Редактирано * от Даниел Л. Хартл, Харвардски университет, Кеймбридж, Масачузетс, и одобрено на 30 юни 2010 г. (получено за преглед на 29 април 2010 г.)

формирането

Резюме

Живот в селско село Буркина Фасо. (А) Село Булпон. (Б) Традиционно жилище на Моси. (C) Карта на Буркина Фасо (модифицирана от Световната книга с факти на ClA на САЩ, 34). (D) Просо и сорго (основни компоненти на диетата на Моси) зърно и брашно в типични купи. (E) Просото и соргото се смилат на брашно върху камък за смилане, за да се получи гъста каша, наречена Tô.

Децата се кърмят на възраст до 2 години като допълнение към смесената диета. Средното количество фибри при BF диета е 10,0 g/d (2,26%) при 1- до 2-годишни деца и 14,2 g/d (3.19%) при 2- до 6-годишни деца (Таблица S2) . За да представим западно население (ЕС), ние избрахме деца на същата възраст, които обикновено са съгласувани за растеж, социално хомогенни и се хранят с диетата и живеят в среда, типична за развития свят. Децата от ЕС са били кърмени до 1-годишна възраст. Те ядат типична западна диета с високо съдържание на животински протеини, захар, нишесте и мазнини и ниско съдържание на фибри. Средното съдържание на фибри в диетата в ЕС е 5,6 g/d (0,67%) при деца от 1 до 2 години и 8,4 g/d (0,9%) при деца от 2 до 6 години (Таблица S3). Количеството консумирани калории (средно) варира значително в двете популации (BF деца: 1-2 годишни, 672.2 kcal/d; 2-6 годишни, 996 kcal/d; деца в ЕС: 1-2 годишни, 1068.7 kcal/d; 2-6 години на възраст, 1512,7 kcal/d; таблици S2 и S3). Изолирането на BF село, където живеят децата, които сме разследвали, в сравнение с урбанизирания свят, предполага, че диетата им много вероятно прилича на диетата от неолита в Африка след селскостопанската революция.

Доминиране на Bacteroidetes в чревната микробиота на Буркина Фасо в сравнение с европейските деца.

За да характеризираме бактериалните линии, присъстващи във фекалните микробиоти на тези 29 деца, извършихме мултиплекс пиросеквениране на V5 и V6 хиперпроменливи области на 16S рРНК гена с инструмент 454 FLX (Roche). Генерирахме набор от данни, състоящ се от 438 219 филтрирани висококачествени, класифицируеми 16S rRNA генни последователности със средна средна стойност (± SD) от 15 111 ± 3 774 последователности на проба (Таблица S4). Установено е, че повече от 94,2% от последователностите във всички проби от BF и EU принадлежат към четирите най-населени бактериални фили, а именно Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes и Proteobacteria, в съгласие с предишни проучвания, описващи такива типове като тези, които допринасят за по-голямата част от микробиотата на човешките черва (2, 11). Открити са съответни разлики в пропорциите на четири тила: актинобактериите и бактериоидите са по-представени в BF, отколкото в детската микробиота в ЕС (10,1% срещу 6,7% и 57,7% срещу 22,4%, съответно), докато Firmicutes и протеобактериите са по-разпространени в ЕС от при BF деца (63,7% срещу 27,3% и 6,7% срещу 0,8%, съответно). Диференциалното разпределение на Firmicutes и Bacteroidetes очертава дълбоки разлики между двете групи (фиг. S1).

Статистическият анализ с помощта на параметричен тест (ANOVA) показва, че Firmicutes (P = 7,89 × 10 −5) и Bacteroidetes (P = 1,19 × 10 −6) значително разграничават BF от децата в ЕС. Този резултат се засилва от непараметричния тест на Крускал – Уолис, който отново показва значими дискриминиращи фактори при Firmicutes (P = 3.38 × 10 −5), Bacteroidetes (P = 4.80 × 10 −4), Actinobacteria (P = 8.82 × 10 −3 ), и спирохети (P = 1.11 × 10 −5) фила. Firmicutes са два пъти по-богати при децата в ЕС, както се вижда от различното съотношение между Firmicutes и Bacteroidetes (съотношение F/B ± SD, 2,8 ± 0,06 в ЕС и 0,47 ± 0,05 в BF), което предполага драматично различна бактериална колонизация на човешките черва в двете популации. Интересното е, че Prevotella, Xylanibacter (Bacteroidetes) и Treponema (Spirochaetes) присъстват изключително при BF детски микробиоти (фиг. 2 A и B, фиг. S2 и таблица S5). Можем да предположим, че сред факторите на околната среда, разделящи двете популации (диета, санитария, хигиена, география и климат), присъствието на тези три рода може да бъде следствие от високия прием на фибри, максимизирайки извличането на метаболитна енергия от погълнатите растителни полизахариди.

