Генетичне середовище господаря та мікробіота кишечника сприяють диференційованим метаболічним реакціям на

АНОТАЦІЯ

Передумови Неясно, наскільки велике споживання фруктози викликає різнорідні метаболічні реакції у генетично різноманітних штамів мишей.

Об’єктивна Ми прагнемо дослідити, чи сприяє мікробіота кишечника диференційованим метаболічним реакціям на фруктозу.

Методи Восьмитижневим самцям мишей C57BL/6J (B6), DBA/2J (DBA) та FVB/NJ (FVB) мишам давали 8% розчин фруктози або звичайну воду (контроль) протягом 12 тижнів. Склад мікробіоти кишечника в сліпій кишці та фекаліях аналізували за допомогою секвенування 16S рДНК, а PERMANOVA використовували для порівняння спільноти між штамами мишей, лікуванням та часовими точками. Рівень мікробіоти корелював з метаболічними фенотипами та експресією генів господаря в гіпоталамусі, печінці та жировій тканині за допомогою середньої кореляції Бігейта. Щоб перевірити причинно-наслідкову роль мікробіоти кишечника у визначенні реакції на фруктозу, ми проводили трансплантацію калу від мишей B6 мишам DBA і навпаки протягом 4 тижнів, а також мишей DBA, оброблених антибіотиками, з Аккерманзією протягом 9 тижнів у супроводі або без фруктози лікування.

Результати Порівняно з B6 та FVB, миші DBA мали значно вищий коефіцієнт Firmicutes/Bacteroidetes та нижчі рівні базової лінії Аккермансії та S24-7 (P 9 cfu/мл в анаеробному PBS) протягом усього експерименту. Після 1 тижня бактеріального видалення мишей DBA обробляли 8% фруктозою або звичайною водою протягом 8 тижнів (n = 10-14/група). Мишами DBA, які отримували анаеробний PBS, служили контролем (n = 8-10/група). Вагу тіла та IPGTT вимірювали, як описано раніше (5).

Статистичний аналіз

Дані мікробіоти узагальнили щодо відносної чисельності за таксономічним рівнем у QIIME, а спільноти візуалізували за допомогою аналізу основних координат (PCoA) на основі зваженої міри відстані UniFrac (23). Було підтверджено, що категоріальні групи (лікування, час, штам миші) мають подібну багатоваріантну однорідність групових дисперсій, що дозволяє їх порівнювати за допомогою непараметричного тесту PERMANOVA (дисперсійний пермутаційний багатовимірний аналіз) з функцією Адоніса (24). Мікробний склад аналізували на таксономічному рівні типу, сім’ї та роду за допомогою програми статистичного аналізу метагеномних профілів (STAMP) (25).

Розмір ефекту лінійного дискримінантного аналізу (LDA) (LEfSe) був використаний для ідентифікації таксонів, диференційовано представлених між трьома штамами миші, використовуючи стандартні параметри (P 2.0) (26). Використовуючи ідентифіковані особливості аналізу LEfSe, ми відібрали шість фекальних родів, які продемонстрували контрастну закономірність у базових рівнях між DBA та двома іншими штамами миші, B6 та FVB. Щоб візуалізувати базові відмінності цих шести родів між трьома штамами миші, графіки побудови графіків використовували трансформовані значення з центрованого коефіцієнта логарифмів (CLR) з підрахунків OTU за допомогою пакету «rgr» у програмному забезпеченні R (24). Різницю між штамами оцінювали за допомогою одностороннього ANOVA з подальшим тестом Сидака post hoc. Оскільки Turicibacter зазвичай не розподілявся, різницю між штамами аналізували за допомогою тесту Крускала-Уолліса з подальшим тестом Данна.

Такси, які відрізнялися між фруктозою та звичайною групою води, були ідентифіковані за допомогою непараметричного Т-критерію Уайта (27), а потім оцінки коефіцієнта неправдивих відкриттів Сторі (FDR) за допомогою даних відносної чисельності та статистичного аналізу метагеномних профілів (28). Для визначення різниці у співвідношенні твердих речовин/бактеріоідів (F/B) між трьома штамами миші використовували односторонню ANOVA, після якої проводився пост-hoc тест Сідака. Співвідношення F/B розраховували шляхом ділення частки твердих речовин і бактеріоідів для кожної проби, а потім перетворювали в журнал для досягнення нормального розподілу.

Кореляцію між мікробіотою кишечника та метаболічними фенотипами або генами підписи фруктози з окремих тканин оцінювали за допомогою середньої кореляції Бігейта (бікор) (29). Статистичні значення P були скориговані за допомогою підходу Бенджаміні-Хохберга, а FDR B6 або FVB) також не корелювали з кількістю споживання фруктози [FVB (23,6 ± 1,36 мл/(миша · д))> B6 (8,74 ± 0,187 мл/(миша · d) або DBA (8,47 ± 0,390 мл/(миша · d)]] (5). Кількість споживання, ймовірно, зумовлена різницею у сприйнятті фруктози та перевазі між штамами миші (6,30).

Загальний вплив фруктози на мікробіотичну спільноту кишечника

(A) Показано, що зразки мікробіоти сліпої клітки у трьох штамах мишей відокремлюються за штамом (A; n = 16/штам; 12 тиждень). (B-C) Зразки мікробіоти калу у трьох штамах миші розділяли як штам (B; n = 64/штам через 4 часові точки), так і час (C; n = 16/момент часу для кожного штаму). Ділянка C використовувала ту саму ординацію, що і ділянка B, за винятком того, що основна координата 3 (PC3) була представлена як вісь х для відображення зв'язку з часом. (D-F) Для кожного штаму миші зразки калу забарвлювались у часові точки для B6 (D), DBA (E) та FVB (F), щоб показати ефект часу. (G-I) Зразки калу фарбували за допомогою обробки фруктозою або водою для B6 (G), DBA (H) та FVB (I), щоб показати ефект лікування. Зразки для 12-тижневого періоду часу були показані пунктирними колами, з відповідними значеннями P для ефекту лікування фруктозою. (J-L) Зразки цекалів забарвлювали обробкою фруктозою або водою для B6 (J), DBA (K) та FVB (L). Значення P були сформовані PERMANOVA, а значні результати були представлені жирним шрифтом. Значення P зі зірочкою означають, що спостерігались суттєво різні дисперсії, що може впливати на значення P, про які повідомляється, оскільки PERMANOVA передбачає подібну дисперсію.