Хранителна микробиология

Редактиран от
Алдо Корсети

Университет в Терамо, Италия

Прегледан от
Алин Кастро

Католически университет „Дом Боско“, Бразилия

Хариом Ядав

Уейк Форест Училище по медицина, САЩ

Принадлежностите на редактора и рецензенти са най-новите, предоставени в техните профили за проучване на Loop и може да не отразяват тяхното положение по време на прегледа.

съдържание

  • Изтеглете статия
    • Изтеглете PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Допълнителни
      Материал
  • Цитат за износ
    • EndNote
    • Референтен мениджър
    • Прост ТЕКСТ файл
    • BibTex
СПОДЕЛИ НА

Оригинални изследвания СТАТИЯ

  • 1 Катедра по гастроентерология, Първата свързана болница на Университета в Нанчанг, Нанчанг, Китай
  • 2 Център за надзор и инспекция на Jiangxi за медицински изделия, Nanchang, Китай

Въведение

С бързото развитие на икономиката вторичният начин на живот и приемането на диета с високо съдържание на мазнини се увеличиха драстично, което доведе до разпространението на наднорменото тегло и затлъстяването в световен мащаб. Затлъстяването е излишък или необичайно натрупване на мазнини или мастна тъкан в тялото, което може да влоши здравето. Това е най-често срещаният рисков фактор за метаболитни нарушения като диабет тип 2, сърдечно-съдови заболявания, затлъстяване на черния дроб и дори рак. Затлъстяването се е превърнало в епидемия, която се е влошила през последните 50 години и е втората най-честа причина за предотвратима смърт след пушене (Panuganti and Lenehan, 2017). Следователно превантивните и терапевтични стратегии за намаляване на заболеваемостта и смъртността, причинени от затлъстяването, са важни.

В червата има най-голяма плътност на микробите в човешкото тяло (повече от 100 трилиона, с общо тегло до 1,5 кг); тези микроби играят важна роля в регулирането на енергията, производството на витамини и събирането на хранителни вещества (Sender et al., 2016; Maruvada et al., 2017). Последните все по-големи данни показват, че чревната микробиота участва в развитието на затлъстяване при животни и хора (Zhao, 2013). Например, затлъстелите хора и гризачите имат променен състав на микробиотата на червата с по-малко филогенно разнообразие от това на постните контроли, а трансплантацията на чревната микробиота от затлъстели субекти на мишки без микроби може да пренесе фенотипа на затлъстяването (Turnbaugh et al., 2006; Ridaura et al., 2013). Освен това мишките без микроби са по-слаби от конвенционално отгледаните мишки и са защитени срещу индуцирано затлъстяване, което допълнително потвърждава причинно-следствената връзка между чревната микробиота и затлъстяването (Backhed et al., 2007).

Дълго време се смяташе, че нормалният човешки стомах е стерилен, до голяма степен благодарение на стомашната киселинна бариера до откриването на Helicobacter pylori. Традиционно стомашната микробиота се идентифицира при относително ниско изобилие чрез култивиране на биопсии на стомашен сок или лигавица. Към днешна дата с развитието на новите техники за секвениране на нуклеотиди и инструментите за биоинформатика са признати разнообразието и сложността на микробиотата в стомаха (He et al., 2016). Наборът от данни за стомашни бактериални рДНК се различава значително от колекциите от последователности на човешката уста и хранопровод, което показва, че човешкият стомах може да е дом на отделна микробна екосистема. Последните натрупващи се данни показват, че микробната дисбиоза в стомаха може да играе роля в развитието на рак на стомаха (Ferreira et al., 2017; Shah, 2017). Разпределението на стомашния микробиом обаче при затлъстяване и метаболитни заболявания остава до голяма степен неизвестно. Следователно, ние изследвахме ефектите от диетата с високо съдържание на мазнини върху стомашната и чревната микробиота при мишки C57BL/6 чрез високопроизводително секвениране и определихме връзката между промените в бактериите на различни анатомични места и развитието на метаболитни нарушения.

Материали и методи

Животни и диети

Глюкозна хомеостаза

След 12 и 24 седмици на различни диети, мишките са гладували цяла нощ и нивата на кръвната глюкоза във вената на опашката се измерват с ръчен глюкомер (OneTouch Ultra Easy, LifeScan). За интраперитонеалния тест за глюкозен толеранс (IPGTT), концентрациите на глюкоза бяха измерени на 15, 30, 60 и 120 минути след интраперитонеално инжектиране на глюкозен товар (2 g/kg). За интраперитонеалния тест за толерантност към инсулин (IPITT) мишките са гладували в продължение на 6 часа, след което 0,75 U/kg телесно тегло на инсулин (Novolin R, Novo Nordisk, Копенхаген, Дания) се инжектира интраперитонеално и нивата на глюкоза в кръвта се определят, както по-горе при 0, 15, 30, 60 и 120 минути.

