РЕЗЮМЕ

Ефективният механизъм за събиране на енергия вероятно е от решаващо значение за животните в естествената им среда. Чревна микробиота, обогатена с диета с високо съдържание на мазнини в натрупването на липиди, стратегия, вероятно разработена за енергийна реколта при бозайници. Въпреки това дали тази стратегия е запазена сред гръбначните организми, остава неясно. Бактериален щам (S1), обогатен с богата на соево масло среда, беше изолиран от червата на нилската тилапия и демонстриран като член на рода Citrobacter. Въпреки че диетата с високо съдържание на мазнини увеличава броя на Citrobacter spp., Тези бактерии не са в изобилие в червата чрез секвениране с висока производителност. Добавяне на бактерия S1 към диетичен модулиран чревен микробен състав с високо съдържание на мазнини и повишено натрупване на липиди, предизвикано от диета, в мезентериална мастна тъкан, придружено от (i) повишена ефективност на абсорбция на триглицериди и реестерификация на триглицеридите и (ii) повишена чревна пропускливост. Колективно нашите резултати предоставят доказателство, че специфични чревни бактерии помагат на гостоприемника да събере повече енергия от диета с високо съдържание на мазнини в рибите. Освен това, резултатите от настоящото проучване също така предполагат, че недоминиращите бактерии в червата могат да играят важна роля в регулирането на метаболизма на гостоприемника.

увеличават

ВАЖНОСТ Това проучване показва, че способността на членовете на чревната микробиота да повишават добива на енергия от приемника с високо съдържание на мазнини е запазена характеристика на взаимодействията гостоприемник с микробите при рибите, както при бозайниците. Той също така подчертава, че членовете на чревната микробиота са в състояние значително да повлияят на биологията на гостоприемника, дори когато са с ниско количество.

ВЪВЕДЕНИЕ

По време на еволюцията на животните, механизмите за запазване на енергията са жизненоважни за оцеляването, тъй като приемът на храна е нередовен и оскъден (1). Натрупаните мазнини могат да служат като енергиен резерв и това ще увеличи степента на оцеляване на индивидите по време на недостиг на храна (2). От тази гледна точка събирането на повече енергия от диетата е стратегия за адаптация на организмите да оцелеят в естествените си местообитания (3).

Еволюционно рибите са по-примитивни от бозайниците, но подобно на бозайниците, рибите натрупват допълнителни липиди, когато се хранят с високомаслена диета (12), а компонентите на диетата могат да повлияят на чревната микробиота при рибите (13). Важно е обаче, че рибите съдържат доминирана от протеобактерии микробиота, която е различна от доминиращата микробиота при хора или мишки (14). Една работа, базирана на риба зебра, показва, че наличието на диета може да обогати дела на Firmicutes в сравнение с този в групата на глад, а освен това обогатените с диета Firmicutes и техните продукти могат да увеличат броя или размера на липидните капчици в чревните епителни клетки. Тези наблюдения предполагат, че чревната микробна общност може да действа като цел за контролиране на абсорбцията на хранителни мазнини в рибите (6). Следователно, ние предположихме, че дори при рибите, които имат чревен микробиотен състав, до голяма степен различен от този на бозайниците, чревните бактерии могат да регулират липидния метаболизъм и да допринасят за енергийната реколта, когато хранителната енергия е в изобилие.

Нилската тилапия (Oreochromis niloticus) е важен вид аквакултури и е често срещан рибен модел за изследване на храненето и метаболизма (12, 15). В настоящото проучване диета с високо съдържание на мазнини, съдържаща соево масло, е била използвана за хранене на тилапия от Нил, за да предизвика натрупване на липиди (12), използван е подход, основан на функция, за изолиране на бактерия, която може да помогне за събирането на калории в рибите и възможните механизъм беше идентифициран. Чрез изследване на чревното бактериално разнообразие при рибите, ние забелязахме, че бактерията S1, недоминираща бактерия в рибните черва, увеличава натрупването на липиди в рибите и модулира чревната микробна общност. Разбирането на функцията на недоминиращите бактерии при усвояването на енергия ще разшири нашето разбиране за физиологичните роли на чревната микробиота; недоминиращите организми могат да играят критична роля в този важен процес.

