Дієта матері з високим вмістом жиру під час вагітності постійно змінюється

вмістом

  • Теми
  • Анотація
  • вступ
  • Результати
  • Характеристика мікробіома Макака фуската
  • Дієта в основному структурує мікробіом кишечника
  • Харчування матері структурує мікробіом нащадків
  • HFD зменшує присутність Кампілобактер у нащадків
  • Обговорення
  • Методи
  • Експериментальний дизайн
  • Секвенування мікробіомів
  • Аналіз даних 16S
  • Кількісна ПЛР
  • Додаткова інформація
  • Приєднання
  • Біопроект
  • Додаткова інформація
  • Файли PDF
  • Додаткова інформація
  • коментарі

Теми

  • Дисбіоз
  • Порушення обміну речовин
  • Мікробіота
  • Харчування

Анотація

Мікробіом кишечника є унікальною екосистемою та важливим посередником метаболізму та ожиріння у ссавців. Однак досліджень, що вивчають вплив дієти на створення мікробіому кишечника на ранніх стадіях життя, як правило, бракує, а особливо у моделей приматів. Тут ми повідомляємо, що материнська або постнатальна дієта з високим вмістом жиру, але не ожирінням як такою, структурує мікробіом кишечника нащадків у Macaca fuscata (японська макака). Виниклий мікробний дисбіоз лише частково коригується контрольною дієтою з низьким вмістом жиру після відлучення. Несподівано ранній вплив дієти з високим вмістом жиру зменшив кількість непатогенного кампілобактеру в кишечнику неповнолітніх, що свідчить про потенційну роль харчового жиру у формуванні коменсальних мікробних спільнот у приматів. Наші дані кидають виклик концепції мікробіома кишечника, що спричиняє ожиріння, і натомість наводять докази того, як материнська дієта сприяє встановленню мікробіоти, що в свою чергу впливає на підтримку метаболічного здоров’я кишечника.

вступ

Мікробіом кишечника - це міцна екосистема, заселена майже 100 трильйонами бактерій. Ці коменсальні бактерії кодують ферментативні шляхи, що дозволяють метаболізму та синтезу жирних кислот і вітамінів 1, 2. Вважається, що при народженні вагінальна та фекальна мікробіоти матері прищеплюють ротову порожнину новонародженого, утворюючи таким чином основу мікробіоти кишечника нащадків 3, 4. У міру зростання немовляти та введення нових продуктів харчування мікробіом зростає в багатстві та різноманітності, щоб досягти стабільного стану, що відображає дорослу мікробіоту незабаром після відлучення 5, 6. Вплив материнського гестаційного раціону, способу виношування дитини та годування груддю на філогенетичну структуру мікробіома немовлят та неповнолітніх залишається недостатньо дослідженим у добре контрольованих моделях 3, 4, 5, 7 .

У цьому дослідженні ми встановили, що Mucaca fuscata (японська макака) є репрезентативною моделлю для вивчення мікробіому людини. Крім того, ми можемо вивчити роль дієти матері під час гестації та лактації у встановленні неповнолітнього мікробіома. Ми виявили, що, хоча мікробіом структурований головним чином за рахунок дієти, ми знаходимо стійкі зміни у неповнолітньому мікробіомі на основі дієти матері; ці стійкі зміни відбулися, незважаючи на спільне проживання наших неповнолітніх когорт. Ці дослідження сприяють розширенню роботи, яка доводить, що дієта в значній мірі формує наш мікробіом. Крім того, ці дослідження дають уявлення про те, як еволюція дієти людини потенційно сформувала мікробіом для сприяння захворюваності на метаболічні захворювання.

Результати

Характеристика мікробіому Macaca fuscata

Щоб вивчити відносний внесок маніпуляцій з їжею матері та тілесних звичок у розвиток мікробіомів у приматів, ми провели метагеномічні дослідження в нашій добре охарактеризованій японській макабри (Macaca fuscata) моделі ожиріння матері 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32. Ми вперше встановили порівняльну значимість M. fuscata у людини в різних місцях тіла, відібравши оральні, вагінальні та кишкові зразки у здорових невагітних дорослих приматів та виконавши 454 піросеквенування зв'язаної 16S рРНК для аналізу основних філогенетичних координат (ACo) . Подібно до людей 2, 20, 33, але унікальним для мишей, ми спостерігали дискретне скупчення мікробіоти порожнини рота, піхви та кишечника, що означає, що ці місця тіла значною мірою містять унікальні ніші середовища існування, хоча деякі особи мають спільні таксони стільця у піхві. (Рис. 1а).

