Az étrend által kiváltott bél mikrobiota dysbiosis és elhízás hatásait a széklet mikrobiota transzplantációjával lehet javítani: multiomikus megközelítés

Szerepek írása - eredeti vázlat

Rövira Universitat Rovira i Virgili, Biokémiai és Biotechnológiai Osztály, Nutrigenomikai Kutatócsoport, Tarragona, Spanyolország, Eurecat, Tecnològic de Catalunya Központ, Omikai Tudományok Központja (COS), Rovira i Virgili-EURECAT Egyetemi Egység, Egyedi Tudományos és Technikai Infrastruktúrák (ICTS) ), Reus, Spanyolország

Szerepek írása - eredeti vázlat

Eurecat, Centre Tecnològic de Catalunya, Omikai Tudományok Központja (COS), Rovira i Virgili-EURECAT Universitat közös egység, egyedi tudományos és technikai infrastruktúrák (ICTS), Reus, Spanyolország

Szerepek írása - eredeti vázlat

Hovatartozás Universitat Rovira i Virgili, Biokémiai és Biotechnológiai Osztály, Nutrigenomikai Kutatócsoport, Tarragona, Spanyolország

Szerepek írása - eredeti vázlat

Eurecat, Centre Tecnològic de Catalunya, Omikai Tudományok Központja (COS), Rovira i Virgili-EURECAT Universitat közös egység, egyedi tudományos és műszaki infrastruktúrák (ICTS), Reus, Spanyolország

Szerepek írása - eredeti vázlat

Társulások Universitat Rovira i Virgili, Biokémiai és Biotechnológiai Osztály, Nutrigenomikai Kutatócsoport, Tarragona, Spanyolország, Eurecat, Center Tecnològic de Catalunya, Biotechnológiai Terület, Reus, Spanyolország

Maria Guirro,
Andrea Costa,
Andreu Gual-Grau,
Pol Herrero,
Helena Torrell,
Núria Canela,
Lluis Arola

Ábrák

Absztrakt

Idézet: Guirro M, Costa A, Gual-Grau A, Herrero P, Torrell H, Canela N és mtsai. (2019) Az étrend által kiváltott bél mikrobiota dysbiosis és elhízás hatásait enyhíteni lehet a széklet mikrobiota transzplantációjával: A multiomikai megközelítés. PLoS ONE 14 (9): e0218143. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0218143

Szerkesztő: Pratibha V. Nerurkar, Hawaii Egyetem, a Manoa Trópusi Mezőgazdasági és Humánerőforrás Főiskola, AMERIKAI EGYESÜLT ÁLLAMOK

Fogadott: 2019. május 20 .; Elfogadott: 2019. szeptember 9 .; Közzétett: 2019. szeptember 23

Adatok elérhetősége: Minden lényeges adat a kéziratban található.

Finanszírozás: A szerzők nem kaptak külön támogatást ehhez a munkához.

Versenyző érdeklődési körök: A szerzők kijelentették, hogy nincsenek versengő érdekek.

Bevezetés

Az elhízást az energiamérleg egyensúlyhiányaként határozzák meg, és jelenleg globális egészségügyi probléma a nyugati társadalmakban, ahol előfordulása az utóbbi években jelentősen megnőtt. Az elhízás rengeteg komorbiditást vált ki, amelyek a magas vérnyomáshoz, a szív- és érrendszeri betegségekhez és a cukorbetegséghez, valamint más állapotokhoz kapcsolódnak [1]. Széles körben ismert, hogy az elhízást számos tényező befolyásolja, például étrend, életmód és genetikai háttér [2], és a közelmúltban kimutatták, hogy összefügg a bél mikrobiotájával [3], amelyek szerepet játszanak az energia homeosztázisában és az anyagcsere funkcióiban. [4]. Ezenkívül ugyanazok a tényezők, amelyek befolyásolják az elhízást, módosíthatják a bél mikrobiota összetételét, és a bél mikrobiota működését befolyásolni fogják a bél mikrobiota és a gazda egyensúlyában szerepet játszó tényezők [5].

Az elhízás számos étrend által kiváltott állatmodellje felhasználható az elhízás mechanizmusainak feltárására. Különböző obesogén étrendek alkalmazhatók. Ezen étrendek egyik példája a félig tisztított, magas zsírtartalmú étrend [6,7]. Az ilyen típusú étrendeket a jól meghatározott táplálkozási összetételük miatt gyakrabban használják ezekben a modellekben [8–10].

