Beschrieben ist hier ein Protokoll, um die Wechselwirkungen zwischen Endobiotika und menschlichen Darmmikrobiota mit In-vitro-Batch-Fermentationssysteme zu untersuchen.
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Methodenartikel
Beschrieben ist hier ein Protokoll, um die Wechselwirkungen zwischen Endobiotika und menschlichen Darmmikrobiota mit In-vitro-Batch-Fermentationssysteme zu untersuchen.
Menschliche Darmmikroorganismen sind in letzter Zeit zu einem wichtigen Ziel der Forschung bei der Förderung der menschlichen Gesundheit und der Prävention von Krankheiten geworden. Daher sind Untersuchungen von Wechselwirkungen zwischen Endobiotika (z.B. Medikamente und Präbiotika) und Darmmikrobiota zu einem wichtigen Forschungsthema geworden. In-vivo-Experimente mit menschlichen Freiwilligen sind jedoch aufgrund von Bioethik und wirtschaftlichen Zwängen nicht ideal für solche Studien. Als Ergebnis wurden Tiermodelle verwendet, um diese Wechselwirkungen in vivo zu bewerten. Dennoch sind Tiermodellstudien nach wie vor durch bioethische Überlegungen begrenzt, zusätzlich zu unterschiedlichen Zusammensetzungen und Diversitäten von Mikrobiota bei Tieren und Menschen. Eine alternative Forschungsstrategie ist der Einsatz von Batch-Fermentationsexperimenten, die eine Bewertung der Wechselwirkungen zwischen Endobiotika und Darmmikrobiota in vitro ermöglichen. Zur Bewertung dieser Strategie wurden bifidobakterielle (Bif) Exopolysaccharide (EPS) als repräsentatives Xenobiotikum verwendet. Anschließend wurden die Wechselwirkungen zwischen Bif EPS und humaner Darmmikrobiota mit verschiedenen Methoden wie dünnschichtige Chromatographie (TLC), kompositorische Analyse der bakteriengemeinschaft mit 16S rRNA-Gen-Hochdurchsatzsequenzierung und Gaschromatographie untersucht. von kurzkettigen Fettsäuren (SCFAs). Hier wird ein Protokoll zur Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Endobiotika und menschlicher Darmmikrobiota mit In-vitro-Batch-Fermentationssystemen vorgestellt. Wichtig ist, dieses Protokoll kann auch geändert werden, um allgemeine Wechselwirkungen zwischen anderen Endobiotika und Darmmikrobiota zu untersuchen.
Gut Mikrobiota spielen eine wichtige Rolle bei der Funktion des menschlichen Darms und in der Wirtgesundheit. Folglich sind Darmmikrobiota in letzter Zeit ein wichtiges Ziel für die Prävention und Therapie von Krankheiten geworden1. Darüber hinaus interagieren Darmbakterien mit Wirtsdarmzellen und regulieren grundlegende Wirtsprozesse, einschließlich stoffwechselnder Aktivitäten, Nährstoffverfügbarkeiten, Modulation des Immunsystems und sogar Gehirnfunktion und Entscheidungsfindung2,3 . Endobiotika haben erhebliches Potenzial, die bakterielle Zusammensetzung und Vielfalt der Darmmikrobiota zu beeinflussen. So, Wechselwirkungen zwischen Endobiotika und menschlichen Darm Mikrobiota haben zunehmende Forschungsaufmerksamkeitangezogen 4,5,6,7,8,9.
Es ist schwierig, Wechselwirkungen zwischen Endobiotika und humaner Darmmikrobiota in vivo aufgrund von Bioethik und wirtschaftlichen Zwängen zu bewerten. Zum Beispiel können Experimente, die die Wechselwirkungen zwischen Endobiotika und menschlicher Darmmikrobiota untersuchen, nicht ohne Erlaubnis der Food and Drug Administration durchgeführt werden, und die Rekrutierung von Freiwilligen ist teuer. Daher werden für solche Untersuchungen häufig Tiermodelle verwendet. Die Verwendung von Tiermodellen ist jedoch aufgrund unterschiedlicher Mikrobiotazusammensetzungen und Diversität in tier- und menschenverbundenen Gemeinschaften begrenzt. Eine alternative In-vitro-Methode zur Erforschung der Wechselwirkungen zwischen Endobiotika und menschlicher Darmmikrobiota ist der Einsatz von Batch-Kulturexperimenten.