Анализ на кръвен серум

На 12 и 24 седмици мишките се гладуват цяла нощ и се жертват за последващ анализ. Кръв се събира в епруветки за микрофуги и се оставя да се съсирва за 30 минути. След това пробите се центрофугират при 3000 об/мин за 20 минути и серумът се събира и съхранява при -80 ° С до анализ. Количеството на серумния инсулин (Crystal Chem Inc.) се определя чрез ELISA. Оценката на модела на хомеостаза за инсулинова резистентност (HOMA-IR) е изчислена по формулата [инсулин на гладно (μUI/ml) × глюкоза на гладно (mM)/22,5]. Серумните триглицериди (TG), общият холестерол (TC), липопротеините с висока плътност (HDL-C) и липопротеините с ниска плътност (LDL-C) на мишките са открити с автоматичен биохимичен анализатор (OLYMPUS AU5421).

16S rRNA генно секвениране

Проби от прясна фекална и стомашна лигавица бяха случайно събрани от половината от животните във всяка група (н = 5 на група). Стомахът на всяка мишка беше асептично отстранен и разрязан по протежение на по-голямата кривина. Пробите, подложени на анализ на микробиота, включваха три секции от всеки стомах (фундус, антрал и корпус; тези стъпки бяха при стерилни условия) и бързо замразени. ДНК екстракцията се извършва, както е описано по-рано (Bik et al., 2006). Общата геномна ДНК беше извлечена с помощта на изолационния комплект за ДНК на QIAamp (Qiagen), следвайки модифицирания протокол за Грам-положителни бактерии, комбиниран със стъпка на биене на зърна (Lofgren et al., 2011). Концентрацията и целостта на бактериалната ДНК бяха оценени с помощта на Nanodrop (Thermo Scientific) и електрофореза в агарозен гел, съответно. Последователността на 16S rRNA генния ампликон се извършва на платформата Illumina MiSeq, като се използват универсални праймери 515f, 5′-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3 ′; и 806r, 5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3 ′ насочени към V4 хиперпроменливи региони.

Микробен биоинформатичен анализ

Суровите данни бяха филтрирани, за да се получат чисти отчитания, като се елиминира замърсяването на адаптера и нискокачествените последователности (Trimmomatic, версия 0.30 1), а отчитанията бяха отсечени на всеки сайт, получил среден качествен рейтинг * стр Бяха показани 2.

Промяната на стомашно-чревната микробиота след дългосрочно HFD

Броят на наблюдаваните видове, отразяващи алфа разнообразието, се е увеличил при 24HFD_G в сравнение с този при 24CD_G, докато не е имало значителна разлика между 24CD_F и 24HFD_F (Фигури 2A, B). PLS-DA показа значително разделение между групите 24HFD_F и 24CD_F, както и групите 24HFD_G и 24CD_G (Фигура 2C). В допълнение, съставът на микробиотата от стомашната лигавица и фекалните проби беше отделен, което показва, че може да има отделна бактериална общност на различни места в тялото (анализ на Adonis, стр = 0,007). На ниво род 24HFD_F имаше по-ниско изобилие от потенциални полезни бактерии като Akkermansia, Bifidobacterium, и Лактобацилус отколкото 24CD_F, докато 24HFD_G имаше по-голямо изобилие от Lachnospiraceae, Rikenellaceae, и Десулфовибрио, за които се съобщава, че имат положителна корелация със затлъстяването, отколкото 24CD_G (Zhang et al., 2010) (Фигури 2D, E).

ФИГУРА 2. Въздействието на HFD върху състава на стомашната (G) и чревната (F) микробиота при мишки след 24 седмици (н = 5 за всяка група). Алфа разнообразието беше увеличено при 24HFD_G в сравнение с 24CD_G (А), докато не се наблюдава значителна разлика между 24HFD_F и 24CD_F (Б) (∗∗ стр Бяха показани 2.