A bél mikrobiota összetételének változásai kimutatták, hogy egyensúlyhiányt eredményeznek, ami diszbiózishoz vezet, ami valószínűleg drámai hatással lesz az egészség fenntartására [11]. A székletmikrobiota transzplantáció (FMT) egy új és egyértelmű terápia, amely manipulálja a bél mikrobiotáját azáltal, hogy az egészséges donor mikrobiotát egy meglévő megbomlott bélmikrobiális ökoszisztémába helyezi át. Ez a terápia hatékony megközelítést jelenthet az elhízás kezelésében [12,13]. Annak ellenére, hogy az FMT-nek vannak bizonyos korlátai, számos tanulmány tesztelte hatékonyságát, és bebizonyította, hogy javulnak egyes kísérő betegségek, amelyek nemcsak az elhízással [14], hanem más nem fertőző betegségekkel is összefüggenek [15–18].

Állatmodelleket egyre inkább alkalmaznak a bél mikrobiota szerepének és működésének vizsgálatára, és számos olyan tanulmány is történt, ahol a magas zsírtartalmú étrenddel táplált egerek egyértelmű zavarokat mutattak mikrobiota összetételükben [19,20]. Az étrend miatt bekövetkező ilyen változások a mikrobiotában módosíthatják a fontos anyagcsere-funkciókat, beleértve a zsírraktározást is [21]. A rendelkezésre álló különböző állatmodellek közül a csíra nélküli (GF) egerek képviselik azt a modellt, amelyet a gazdasejtek és mikrobiotájuk kölcsönhatásának tanulmányozására használnak a legjobban, és az FMT-vizsgálatok számára is az előnyben részesített lehetőség. A GF egereknek azonban kevesebb a testzsírjuk a vad típusú egerekhez képest, még akkor is, ha több ételt fogyasztanak [22,23], és ennek eredményeként nem az elhízás által kiváltott vizsgálatok legreálisabb modelljei. Ezenkívül ezeket az állatokat steril körülmények között kell tenyészteni, és az ilyen típusú kísérletek elvégzéséhez képzett személyzetre és speciális infrastruktúrára van szükség. Így a bél mikrobiotájának kimerülése széles spektrumú antibiotikumok kombinációjával készült koktél felhasználásával [24] hozzáférhető alternatíva a GF egereknek a mikrobiota szerepének tanulmányozásához a gazdaszervezetben [18].

Mindazonáltal az FMT gazdaállományokra gyakorolt hatását újszerűsége miatt alig vizsgálták, és specifikus eszközökre van szükség ezen hatások megértéséhez. A közelmúltban a bél mikrobiota és környezete komplexitásának vizsgálatára a legpontosabb multiomikai megközelítéseket javasolják [4,21,25]. A metagenomika, amely az egyes kísérleti körülmények között jelen lévő biodiverzitás taxonómiai profilját nyújtja, és a metaproteomika, amely az egész proteom jellemzésére összpontosít, hogy kiderüljön annak működése a gazdában [5,26,27], a legígéretesebb omikai stratégiák amely felhasználható a bél mikrobiota szerepének feltárására.

Ezért ennek a tanulmánynak a célja a bél mikrobiota szerepének vizsgálata volt egy multiomikus megközelítéssel, amely kombinálta a metagenomikát és a metaproteomikát, hogy meghatározza a két különböző étrendből (alacsony zsírtartalmú étrend (LFD) és magas -zsír-étrend (HFD)), az antibiotikumok bél mikrobiota-kimerülésére gyakorolt hatásainak felmérése és az FMT hatékonyságának megerősítése HFD-vel táplált patkányokban.

Anyagok és metódusok

Állatok

Negyvennyolc hetes hím Wistar patkányokat (Charles River Laboratories, Massachusetts, USA) egyenként 22 ° C-on tartottak, 12 órás világos/sötét ciklus alatt, és a kísérlet során ad libitum hozzáférést kaptak az élelemhez és a vízhez. Egy hét adaptáció után az állatokat öt csoportra osztottuk (n = 8). 9 héten át két csoportot tápláltak LFD-vel (10% zsír, 70% szénhidrát és 20% fehérje; D12450K, Research Diets, New Brunswick, USA) vagy HFD-vel (45% zsír, 35% szénhidrát és 20% fehérje).; D12451, Research Diets, New Brunswick, USA). Két másik csoportot szintén 11 hétig tápláltak LFD-vel vagy HFD-vel, és az elmúlt 2 hét során antibiotikum-kezelést (ABS) kaptak. Az utolsó csoportot 14 hétig HFD-vel etették; a 10. és 11. héten a patkányok antibiotikum-kezelést kaptak, és az elmúlt három hétben (12–14) FMT-ket kaptak az LFD csoportból (1. ábra).