, 2017). A magas zsírtartalmú étrend (HFD) világszerte gyakori probléma, és a HFD okozta béldiszbiózis szorosan összefügg a különféle betegségek előfordulásával, beleértve az elhízást, a cukorbetegséget, a szív- és érrendszeri betegségeket és a daganatot (Cordain et al., 2005). Epidemiológiai vizsgálatok kimutatták, hogy az elhízott emberek, amelyek többségében HFD van, több nehézfémet halmoznak fel testükben, mint az egészséges emberek (Park és mtsai, 2017; Shao és mtsai, 2017; Wang és mtsai, 2018). Javasoljuk, hogy a HFD bél mikrobiotája gyengébben képes eltávolítani vagy méregteleníteni a nehézfémeket, mint a normál étrend (ND) bél mikrobiota. Ez a tanulmány megvizsgálta a bél mikrobiotájának különbségét a HFD- és ND-vel táplált egerek között, valamint azok méregtelenítő hatását az As, Cd és Pb expozícióra. Arra törekedtek, hogy megtalálják a bél mikrobiota olyan tulajdonságait, amelyek pozitív korrelációt mutatnak a nehézfémekkel, amelyek jobban ürülnek a székletben, kevésbé halmozódnak fel, és enyhébb mértékben károsítják a májat és a vesét, valamint olyan specifikus mikrobákkal, amelyek tolerálják a nehézfémeket és szerepet játszhatnak a méregtelenítésben As, Cd és Pb.

Eredmények

Az étrend hatása a májműködés károsodására a nehézfémek expozíciója esetén

Az étrendi szokásoknak az egerek nehézfém-expozícióra adott válaszára gyakorolt hatásának meghatározásához először a vér alanin-aminotranszferáz (ALT) és az aszpartát-aminotranszferáz (AST) aktivitását elemeztük, amelyek a májfunkció két elsődleges mutatója a plazmamintákban. Az ALT vagy az AST magasabb aktivitása súlyosabb májkárosodást jelez. Arzént (As), Cd-t vagy Pb-t használtunk mind az ND-, mind a HFD-vel táplált egerek kezelésére. Az eredmények azt mutatták, hogy a HFD és ND fogyasztása magasabb AST és ALT aktivitást eredményezett, és hogy a nehézfémek tovább növelték az AST és az ALT aktivitását. Tehát a nehézfémeknek kitett HFD-vel táplált egerek AST- és ALT-aktivitása volt a legmagasabb az összes csoport között (1A – F. Ábra). ND-vel táplált egerekben csak az AST As-expozíció esetén és az ALT Cd-expozíció esetén növekedett szignifikánsan (P 200 faj jelenleg, Lactobacillus jól ismert arról, hogy képes módosítani a mikrobiotát a gasztrointesztinális traktusban, jótékony hatással van az egészségre (Holzapfel és Wood, 2014; Yeo et al., 2018). Vizsgálatunk ezt javasolta Lactobacillus a nehézfémek méregtelenítésében is működhet. A csökkenés Akkermansia különböző betegségekben, például elhízásban és gyulladásos bélbetegségekben mutatták ki (Naito és mtsai, 2018). Vizsgálatunk jelezte, hogy csökkenése összefüggésben lehet a nehézfém-expozíció által okozott betegség kockázatával is.

