Fundația genetică gazdă și microbiota intestinală contribuie la răspunsurile metabolice diferențiale la

ABSTRACT

fundal Nu este clar modul în care consumul ridicat de fructoză induce răspunsuri metabolice disparate la tulpini de șoareci genetic diverse.

gazdă

Obiectiv Ne propunem să investigăm dacă microbiota intestinală contribuie la răspunsuri metabolice diferențiate la fructoză.

Metode Șoarecilor masculi C57BL/6J (B6), DBA/2J (DBA) și FVB/NJ (FVB) de opt săptămâni li s-a administrat o soluție de fructoză 8% sau apă regulată (martor) timp de 12 săptămâni. Compoziția microbiotei intestinale în cecum și fecale a fost analizată utilizând secvențierea 16S rADN și PERMANOVA a fost utilizat pentru a compara comunitatea între tulpini de șoareci, tratamente și puncte de timp. Abundența microbiotei a fost corelată cu fenotipurile metabolice și expresia genei gazdei în hipotalamus, ficat și țesuturi adipoase utilizând corelarea bi-greutate. Pentru a testa rolul cauzal al microbiotei intestinale în determinarea răspunsului la fructoză, am efectuat transplanturi fecale de la șoareci B6 la șoareci DBA și invers timp de 4 săptămâni, precum și șoareci DBA tratați cu antibiotice cu Akkermansia timp de 9 săptămâni, însoțiți cu sau fără fructoză tratament.

Rezultate În comparație cu B6 și FVB, șoarecii DBA au avut un raport Firmicutes/Bacteroidetes semnificativ mai ridicat și niveluri inițiale mai mici de Akkermansia și S24-7 (P 9 cfu/mL în PBS anaerob) pe tot parcursul experimentului. După 1 săptămână de gavaj bacterian, șoarecii DBA au fost tratați cu 8% fructoză sau apă obișnuită timp de 8 săptămâni (n = 10-14/grup). Șoarecii DBA care au primit PBS anaerob au servit ca martor (n = 8-10/grup). Greutatea corporală și IPGTT au fost măsurate așa cum s-a descris anterior (5).

analize statistice

Datele microbiotei au fost rezumate în abundență relativă în funcție de nivelul taxonomic în QIIME, iar comunitățile au fost vizualizate cu analiza coordonatelor principale (PCoA) pe baza măsurării ponderate a distanței UniFrac (23). Grupurile categorice (tratament, timp, tulpină de șoarece) s-au confirmat că au o omogenitate multivariată similară a dispersiilor de grup pentru a le permite să fie comparate folosind testul PERMANOVA (analiza permutatională multivariată a varianței) non-parametric cu funcția adonis (24). Compoziția microbiană a fost analizată la nivelurile taxonomice filum, familie și gen folosind software-ul Analiza statistică a profilurilor metagenomice (STAMP) (25).

Mărimea efectului de analiză discriminantă liniară (LDA) (LEfSe) a fost utilizată pentru a identifica taxonii reprezentați diferențial între trei tulpini de șoarece folosind parametri standard (P 2.0) (26). Folosind caracteristicile identificate din analiza LEfSe, am selectat șase genuri fecale care au prezentat modele contrastante în nivelurile lor de bază între DBA și celelalte două tulpini de șoarece, B6 și FVB. Pentru a vizualiza diferențele de bază ale acestor șase genuri între cele trei tulpini de șoareci, boxplot-urile au fost reprezentate grafic folosind valorile transformate ale raportului centralizat (CLR) din conturile OTU cu pachetul „rgr” din software-ul R (24). Diferența dintre tulpini a fost evaluată folosind un ANOVA unidirecțional, urmat de testul post-hoc al lui Sidak. Deoarece Turicibacterul nu a fost distribuit în mod normal, diferența dintre tulpini a fost analizată prin testul Kruskal-Wallis urmat de testul lui Dunn.

Taxa care a diferit între fructoză și grupurile obișnuite de apă a fost identificată folosind testul T neparametric al lui White (27), urmat de estimarea ratei de descoperire falsă (FDR) a lui Storey utilizând date despre abundența relativă și analiza statistică a profilurilor metagenomice (28). Un ANOVA unidirecțional, urmat de testul post-hoc al lui Sidak, a fost utilizat pentru a determina diferența în raportul Firmicutes/Bacteroidetes (F/B) între trei tulpini de șoarece. Raportul F/B a fost calculat prin împărțirea proporției Firmicutes și Bacteroidetes pentru fiecare probă și apoi transformat în log pentru a obține o distribuție normală.

Corelația dintre microbiota intestinală și fenotipurile metabolice sau genele semnăturii fructozei din țesuturile individuale a fost evaluată utilizând midcorelația Biweight (bicor) (29). Valorile statistice ale P-ului au fost ajustate folosind abordarea Benjamini-Hochberg și FDR B6 sau FVB) nu au fost nici ele corelate cu cantitatea de aport de apă din fructoză [FVB (23,6 ± 1,36 mL /) (mouse · d)> B6 (8,74 ± 0,187 ml /). (Șoarece · d) sau DBA (8,47 ± 0,390 ml/(șoarece · d)] (5). Cantitatea de aport a fost probabil determinată de diferențele de percepție și preferință a fructozei între tulpinile șoarecelui (6,30).

Efectele generale ale fructozei asupra comunității microbiotei intestinale

(A) Probele de microbiota Cecal pe trei tulpini de șoareci s-au arătat separate prin tulpină (A; n = 16/tulpină; săptămâna 12). (B-C) Probele de microbiota fecală pe trei tulpini de șoarece au fost separate atât de tulpină (B; n = 64/tulpină în 4 puncte de timp), cât și de timp (C; n = 16/punct de timp pentru fiecare tulpină). Graficul C a folosit aceeași ordonație ca graficul B, cu excepția coordonatei principale 3 (PC3) a fost prezentată ca axa x pentru a arăta relația cu timpul. (D-F) Pentru fiecare tulpină de șoarece, probele fecale au fost colorate în funcție de punctele de timp pentru B6 (D), DBA (E) și FVB (F) pentru a arăta efectul de timp. (G-I) Probele de fecale au fost colorate cu fructoză sau tratament cu apă pentru B6 (G), DBA (H) și FVB (I) pentru a arăta efectul tratamentului. Probele pentru perioada de timp de 12 săptămâni au fost prezentate în cercuri punctate, cu valorile P corespunzătoare pentru efectul tratamentului cu fructoză raportate. (J-L) Probele de cecal au fost colorate prin tratarea fructozei sau a apei pentru B6 (J), DBA (K) și FVB (L). Valorile P au fost generate de PERMANOVA, iar rezultatele semnificative au fost prezentate cu caractere aldine. Valorile P cu un asterisc indică faptul că s-au observat dispersii semnificativ diferite, care pot influența valorile P raportate deoarece PERMANOVA presupune o dispersie similară.