Проучванията на 16S рРНК гени разкриват ясно разделяне на две изследвани популации деца. (А и Б) Кръгови диаграми на средните стойности на бактериални родове, присъстващи във фекални проби на деца с BF и ЕС (> 3%), открити от класификатора на ПРСР v. 2.1. Пръстените представляват съответния тип (Bacteroidetes в зелено и Firmicutes в червено) за всеки от най-често представените родове. (C) Дендрограма, получена с пълна свързваща йерархична клъстеризация на пробите от популации на BF и EU въз основа на техните родове. Подкластерът, разположен в средата на дървото, съдържа проби, взети от трите най-малки (1–2 годишни) деца от групата BF (16BF, 3BF и 4BF) и две 1-годишни деца от групата на ЕС (2EU и 3EU). (D) Относително изобилие (процент от последователностите) на четирите най-разпространени бактериални фили във всеки индивид сред децата на BF и ЕС. Синята зона в средата показва изобилие от актинобактерии, представени главно от рода Bifidobacterium, в петте най-малки деца в ЕС и BF. (E) Относително изобилие (процент от последователностите) на Грам-отрицателни и Грам-положителни бактерии във всеки индивид. Различните разпределения на Грам-отрицателни и Грам-положителни в популациите на BF и ЕС отразяват разликите в двете най-представени фили, Bacteroidetes и Firmicutes.

Диетата играе централна роля в оформянето на микробиотата, както се вижда от факта, че бактериалните видове, свързани с диета с високо съдържание на мазнини и захар, насърчават затлъстяването при мишки с гнотобиотици (12). В такъв модел местните бактерии поддържат енергийната хомеостаза, като влияят на метаболитните процеси. Съотношението Firmicutes към Bacteroidetes се различава при затлъстелите и слаби хора и това съотношение намалява със загуба на тегло при нискокалорична диета (9). Следователно е разумно да се предположи, че увеличаването на съотношението F/B при децата в ЕС, вероятно обусловено от тяхната висококалорична диета, може да ги предразположи към бъдещо затлъстяване. Това съотношение F/B може също да се счита за полезен биомаркер за затлъстяване.

16S rRNA генни проучвания разкриват йерархично разделяне на двете педиатрични популации.

В западните популации чревната микробиота на човека претърпява зреене от раждането до зряла възраст и стареене, с особен акцент върху съотношението F/B, което се развива през различните етапи на живота (16). Нашите резултати могат да бъдат обяснени с факта, че веднага щом кърменето бъде заместено с твърда храна, разликите в микробиотата между двете популации се увеличават, отразявайки разделянето на диетата и околната среда, което води до диференциация между съотношението F/B. Като следствие от различното съотношение F/B в двете популации открихме Грам-отрицателни бактерии (главно Bacteroidetes) по-обилни (58,5%) от Грам-положителни бактерии (37,4%) в BF популацията, докато Грам-положителни ( главно Firmicutes) са по-обилни от грам-отрицателни бактерии (70,4% срещу 29,1% съответно) в популацията на ЕС (фиг. 2Е).

Микробно богатство и биологично разнообразие.

Бактериите, произвеждащи SCFA, биха могли да помогнат да се предотврати установяването на някои потенциално патогенни чревни бактерии. (A) Количествено определяне на SCFAs във фекални проби от популации BF и EU от SPME-GC-MS. (Б) Брой последователности по отношение на основните родове Enterobacteriaceae, в детска микрофлора на BF и ЕС. Нанасят се средни стойности (± SEM). Звездичките показват значителни разлики (едностранен студентски тест на всички точки от данни: * P 1 До кого трябва да бъде адресирана кореспонденцията. E-mail: paolo.lionettiunifi.it .

Принос на автора: C.D.F., D.C. и P.L. проектирани изследвания; C.D.F., M.D.P., S.M. и S.C. извършиха изследвания; ЛИЧЕН ЛЕКАР. допринесе нови реактиви/аналитични инструменти; M.R. и J.B.P. анализирани данни; и C.D.F., D.C., M.D.P. и P.L. написа вестника.

Авторите не декларират конфликт на интереси.

Депозиране на данни: Данните бяха подадени в архива за четене на последователности (SRA) с помощта на инструменти на ISA (ISAcreator и ISAconverter, http://isatab.sourceforge.net/index.html). Наборът от данни е достъпен на http://www.ebi.ac.uk/ena/data/view/ERP000133.

↵ * Тази статия за директно подаване има предварително подреден редактор.

Безплатно достъпен онлайн чрез опцията PNAS с отворен достъп.