Számos más bélmikroba, köztük Bacteroides, Coprococcus, és Roseburia nehézfémekkel gazdagodtak, és pozitívan korreláltak a széklet nehézfémtartalmával is. Genomikai és az azt követő proteomikai elemzések a Bacteroides thetaiotaomicron és Bacteroides fragilis több szivattyúrendszert találtak a mérgező anyagoktól való megszabaduláshoz (Wexler, 2007). Roseburia spp. rövid láncú zsírsavakat termelő kommensális baktériumok voltak, és az emberi egészség markereiként szolgálhattak (Tamanai-Shacoori et al., 2017). Annak ellenére, hogy összefüggéseik gyengék voltak, a nehézfém-méregtelenítés jövőbeni szűrésére jelölteket biztosítottak. Természetesen e bélmikrobák szerepét és mechanizmusait a nehézfémek méregtelenítésében és a gazdaszervezetekre gyakorolt toxicitásuk csökkentésében még ellenőrizni kellett. in vivo egy törzsű utánpótlási kísérletek. Mivel a 16S rRNS V3/V4 szekvenciájával nem tudtuk pontosan feljegyezni a bélmikrobákat fajok szintjére, várható volt, hogy a teljes hosszúságú szekvencia faji szinten kiszűrheti a bélmikrobákat, amelyek a jövőbeni vizsgálatok során reagálnak a nehézfémekre; akkor a megfelelő törzsek felhasználhatók a kísérleti igazoláshoz, és a méregtelenítő mechanizmusnak meg kell felelnie ezeknek az erőfeszítéseknek.

Anyagok és metódusok

Az állatkísérleteket a Guangzhoui Orvostudományi Egyetem Laboratóriumi Állatközpontjának irányelveivel összhangban engedélyezték és hajtották végre (állati protokollszám: 2019-634). Nyolc hetes C57BL/6 hím egereket a Guangdongi Orvosi Laboratóriumi Állatközponttól (GDMLAC) vásároltak, és azokat ellenőrzött hőmérsékleten és fényviszonyok között (25 ° C, 12 órás világos-sötét ciklus) tartották, szabad hozzáféréssel az ételhez és a vízhez . Az egereket véletlenszerűen nyolc csoportba osztottuk, amelyek egyenként hat állatot tartalmaztak, és ketrecenként három állatból álló csoportokban helyeztük el őket. Négy egércsoportot tápláltak ND-vel (zsírból származó energia 13,5% -a; D12450; GDMLAC, Kína), a másik négy csoportot pedig HFD-vel (a zsírból származó energia 45% -a; D12451; GDMLAC, Kína). A diéta képletét az S1 kiegészítő táblázatban mutatjuk be. Az ND-/HFD-vel táplált egerek mindegyik csoportjának 0/100 ppm As (NaAsO2, Merck), Cd (CdCl2.5H2O, Macklin) vagy Pd (PbCl2, Macklin) ivóvízben adtunk 10 hétig.

A 10. héten vizelet- és ürülékmintákat vettünk. A székletmintákat 65 ° C-os kemencében 24–30 órán át szárítottuk, amíg a tömeg állandóvá nem vált. Feljegyeztük a szárított székletminta tömegét. Az állatokat 12 órán át böjtöltük, mielőtt leöltük őket. Az egereket mélyen altattuk 1% pentobarbitál-nátriummal (50 mg/testtömeg-kg), és a teljes vért a ventrális aortán keresztül vezettük KEDTA-t antikoagulánsokat tartalmazó csövekben. A vesét és a májat eltávolítottuk és lemértük. A vakbél székletét kinyomták. A szerv- és vakbéltartalmú mintákat folyékony nitrogénbe merítettük, és további elemzés céljából -80 ° C-on tároltuk.

Májfunkció-elemzés

A teljes vért a ventrális aortán keresztül, K2EDTA antikoagulánst tartalmazó csövekben vettük fel. A vért centrifugáltuk 500 ° C-on g 5 percig, és a felülúszókat (plazma) összegyűjtöttük. A májfunkció két biomarkerét, az ALT és az AST aktivitását meghatároztuk a mintavétel napján kereskedelmi ELISA készletekkel: ALT (Cat # 05850797190, Roche Diagnostics, Egyesült Államok) és AST (Cat # 05850819190, Roche Diagnostics, Egyesült Államok), a gyártó utasításai szerint.