РЕЗУЛТАТИ

Бактерият S1 се изолира чрез използване на соево масло като основен източник на въглерод. За да се изолират бактерии, които са по-склонни да растат в среда, богата на соево масло, соевото масло е избрано като основен източник на въглерод за хранителни среди. След амплифициран rRNA генен рестрикционен анализ (ARDRA), бактерия, която е по-разпространена in vitro, беше изолирана и използвана за по-нататъшни изследвания (обозначена като S1). Геновата последователност с пълна дължина 16S rRNA показа, че най-близкият съсед на изолираната бактерия е Citrobacter freundii (фиг. 1А).

Изолиране на бактериален щам in vitro и откриване на неговата функция in vivo. (А) Филогенетично дърво на изолираната бактерия. Разстоянието беше изчислено въз основа на критерия за присъединяване на съседи, а стойностите на доверието на bootstrap бяха 100 повторения. (B) Телесно тегло по време на експеримента (n = 16). CON или CONB, рибите са хранени с основна диета без или с изолираната бактерия; HF или HFB, рибите са хранени с диета с високо съдържание на мазнини без или с изолираната бактерия. (C) Съдържание на липиди в цялото тяло (n = 3). (Г) Количествено определяне на Citrobacter spp. в четири групи (n = 5). Данните са изразени като средни стойности ± SEM. Различните малки букви над всяка лента представляват значителна разлика (P Чревната колонизация на бактерията S1 и нейните ефекти върху растежа и съдържанието на липиди в тялото на рибите. За да се установи дали бактерията S1 може да достигне и да се размножава в червата на рибите, е избрана една колония с резистентност към рифампин и добавен към диетата на рибите при първото изпитание за хранене. Фекален материал е бил нанесен върху среда, съдържаща рифампин, за да се определи дали устойчивият на рифампин щам може да колонизира червата на Тилапия. Бактерия S1 може да бъде открита в червата на рибите, хранени с диета, допълнена с бактерии S1 от 4-та седмица след добавяне на бактерии (Таблица 1).

Определяне на ефективността на бактериалната колонизация

С цел да се изследва влиянието на бактерията S1 върху метаболизма на рибите in vivo, бактерията S1 е добавена към диетата на контролната група или групата с високо съдържание на мазнини при концентрация 10 9 CFU g −1 от диетата и характеристиките на растежа на риба бяха изследвани. След 8 седмици диетична намеса установихме, че добавянето с бактерията не е увеличило значително телесното тегло (фиг. 1В). Въпреки това, добавянето на бактерия S1 в диетата с високо съдържание на мазнини повишава значително съдържанието на липиди в тялото в сравнение с тези в други групи (фиг. 1С).

Влияние на диета с високо съдържание на мазнини или добавяне на бактерия S1 върху чревната микробиота на рибите. За определяне на популационното ниво на Citrobacter spp. в рибните черва са използвани специфични за рода праймери, за да се определи количеството на Citrobacter spp. в четирите групи (CON [хранени с базална диета], CONB [хранени с базална диета с добавени 10 9 CFU от S1 g -1 диета], HF [хранени с диета с високо съдържание на мазнини] и HFB [хранени с високо- мазнинна диета] с добавени 10 9 CFU от S1 g −1 диета). Резултатите разкриха, че нивото на популация на Citrobacter spp. се е увеличил значително в диетичната група с високо съдържание на мазнини в сравнение с контролната група, което предполага, че диетата с високо съдържание на мазнини благоприятства растежа на Citrobacter spp. in vivo (фиг. 1D). Освен това добавянето на бактерия S1 значително увеличи изобилието на Citrobacter spp. в HFB групата в сравнение с тази в HF групата (Фиг. 1D). Двупосочният дисперсионен анализ (ANOVA) също предполага, че взаимодействието на диета с високо съдържание на мазнини и добавянето на бактерия S1 е свързано с увеличеното изобилие от Citrobacter spp. (вж. таблица S5 в допълнителния материал).

Диета с високо съдържание на мазнини или добавяне на изолирана бактерия предизвиква значителни промени в състава на микробиотата. (А) Общностно изобилие на всяка група на ниво тим (n = 3 до 5). (B) Базиран на OTU PCoA парцел от проби от четири групи. (C) Анализ на топлинната карта на 31 OTU. Показана е цветната лента на всяка OTU във всяко лечение. Таксономията на OTU (род, семейство и тип) е изобразена вдясно. Различията бяха открити с помощта на Kruskal-Wallis в R пакет.