Exopolysaccharide (EPS) sind Präbiotika, die wesentlich zur Erhaltung der menschlichen Gesundheit beitragen10. Verschiedene EPS, die aus verschiedenen Monosaccharid-Zusammensetzungen und -Strukturen bestehen, können unterschiedliche Funktionen aufweisen. Frühere Analysen haben die Zusammensetzung der Bif EPS bestimmt, die das repräsentative Xenobiotikum sind, das in der aktuellen Studie11ins Visier genommen wird. Die wirtassoziierten metabolischen Effekte wurden jedoch hinsichtlich der EPS-Zusammensetzung und -Vielfalt nicht berücksichtigt.
Das hier beschriebene Protokoll verwendet die fäkale Mikrobiota von 12 Freiwilligen, um Bif EPS zu fermentieren. Die Dünnschichtchromatographie (TLC), die 16S rRNA-Gen-Hochdurchsatzsequenzierung und die Gaschromatographie (GC) werden dann in Kombination verwendet, um die Wechselwirkungen zwischen EPS und humaner Darmmikrobiota zu untersuchen. Deutliche Vorteile dieses Protokolls im Vergleich zu In-vivo-Experimenten sind seine niedrigen Kosten und die Vermeidung von störenden Effekten aus dem Stoffwechsel des Wirts. Darüber hinaus kann das beschriebene Protokoll in anderen Studien verwendet werden, die Wechselwirkungen zwischen Endobiotika und menschlicher Darmmikrobiota untersuchen.
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Dieses Protokoll folgt den Richtlinien der Ethikkommission der Hunan University of Science and Engineering (Hunan, China) und der Zhejiang Gongshang University (Zhejiang, China).
1. Herstellung von Bakterien
2. Herstellung von bifidobakteriellen EPS
3. Herstellung des Fermentationsmediums
4. Humane Fäkalienprobenvorbereitung
5. In-vitro-Chargenfermentation
6. EPS-Abbau durch menschliche Fäkalienmikrobiota
7. Auswirkungen von EPS auf die menschliche Darmmikrobiota
8. Auswirkungen von EPS auf die SCFA-Produktion durch menschliche Darmmikrobiota
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Die Produktion von Schleimhaut EPS konnte in B. Longumkulturen auf PYG-Platten nach anaeroben Inkubation für 72 h beobachtet werden (Abbildung 1A). Die Zentrifugierung von Kulturkratzen, gefolgt von Ethanolfällung und Trocknung, führte zur Sammlung zelluloseähnlicher EPS (Abbildung 1B). Getrocknetes EPS und lösliche Stärke wurden dann als Kohlenstoffquellen für Fermentationskulturen verwendet. TLC wurde für die Oligosaccharid-Trennung und Reinheitsanaly...
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In den letzten zehn Jahren wurden bedeutende Fortschritte beim Verständnis der Zusammensetzung und Der Aktivitäten der menschlichen Darmmikrobiota erzielt. Als Folge dieser Studien ist das holobionische Konzept entstanden, das die Wechselwirkungen zwischen Wirten und assoziierten mikrobiellen Gemeinschaften darstellt, wie z.B. zwischen Menschen und ihrer Darmmikrobiota19,20. Darüber hinaus werden Menschen sogar jetzt als Superorganismen betrachtet
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Die Autoren erklären, dass sie keine Interessenkonflikte haben. Die Zahlen wurden in Yin et al.zitiert. 11.