A vesefunkció elemzése

A vese működésének három biomarkerét, a TPU-t, az UUA-t és az Ucrea-t a mintavétel napján meghatároztuk kereskedelmi ELISA-készlettel: teljes fehérje (Cat # 051718190, Roche Diagnostics, Egyesült Államok), húgysav (Cat # 05171857190, Roche Diagnostics, United És kreatinin (Cat # 06407137190, Roche Diagnostics, Egyesült Államok) a gyártó utasításai szerint.

Bélmikrobiota elemzés

A vakbél mikrobiota DNS-t Stool DNS Kit (Guangzhou IGE Biotechnology, Kína) segítségével extraháltuk, és a 16S rDNS V3 – V4 régióinak amplifikációjára alkalmaztuk. A vakbél mikrobiota összetételét Illumina 2500 16S rDNS amplikon szekvenálásával és QIIME alapú mikrobiota elemzéssel értékeltük. Kiváló minőségű olvasmányokat választottunk ki a bioinformatikai elemzéshez, és az összes minta összes hatékony olvasatát OTU-kba csoportosítottuk a QIIMEU klaszter szerinti 99% -os szekvencia-hasonlóság alapján. Az OTU-kat az RDP osztályozón keresztül (2.2-es verzió) annotálták, a Green Gene adatbázis szerint 0,8-as megbízhatósági határértékkel, és statisztikailag összefoglalták az egyes minták összetételét és bőségét a különböző osztályozási szinteken. Az egyes minták OTU-információi alapján az R-n keresztül PCA-t alkalmaztunk a különböző minták közötti hasonlóság vizsgálatára; Az α-diverzitás elemzéseket az R csomag phyloseq v.1.19.1 és a vegán 2.4.2 csomagokon keresztül végeztük a diverzitás index kiszámításához.

Nehézfém-elemzés

A szárított ürülékmintákat, a fagyasztott májat és vesét 6 ml 65% -os HNO3-mal (Merck Darmstadt, Németország) egy éjszakán át 25 ° C-on emésztettük, majd mikrohullámú minta-előkészítő rendszerrel (Multiwave 3000, Anton Paar, Ausztria) emésztettük. Emésztés után az oldatokat ultratiszta vízzel hígítottuk 50 ml végtérfogatra. As, Pb és Cd értékeket induktívan kapcsolt plazma tömegspektrometriával (7700x, Agilent, Japán) mértük Sanchez Lopez és mtsai. (2003).

Statisztikai analízis

A szükséges mintaméreteket kiszámítottuk 0,8 teljesítmény eléréséhez hasonló, korábbi vizsgálatok eredményei és saját laboratóriumunk előzetes adatai alapján. A statisztikai elemzést a GraphPad Prism 7.0 verziójával hajtottuk végre. Hacsak másként nem jelezzük, az adatokat kétirányú (nehézfémek × étrend) ismételt ANOVA-analízissel elemeztük, majd Bonferroni post hoc tesztek. Az összes adatot átlag ± SD-ként adtuk meg. P-értékek ∗ P ∗∗ P ∗∗∗ P Kulcsszavak: magas zsírtartalmú étrend, nehézfém, bél mikrobiota, arzén, kadmium, ólom

Idézet: Liu T, Liang X, Lei C, Huang Q, Song W, Fang R, Li C, Li X, Mo H, Sun N, Lv H és Liu Z (2020) A magas zsírtartalmú étrend befolyásolja a nehézfémek felhalmozódását és toxicitását egerek májához és veséjéhez, valószínűleg a Gut Microbiota útján. Elülső. Microbiol. 11: 1604. doi: 10.3389/fmicb.2020.01604

Beérkezett: 2019. december 24.; Elfogadva: 2020. június 18 .;
Publikálva: 2020. július 28.

Bruno Lamas, INRA UMR 1331 Toxicologie Alimentaire, Franciaország

Sandrine Ellero-Simatos, Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Franciaország
Pragyanshu Khare, Országos Gyógyszerészeti Oktatási és Kutatási Intézet, India

† Ezek a szerzők egyformán járultak hozzá ehhez a munkához