Дисбіоз мікробіоти кишечника пов’язаний з недоїданням та зниженням рівня амінокислот у плазмі крові
Маніш Кумар
1 Кафедра біології та біологічної інженерії Технологічного університету Чалмерса, SE41128, Гетеборг, Швеція
Боянг Джи
1 Кафедра біології та біологічної інженерії Технологічного університету Чалмерса, SE41128, Гетеборг, Швеція
Паризад Бабаї
1 Кафедра біології та біологічної інженерії Технологічного університету Чалмерса, SE41128, Гетеборг, Швеція
Промі Дас
1 Кафедра біології та біологічної інженерії Технологічного університету Чалмерса, SE41128, Гетеборг, Швеція
Димитра Лаппа
1 Кафедра біології та біологічної інженерії Технологічного університету Чалмерса, SE41128, Гетеборг, Швеція
Гірія Рамакрішнан
5 Медичний факультет/Відділ інфекційних хвороб, Університет Вірджинії, Шарлотсвілль, штат Вірджинія, США
Тодд Е. Фокс
6 Кафедра фармакології, Університет Вірджинії, Шарлоттсвілль, штат Вірджинія, США
Рашидул Хаке
7 Міжнародний центр досліджень діарейної хвороби, Дакка, Бангладеш
Вільям А. Петрі-молодший
5 Медичний факультет/Відділ інфекційних хвороб, Університет Вірджинії, Шарлотсвілль, штат Вірджинія, США
Фредрік Бекхед
3 Лабораторія Валленберга, кафедра молекулярної та клінічної медицини, Університет Гетеборга, 41345, Гетеборг, Швеція
4 Центр фундаментальних досліджень обміну речовин Novo Nordisk, Секція з метаболічної рецептології та ентероендокринології, Факультет медичних наук, Університет Копенгагена, 2200 Копенгаген, Данія
Єнс Нільсен
1 Кафедра біології та біологічної інженерії Технологічного університету Чалмерса, SE41128, Гетеборг, Швеція
2 Центр фонду біологічної стійкості Novo Nordisk, Технічний університет Данії, DK2800 Lyngby, Данія
M.K., B.J. та J.N. задумав та спроектував дослідження, обчислювальні рамки та аналізи. M.K., B.J. та P.B. впровадив основи та виконав аналіз Д.Л. розробив конвеєр для вдосконалення анотацій моделі. П.Д., Ф.Б. та Дж. задумав і спроектував експерименти ферментації. П. проводили досліди. R.H., W.A.P.J. та J.N. задумав та спроектував дослідження метаболоміки. Г.Р. та Т.Ф. виконував експерименти з метаболоміки. М.К. проаналізував дані метаболоміки. M.K., P.B. та J.N. написав рукопис.
Пов’язані дані
Анотація
ВСТУП
Гіпотрофія є важким неінфекційним захворюванням у країнах з низьким та середнім рівнем доходу, яке включає дві форми, а саме недоїдання (затримка росту та марнотратство) та переїдання (ожиріння). Згідно з недавньою доповіддю Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ), затримки росту та марнотратство вплинули на 160 мільйонів та 50 мільйонів дітей відповідно у всьому світі (Chan, 2017). У 2016 р. Лише затримка трюку вплинула на 22,6% дітей у віці до 5 років у цілому (UNICEF та ін., 2017). ВООЗ рекомендує годувати грудьми до 6-місячного віку для здорового росту немовлят. Більше того, у разі недоїдання рекомендується готове до вживання терапевтичне харчування на основі арахісового масла та сухого знежиреного молока (RUTF) (Briend et al., 2015). Незважаючи на те, що за останні кілька десятиліть було досягнуто значного прогресу у зменшенні поширеності затримок у рості, втручання, що застосовуються для лікування затримок у розвитку дитини, не завжди були успішними (Bhutta et al., 2008; Ramakrishnan et al., 2009). Нещодавно було проведено кілька досліджень, щоб зрозуміти вплив втручання поживних речовин, таких як поживні добавки на основі ліпідів або RUTF, мікроелементи, такі як вітамін А, цинк, залізо, окремо або в декількох комбінаціях, на низькорослих дітей (Ashorn et al., 2015a; Mayo-Wilson et al., 2014; Ramakrishnan et al., 2009). Результати цих досліджень свідчать про те, що втручання не змогли зменшити лінійний дефіцит зростання затримки росту.
Окрім харчових поживних речовин, виявлено, що мікробіота кишечника людини пов’язана з недоїданням (Blanton et al., 2016; Smith et al., 2013; Subramanian et al., 2014). У кишечнику людини зберігаються трильйони мікробних клітин, які в сукупності діють як біореактор для ферментації дієтичних макроелементів до метаболітів, що сприяють здоров’ю, наприклад, коротколанцюгових жирних кислот (СКЖК) (De Vadder et al., 2014; Louis and Flint, 2017), амінокислоти (AA) (Husted et al., 2017; Metges, 2000; Shoaie et al., 2015) та вітаміни (Degnan et al., 2014; Gominak, 2016; Östman et al., 2001). Більше того, попередні дослідження продемонстрували взаємодію мікробіоти кишечника з метаболізмом жовчних кислот, що може мати значний вплив на метаболізм господаря (Wahlström et al., 2016).
МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ
Аналіз даних відносної чисельності мікроорганізмів кишечника
Дані відносної таксономічної чисельності кишкових бактерій були отримані в результаті трьох опублікованих досліджень, заснованих на дитячих групах з трьох різних країн (Малаві, Бангладеш та Швеція) (Bäckhed et al., 2015; Smith et al., 2013; Subramanian et al., 2014 ). Для відбору 20 найбільш поширених видів бактерій із мікробіоти кишечника здорових та недоїдаючих дітей було використано лише відносну кількість на рівні видів, щоб відновити ГЕМ. Це припущення було зроблено для спрощення системи моделювання для розуміння метаболічних можливостей найбільш домінуючої частини мікробіому кишечника дитини у стані здоров’я та недоїдання. Всього було відібрано 68 видів. Відносну таксономічну чисельність вибраних видів можна побачити в таблиці S1 та на рисунку S2.
Співвідношення Firmicutes/Bacteroidetes розраховували для здорових та недоїдаючих дітей, використовуючи дані відносної таксономічної чисельності чотирьох опублікованих досліджень (Bäckhed et al., 2015; Blanton et al., 2016; Smith et al., 2013; Subramanian et al., 2014). Серед чотирьох наборів даних двоє були з малавійських дітей (Blanton et al., 2016; Smith et al., 2013), а решта два - з Бангладеш (Subramanian et al., 2014) та шведських дітей (Bäckhed et al., 2015) . Дані відносної таксономічної чисельності шведських дітей були доступні лише для здорових дітей. Подальші набори даних про чисельність видів використовувались для визначення індексу різноманітності Шеннона або індексу Шеннона-Вінера мікробіоти кишечника для кожної дитячої групи. Індекс Шеннона-Вінера визначається наступним чином (Hurlbert, 1971):