ДНК виділяли з мазків M. fuscata або H. sapiens, взятих з кишечника (заднього проходу, товстої кишки та стільця), піхви або ротової порожнини. Секвенування 16S рДНК проводили за допомогою системи 454 FLXtitanium, а послідовності аналізували за допомогою програмного забезпечення QIIME. ( в ) Діаграми PCoA, що показують бета-різноманітність зразків, відібраних з мазків M. fuscata з кишкової (синьої), вагінальної (червоної) або ротової (помаранчевої) порожнини. Кількість тварин (n), що використовуються для кожної ділянки тіла, вказана в дужках у легенді малюнка. ( ) Рясність бактерій, виділених із кишкової, піхвової або ротової порожнини на рівні кишечника M. fuscata (ця робота) або H. sapiens (взято з HMP, доступно за адресою http://www.hmpdacc.org/). Кожен тип представлений різним кольором у філогенетичному дереві. Загальна кількість дамб і неповнолітніх, з яких було отримано характеристику мікробіомів, становила 50, зразки з кількох ділянок тіла.

Повнорозмірне зображення

Потім ми порівняли таксони з кожної ділянки тіла із загальнодоступними даними проекту Human Microbiome Project (HMP; hmpdacc.org). На рівні типу кишкові таксони були подібними і в них переважали Bacteroidetes та Firmicutes (рис. 1b). Однак на рівні роду відмінності в Bacteroidetes були очевидні. Точніше, переважання бактеріоїдів у людей та превотелли у макак є, швидше за все, відображенням харчових відмінностей. Бактероїди кодують ферменти для перетравлення насичених жирів та білків тваринного походження, більш поширені у західній дієті 5, тоді як у метаболічних реконструкціях в Превотеллі переважають травні шляхи травлення рослин ксилан та целюлоза у всеїдній дієті M. fuscata та аграрних популяцій людини, такі як як у Буркіна-Фасо 5. Мікробіота в ротовій порожнині також була подібною на рівні типу, за винятком більшої відносної чисельності фузобактерій у людей (рис. 1б). Загалом, кишкові та ротові мікрофлори M. fuscata подібні до людських.

Піхвовий мікробіом M. fuscata містив менше лактобактерій, ніж людський, був значно різноманітнішим, ніж люди, і містив таксони, найчастіше пов’язані з мікробіомом кишечника. У той час як збільшення бактеріального різноманіття у вагінальному мікробіомі людини пов'язане з бактеріальним вагінозом 34, 35, інші примати, крім людини (наприклад, бабуїни), мають схоже мікробіологічне різноманіття піхви, що спостерігається у макаки в доброму здоров'ї, не вагітній 36. Об’єднання деяких вагінальних та кишкових зразків (рис. 1а) свідчить про те, що ці таксономічні профілі чисельності у макак, швидше за все, пов’язані з анатомією та різницею в гігієні, що призводить до забруднення калом.

Дієта в основному структурує мікробіом кишечника

Незалежно від ожиріння та інсулінорезистентності, дамби HFDS (ожиріння, резистентність до інсуліну) та HFDR (худі, чутливі до інсуліну) згруповані між собою і відрізнялися від дам CTD за PCoA (P = 0,001 з дисперсійного аналізу перестановки (PERMANOVA), рис. 2а) . Ця знахідка була підтверджена вимірами альфа-різноманітності та видового багатства, які не змогли виявити істотної різниці між дамбами HFDS та HFDR (рис. 1б, в). Цікаво, що жодна очевидна різниця в рівнях запальних цитокінів у циркулюючій плазмі 37 не може пояснити диференціальну експлуатацію скупчень у раціоні. Однак повідомляється про збільшення загальних жирних кислот (насичених, мононасичених, незамінних та незамінних жирних кислот) та n-6 жирних кислот у матерів, які споживають HFD 38, що є вірогідним поясненням відсутності відмічених відмінностей у кишечнику. мікробіом відповідно до звички та резистентності до інсуліну.

Зразки кишечника відбирали у M. fuscata, піддавали ізокалорійній дієті, що складається з 13% жиру (контрольна дієта) або 36% жиру (дієта з високим вмістом жиру). ДНК виділяли із вмісту кишечника та проводили піросеквенування 16S (454 FLXtitanium). Послідовності аналізували за допомогою програмного забезпечення QIIME. ( в ) Графік PCoA, що показує диференційоване групування осіб на контрольній дієті (CTD, зелена), дієті з низьким вмістом жиру (HFDR, темно-синя) або дієті з високим вмістом жиру та ожирінням (HFDS, світло-блакитна). Особи групуються суттєво відповідно до дієти (Р = 0,001 за ПЕРМАНОВОЮ). Кількість тварин у кожній категорії (n) вказано в дужках у легенді. ( ) Графік, що демонструє різницю в ряді видів між ожирінням (HFDS) та страждаючими ожирінням особами з високим вмістом жиру (HTD). Легенда праворуч від графіка вказує колір кожного представленого бактеріального типу.