Дългосрочният HFD насърчава дисбиозата на стомашно-чревната микробиота, предизвикана от краткосрочна HFD

Както е показано по-горе, метаболитният синдром (MS), включващ затлъстяване, инсулинова резистентност и хиперлипемия, е бил по-тежък при мишки след 24 седмици HFD, отколкото този на 12 седмици; по този начин се чудим дали влошаването на МС е свързано с промени в стомашно-чревната микробиота. Базираният на Брей-Къртис PCoA разкри, че пробите от стомашната лигавица (12HFD_G, 24HFD_G) се групират отделно от фекалните проби (12HFD_F, 24HFD_F), а пробите от 24 седмици (24HFD_G, 24HFD_F) също показват ясно отделяне от тези от 12 седмици (12HFD_G, 12HFD_F) (Фигура 3А). Няма съществено изменение на алфа разнообразието, както се отразява от наблюдаваните видове между проби от различни времеви точки както в стомаха, така и в червата (допълнителна фигура S3). Използвайки метода LEfSe, няколко микробни сигнатури в стомашната и чревната микробиота са различни между 12 и 24 седмици. На ниво род относителното изобилие на Bacteroidales_S24-7_group и Акермансия, за които се съобщава, че имат ефект против затлъстяване, е значително намален в 24HFD_F в сравнение с този в 12HFD_F (Фигура 3В). Освен това относителното изобилие на Лактобацилус е обогатен с 12HFD_G, докато потенциалната патогенна бактерия Escherichia_Shigella е преобладаващо в 24HFD_G (Фигура 3С).

ФИГУРА 3. Промяната на стомашната (G) и чревната (F) микробиота при мишки, хранени с HFD след различни периоди. (А) Бета-разнообразието, разкрито от PCoA анализ, базиран на разстоянието Bray-Curtis, показва, че пробите от 12 седмици (12HFD_G и 12HFD_F) се групират отделно от тези от 24 седмици (24HFD_G и 24HFD_F). Анализът LEfSe е използван за идентифициране на най-диференцирано разпространените таксони между 12HFD_F и 24HFD_F (Б) както и 12HFD_G и 24HFD_G (° С). Обогатените таксони при мишки, на които е дадена HFD за 24 седмици, са обозначени в червено, докато обогатените такси в тези, които са получили HFD за 12 седмици, са представени в зелено. Показани са само таксони, отговарящи на LDA значим праг от> 2.

Дискусия

Чревната микробиота е широко проучена както на филогенетично, така и на метагеномно ниво в контекста на метаболитните нарушения (Kim et al., 2012; Moreira et al., 2012; Carmody et al., 2015). Новостта на настоящата работа се крие в цялостната характеристика на стомашните микробни съобщества при мишките след различни периоди на хранене с HFD и тяхната корелация с промени в чревната микробиота при развитието и прогресирането на метаболитния синдром.

За разлика от намаляването на Акермансия, няколко бактерии като Стрептококи, ентерококи и некласифициран член на Enterobacteriaceae, които обикновено са разпространени в червата, са обогатени с HFD-хранени мишки на 12 седмици. В съответствие с предишни проучвания се съобщава, че тези бактерии имат положителна корелация с развитието на метаболитни заболявания и тяхното обогатяване в стомаха може да бъде вредно (Karlsson et al., 2012; Jie et al., 2017; Korpela et al., 2017) . Свръхрастежът на Enterobacteriaceae индуциран от HFD увеличава производството на ендотоксин, който може допълнително да предизвика хронично възпаление и по този начин да ускори затлъстяването (Kim et al., 2012). По наше мнение промените в стомашната микробиота могат да се дължат на необичайната секреция на стомашна киселина, която е може би най-важният фактор за колонизацията на бактериите в стомаха. Всъщност, стомашната киселинност (рН ∗ стр ∗∗ стр Ключови думи: диета с високо съдържание на мазнини, стомашна микробиота, чревна микробиота, метаболитни нарушения, секвениране на 16S rRNA гени

Цитиране: He C, Cheng D, Peng C, Li Y, Zhu Y и Lu N (2018) Диета с високо съдържание на мазнини предизвиква дисбиоза на стомашна микробиота преди чревната микробиота във връзка с метаболитни нарушения при мишки. Отпред. Микробиол. 9: 639. doi: 10.3389/fmicb.2018.00639

Получено: 13 декември 2017 г .; Приет: 19 март 2018 г .;
Публикувано: 09 април 2018 г.

Aldo Corsetti, Università degli Studi di Teramo, Италия

Хариом Ядав, Медицинско училище Уейк Форест, САЩ
Алин Кастро, Universidade Católica Dom Bosco, Бразилия