Disbioza microbiotei intestinale este asociată cu malnutriția și nivelurile reduse de aminoacizi din plasmă
Manish Kumar
1 Departamentul de Biologie și Inginerie Biologică, Universitatea de Tehnologie Chalmers, SE41128 Gothenburg, Suedia
Boyang Ji
1 Departamentul de Biologie și Inginerie Biologică, Universitatea de Tehnologie Chalmers, SE41128 Gothenburg, Suedia
Paris Babaei
1 Departamentul de Biologie și Inginerie Biologică, Universitatea de Tehnologie Chalmers, SE41128 Gothenburg, Suedia
Promi Das
1 Departamentul de Biologie și Inginerie Biologică, Universitatea de Tehnologie Chalmers, SE41128 Gothenburg, Suedia
Dimitra Lappa
1 Departamentul de Biologie și Inginerie Biologică, Universitatea de Tehnologie Chalmers, SE41128 Gothenburg, Suedia
Girija Ramakrishnan
5 Departamentul de Medicină/Divizia de Boli Infecțioase, Universitatea din Virginia, Charlottesville, VA, SUA
Todd E. Fox
6 Departamentul de farmacologie, Universitatea din Virginia, Charlottesville, VA, SUA
Rashidul Haque
7 Centrul internațional de cercetare a bolilor diareice, Dhaka, Bangladesh
William A. Petri, Jr.
5 Departamentul de Medicină/Divizia de Boli Infecțioase, Universitatea din Virginia, Charlottesville, VA, SUA
Fredrik Bäckhed
3 Laboratorul Wallenberg, Departamentul de Medicină Moleculară și Clinică, Universitatea din Gothenburg, 41345, Gothenburg, Suedia
4 Centrul Fundației Novo Nordisk pentru Cercetări Metabolice de Bază, Secția pentru Receptologie Metabolică și Enteroendocrinologie, Facultatea de Științe ale Sănătății, Universitatea din Copenhaga, 2200 Copenhaga, Danemarca
Jens Nielsen
1 Departamentul de Biologie și Inginerie Biologică, Universitatea de Tehnologie Chalmers, SE41128 Gothenburg, Suedia
2 New Nordisk Foundation Center for Biosustainability, Universitatea Tehnică din Danemarca, DK2800 Lyngby, Danemarca
M.K., B.J. și J.N. a conceput și proiectat studiul, cadrul de calcul și analizele. M.K., B.J. și P.B. a implementat cadrul și a efectuat analize. D.L. a dezvoltat o conductă pentru îmbunătățirea adnotărilor modelului. P.D., F.B. și J.N. a conceput și proiectat experimentele de fermentare. P.D. a efectuat experimentele. R.H., W.A.P.J. și J.N. a conceput și conceput studiul metabolomicii. G.R. și T.F. a efectuat experimentele de metabolomică. M.K. a analizat datele metabolomice. M.K., P.B. și J.N. a scris manuscrisul.
Date asociate
Abstract
INTRODUCERE
Malnutriția este o boală severă netransmisibilă în țările cu venituri mici și medii, care include două forme, și anume subnutriția (stunting and wasting) și overnutrition (obezitatea). Potrivit unui raport recent al Organizației Mondiale a Sănătății (OMS), cascadarea și risipa au afectat 160 de milioane și, respectiv, 50 de milioane de copii, în întreaga lume (Chan, 2017). Singurul creșterea copilului a afectat 22,6% dintre copiii cu vârsta sub 5 ani la nivel global în 2016 (UNICEF și colab., 2017). OMS recomandă alăptarea până la vârsta de 6 luni pentru o creștere sănătoasă a sugarilor. Mai mult, în cazul malnutriției, se recomandă untul de arahide și alimentele terapeutice gata de utilizare pe bază de lapte uscat degresat (RUTF) (Briend et al., 2015). Deși s-au înregistrat progrese semnificative în ultimele decenii în reducerea prevalenței cascadării, intervențiile aplicate pentru tratarea cascadării copiilor nu au avut întotdeauna succes (Bhutta și colab., 2008; Ramakrishnan și colab., 2009). Recent, au fost efectuate mai multe studii pentru a înțelege efectul intervenției nutriționale, cum ar fi suplimentele nutritive pe bază de lipide sau RUTF, micronutrienți, cum ar fi vitamina A, zinc, fier, individual sau în combinații multiple, asupra copiilor care suferă de creștere (Ashorn et al., 2015a; Mayo-Wilson și colab., 2014; Ramakrishnan și colab., 2009). Rezultatele acestor studii au sugerat că intervențiile nu au reușit să inverseze deficitul de creștere liniar al stuntingului.
În afară de nutrienții din dietă, sa constatat că microbiota intestinală a omului este asociată cu malnutriția (Blanton și colab., 2016; Smith și colab., 2013; Subramanian și colab., 2014). Intestinul uman adăpostește miliarde de celule microbiene, care acționează în mod colectiv ca un bioreactor pentru fermentarea macronutrienților dietetici către metaboliți care promovează sănătatea, de exemplu, acizii grași cu lanț scurt (SCFA) (De Vadder și colab., 2014; Louis și Flint, 2017), aminoacizi (AA) (Husted și colab., 2017; Metges, 2000; Shoaie și colab., 2015) și vitamine (Degnan și colab., 2014; Gominak, 2016; Östman și colab., 2001). Mai mult, studiile anterioare au demonstrat interacțiunea microbiotei intestinale cu metabolismul acidului biliar, care poate avea un impact semnificativ asupra metabolismului gazdei (Wahlström și colab., 2016).
MATERIALE ȘI METODE
Analiza datelor despre abundența relativă microbiană intestinală
Datele relative privind abundența taxonomică relativă a bacteriilor intestinale au fost obținute din trei studii publicate bazate pe grupuri de copii din trei țări diferite (Malawi, Bangladesh și Suedia) (Bäckhed și colab., 2015; Smith și colab., 2013; Subramanian și colab., 2014 ). S-au folosit doar abundențe relative la nivel de specie pentru a selecta cele mai abundente 20 de specii bacteriene din microbiota intestinală a copiilor sănătoși și subnutriți pentru a reconstitui GEM-urile. Această presupunere a fost făcută pentru a simplifica cadrul de modelare pentru a înțelege capacitățile metabolice ale celei mai dominante părți a microbiomului intestinal al copilului în sănătate și malnutriție. Au fost selectate în total 68 de specii. Abundențele taxonomice relative ale speciilor selectate pot fi văzute în Tabelul S1 și Figura S2.
Raportul Firmicutes/Bacteroidetes a fost calculat pentru copiii sănătoși și subnutriți utilizând date privind abundența taxonomică relativă din patru studii publicate (Bäckhed și colab., 2015; Blanton și colab., 2016; Smith și colab., 2013; Subramanian și colab., 2014). Dintre cele patru seturi de date, două erau de la copii din Malawi (Blanton și colab., 2016; Smith și colab., 2013), iar restul de doi erau din Bangladesh (Subramanian și colab., 2014) și copii suedezi (Bäckhed și colab., 2015) . Datele relative privind abundența taxonomică a copiilor suedezi au fost disponibile numai pentru copiii sănătoși. Alte seturi de date despre abundența speciilor au fost utilizate pentru a determina indicele diversității Shannon sau indicele Shannon-Wiener al microbiotei intestinale pentru fiecare grup de copii. Indicele Shannon-Wiener este definit după cum urmează (Hurlbert, 1971):