Повнорозмірне зображення

Повнорозмірне зображення

Харчування матері структурує мікробіом нащадків

Повнорозмірне зображення

Теплова карта, що показує зміни статевого рівня між M. fuscata, яка споживає контрольну дієту або дієту з високим вмістом жиру під час гестації/лактації та/або після відлучення. Відносна чисельність кожного роду позначається кольоровим градієнтом від сірого (низька чисельність) до червоного (велика кількість). Теплова карта, сформована з використанням відстані Манхеттена та ієрархічної класифікації, базується на середньому зв'язку. Легенда над тепловою картою вказує дієту матері та дієту після відлучення для кожного неповнолітнього. На основі дендрограми спостерігається група зразків неповнолітніх, які споживають контрольну/контрольну дієту через більшу кількість кампілобактерів. Кількість неповнолітніх (n) у кожній когорті вказано в дужках у легенді малюнка.

Повнорозмірне зображення

Повнорозмірне зображення

HFD зменшує присутність Campylobacter у нащадків

Секвенування 16S рРНК показало, що неповнолітні, які зазнали гестації/лактації або HFD після відлучення, продемонстрували помітне зменшення носіїв роду Epsilonproteobacteria Campylobacter порівняно з юнацькою когортю, що зазнала дії АКДС під час гестації/лактації та після відлучення (CTD/CTD). Для підтвердження цього спостереження ми підтвердили перенесення Campylobacter на гендерному рівні в калі когорти CTD/CTD та зменшення Campylobacter у калі когорт неповнолітніх, які зазнали HFD, або під час вагітності/лактації, або після відлучення ( 8). Оскільки жодна з наших неповнолітніх когорт не виявляла ознак або симптомів кампілобактеріозу, ми робимо висновок, що Campylobacter spp. присутність у когорті CTD/CTD була комменсальною, як повідомлялося раніше 47, 48. Ці дані підтверджують незалежними від культури методами, що харчові звички матері під час гестації здатні постійно змінювати мікробіоти нащадків.

Методи

Експериментальний дизайн

Секвенування мікробіомів

Зразки з шлунково-кишкового тракту (калу, висхідної ободової кишки, заднього проходу), вагінальної або ротової порожнини збирали та виділяли ДНК за допомогою набору для ізоляції ДНК Powersoil (Mo Bio Laboratories, Карлсбад, Каліфорнія). Зразки кишечника відбирали з останнього стільця, з вмісту просвітньої сторони висхідної ободової кишки та шляхом введення ватного тампона в задній прохід після розтину. Зразки ротової порожнини та вагіни брали мазками місця тіла. Після екстракції ДНК посилили 16S рДНК від бактерій і прикріпили штрих-коди для ідентифікації зразків за допомогою праймерів V3V5 перед секвенуванням 454; отримані послідовності аналізували за допомогою програм кількісного аналізу мікробної екології (QIIME) 56. Послідовності завантаження V3V5 із малими штрих-кодами: 5′-cctatcccctg Primer) та 5′-ccatctctctctcggggd-sr.

Аналіз даних 16S

Кількісна ПЛР

Крім того, ДНК, виділену з M. fusata, також піддавали ПЛР-ампліфікації роду Campylobacter та універсальної 16S рДНК, як описано раніше 47, 65. Праймерами, що використовувались для специфічної для ПЛР роду Campylobacter, були C412F 5'-GGATGACACTTTTCGGAGC-3 'та C1288R 5'-GGATGACACTTTTCGGAGC-3'. Ці праймери генерували 812 п.н. продукту, використовуючи 28 циклів ампліфікації ПЛР при 94 ° С протягом 1 хв, 55 ° С протягом 1 хв і 72 ° С протягом 1 хв. Універсальна 16S рДНК ампліфікували за допомогою описаних вище праймерів (16SuniversalFor та 16SuniversalRev) і генерували продукт 462 bp після 30 циклів ампліфікації при 95 ° C протягом 1 хв, 60 ° C протягом 1 хв і 72 ° C протягом 1 хв. Продукти ПЛР проводили на 3% агарозному гелі, що містить бромід етидію. Гель візуалізували та кількісно визначали за допомогою програмного забезпечення для аналізу VisionWorks LS (Upland, CA) 66 .

Додаткова інформація

Коди доступу: Метагеномічні дані були розміщені в базі даних BioProject під кодом приєднання PRJNA231152.

Як цитувати цю статтю: Ma, J. та співавт. Дієта з високим вмістом жиру під час вагітності постійно змінює мікробіом нащадків у моделі приматів. Нат. Поширені. 5: 3889 doi: 10.1038/ncomms4889 (2014).