1 Медицински генетичен център, Болница за жени и деца в Гуангдонг, Гуанджоу, Гуангдонг 510010, Китай

микробиота

2 Лаборатория за метаболитно-генетични ключове на майките и децата, Болница за жени и деца в Гуангдонг, Гуанджоу, Гуангдонг 510010, Китай

3 CapitalBio Genomics Co., Ltd., Dongguan 532808, Китай

4 Катедра по педиатрия, Болница за жени и деца в Гуангдонг, Гуанджоу, Гуангдонг 510010, Китай

Резюме

1. Въведение

Затлъстяването е състояние, причинено главно от промяна в енергийния прием, преминаване към положителен енергиен баланс, който може да бъде повлиян от генетични и екологични фактори [1]. Разпространението на затлъстяването се увеличава с епидемия в световен мащаб, като повече от един милиард възрастни са с наднормено тегло и поне 300 милиона от тях са клинично затлъстели [2]. Известно е, че болестното затлъстяване е придружено от сериозни здравословни състояния, включително хипертония, диабет тип 2, сърдечно-съдови заболявания, инсулт и венозна тромбоемболия [3].

В настоящото проучване ние наехме 87 затлъстели деца и юноши като група от случаи и 56 здрави деца и юноши като контролна група, за да анализираме общностния състав на чревната микробиота между тях и да разкрием допълнително потенциалните микробни функционални характеристики на затлъстелите деца.

2. Метод и материали

2.1. Кохорта в това проучване

Общо 87 деца със затлъстяване (3–18 години) са били включени в това проучване. Освен това 56 здрави деца (3–18 години) бяха наети като здрави контроли. Единадесет от затлъстелите деца получиха интервенция в болницата съгласно диетична формула, използвана в предишно проучване [12] и бяха направени повторни проби 30, 60 и 90 дни след интервенцията. Нито една от кохортите не е приемала антибиотици в рамките на 3 месеца преди вземане на проби.

2.2. ДНК екстракция и последователност с висока производителност

ДНК на общността е извлечена от фекални проби с помощта на TIANamp Stool DNA Kit (TIANGEN, Китай), съгласно инструкциите на производителя. Амплифицирахме V3 областта на гена 16S rRNA чрез PCR със следните условия на циклиране: денатуриращ цикъл от 98 ° C за 2 минути, последван от 35 цикъла от 94 ° C за 30 s, 55 ° C за 30 s и 72 ° С за 30 s. Усилените продукти бяха рециклирани с комплект Agencourt AMPure XP, а PCR продуктите бяха секвенирани с платформата Ion PGM (Life, САЩ).

2.3. Обработка на данни

Филтрирахме показанията под критериите за качество на четене не по-малко от 25, дължина между 100 и 500 bp, хомополимери по-малко от 6 и несъответствия не повече от 2. Висококачествените отчитания бяха групирани в оперативни таксономични единици (OTU) (затворени -reference) и коментирана с информация за таксономия от Greengene (ver.13_5) с помощта на QIIME тръбопровод [13]. Четенията, присвоени на OTU, бяха разредени с 20 000 на библиотека (минимално четене сред всички проби) и след това се нормализираха от 16S rRNA номера на копията на гена, използвайки PICRUSt [14]. Генерирахме профил на KO (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) orthology) с PICRUSt и групирахме KOs в нива на метаболитен път за последващ статистически анализ.

2.4. Статистически анализ

Основният координатен анализ (PCoA) беше извършен с претеглена UniFrac дистанционна матрица на всички нормализирани OTU чрез QIIME. OTUs с честота, която се среща сред всички времеви извадки над 40%, бяха определени като основни OTU. Клъстерирахме основните OTU, използвайки алгоритъма за групиране на Ward, базиран на матрица на разстоянието на коефициента на корелация на Спирман (

коефициент) и определи P стойности за всеки възел с Permutational MANOVA метод (9999 пермутации, P Фигура 1

3.2. Затлъстели чревни микроби при деца

Таксономията на фекалната микробиота беше оценена чрез анализ, зависим от таксона. Осемнадесет фила бяха открити в нашите фекални проби, включително 13 фила, наблюдавани в затлъстелата кохорта и 16 фила, наблюдавани в нормалната контролна кохорта (Фигура S2). Firmicutes и Bacteroidetes са преобладаващият фекален микробиом и в двете кохорти. Относителното съотношение на изобилие на Firmicutes и Bacteroidetes (F/B) в затлъстелата кохорта е значително по-високо, отколкото в нормалната контролна кохорта. Филата на Verrucomicrobia, TM7, и Lentisphaerae имаха средно относително изобилие Фигура 2

3.3. Потенциални микробни функционални характеристики на затлъстелите деца

За да изследваме връзката между функциите на затлъстяването и микробиомите на червата, ние прогнозирахме потенциалните метагеноми от профилите на общността на нормализирани 16S рРНК гени с PICRUSt [14]. Изведените генни семейства (групи KEGG Orthology) бяха анотирани и комбинирани с пътеки от ниво 2 и ниво 3 за статистическо тестване и визуализация (Фигура 3 и Таблица S2). Комбинираните KEGG пътища и резултатите от анализа на PICRUSt включват категории, свързани с мембранния транспорт и клетъчната подвижност, които са били свръхпредставени, докато биосинтезата и метаболизмът на гликан са представени по-слабо в случаите на проби. Пътища от ниво 3 в мембранния транспорт се състоят от фосфотрансферазна система (PTS), ATP-свързващи касетни транспортери (ABC транспортери) и клетъчна подвижност, която съдържа бичков сбор и бактериален хемотаксис.


показва статистическата значимост на

в сравнение с тъмносивата проба (като контрола) в node_10.

4. Дискусия

Затлъстяването е метаболитно заболяване, което често се придружава от дислипидемия, хипертония и нарушена глюкозна хомеостаза и се съобщава, че е свързано с чревна дисбиоза [1, 16]. При нокаут и индуцирани от диета затлъстели мишки, затлъстяването е свързано с промени в състава и метаболитната функция на чревната микробиота [17]. Дисбиозата е форма на променен метагеном на червата и събрани микробни дейности и, в комбинация с класически генетични и екологични фактори, може да насърчи развитието на метаболитни нарушения [18]. Да се ​​разбере дълбоко затлъстяването и метаболитният механизъм, свързан с чревната микробиота, би направило подобрение в лечението на затлъстяването.

4.1. Дисбиоза на чревната микробиота при затлъстели деца
4.2. Функционална промяна, свързана със затлъстяването

Второ, клетъчната подвижност, която включваше бичково сглобяване, и бактериалният хемотаксис бяха втори активни при затлъстели деца. През 2009 г. Hildebrandt et al. установи, че колекция от генни групи, свързани с бактериалната подвижност, се е увеличила при диета с високо съдържание на мазнини, включително „подвижност на биччетата“ и „подвижност и хемотаксис“ [33].

4.3. Промени в чревната микробиота в процеса на намаляване на теглото