Diese Studie wurde von der National Nature Science Foundation of China (Nr. 31741109), der Hunan Natural Science Foundation (Nr. 2018JJ3200) und dem Konstruktprogramm der angewandten charakteristischen Disziplin an der Hunan University of Science and Engineering finanziert. Wir danken LetPub (www.letpub.com) für seine sprachliche Unterstützung bei der Erstellung dieses Manuskripts.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| 0,22 &Mikro; m Membranfilter | Millipore | SLGP033RB | Zur Filterung von Proben |
| 0,4-mm-Sieb | Thermo Fischer | 308080-99-1 | Zur Vorbereitung von menschlichen Stuhlproben |
| 5-Brom-4-chlor-3-indolyl β-D-Galactopyranosid (X-Gal) | Solarbio | X1010 | Zur Vorbereitung der Farbplatte |
| Essigsäure | Sigma-Aldrich | 71251 | Standardprobe für SCFA-Agar |
| Solarbio | YZ-1012214 | Die Komponente der | |
| Medium Anaerobe Kammer | Electrotek | AW 400SG | Bakterienkultur und Fermentation |
| Autoklav | SANYO | MLS-3750 | Verwendung zum Autoklavieren |
| von Bacto Sojaton | Sigma-Aldrich | 70178 | Die Komponente des Mediums |
| Backofen | Shanghai Yiheng Scientific Instruments Co., Ltd | DHG-9240A | Zum Erhitzen und Backen |
| Rindfleischextrakt | Solarbio | G8270 | Die Komponente des Mediums |
| Bifidobacterium longum Reuter | ATCC | ATCC® 51870™ | Bakterien |
| Gallensalze | Solarbio | YZ-1071304 | Die Komponente des Mediums |
| Buttersäure Sigma-Aldrich | 19215 | Standardprobe für SCFA | |
| CaCl2 | Solarbio | C7250 | Salzlösung des Mediums |
| Kapillarsäule | SHIMADZU-GL | InertCap FFAP (0,25 mm & mal 30 m - 0,25 % / mu; m) | Wird zur SCFA-Detektion |
| verwendet Kasein, Pepton | Sigma-Aldrich | 39396 | Die Komponente der |
| Medium Zentrifuge | Thermo Scientific | Sorvall ST 8 | Verwendung für die Zentrifugation |
| CoSO4.7H2O | Solarbio | C7490 | Die Komponente des Mediums |
| CuSO4.5H2O | Solarbio | 203165 | Die Komponente des Mediums |
| Cystein-HCl | Solarbio | L1550 | Die Komponente des Mediums |
| Ethanol Sigma-Aldrich | E7023 | Zur Herstellung von Vitamin K1 | |
| FeSO4.7H2O | Solarbio | YZ-111614 | Die Komponente des Mediums |
| Ameisensäure | Sigma-Aldrich | 399388 | Wird für die DC-Gaschromatographie |
| verwendet Shimadzu Corporation | GC-2010 Plus | Wird für die SCFA-Detektion | |
| von Glasbechern | verwendet Fisher Scientific | FB10050 | Wird für die Schlammvorbereitung |
| verwendet Glukose | Solarbio | G8760 | Die Komponente des Mediums |
| Haemin | Solarbio | H8130 | Die Komponente des Mediums |
| HCl | Sigma-Aldrich | 30721 | Basische Lösung zur Einstellung des pH-Werts der |
| Puffer Isobuttersäure | Sigma-Aldrich | 46935-U | Standardprobe für SCFA |
| Isovaleriansäuren | Sigma-Aldrich | 129542 | Standardprobe für SCFA |
| K2HPO4 | Solarbio | D9880 | Salzlösung des Mediums |
| KCl | Solarbio | P9921 | Bestandteil des Mediums |
| KH2PO4 | Solarbio | P7392 | Salzlösung des Mediums |
| LiCl.3H2O | Solarbio | C8380 | Zur Herstellung von Farbplatten |
| Fleischextrakt | Sigma-Aldrich-Aldrich | 70164 | Bestandteil des Mediums |
| Metaphosphorsäure | Sigma-Aldrich | B7350 | Standardprobe für SCFA |
| MgCl2.6H2O | Solarbio | M8160 | Die Komponente des Mediums |
| MgSO47H2O | Solarbio | M8300 | Salzlösung des Mediums |
| MISEQ | Illumina | MiSeq 300PE System | DNA-Sequenzierung |
| MnSO4. H20 | Sigma-Aldrich | M8179 | Salzlösung des Mediums |
| Mupirocin | Solarbio | YZ-1448901 | Antibiotikum |
| NaCl | Solarbio | YZ-100376 | Salzlösung des Mediums |
| NaHCO3 | Sigma-Aldrich | 792519 | Salzlösung des Mediums |
| NanoDrop ND-2000 | NanoDrop Technologies | ND-2000 | Bestimmung der DNA-Konzentrationen |
| NaOH | Sigma-Aldrich | 30620 | Basische Lösung zur Einstellung des pH-Werts der Puffer |
| n-Butanol | ChemSpider | 71-36-3 | Zur Gleichbehandlung |
| von NiCl2 | Solarbio | 746460 | Die Komponente des Mediums |
| Orcinol | Sigma-Aldrich | 447420 | Zur Herstellung von Orcinol-Reagenzien |
| Propionic | Sigma-Aldrich | 94425 | Standardprobe für SCFA |
| QIAamp DNA Stool Mini Kit | QIAGEN | 51504 | Extrakt bakterielle genomische DNA |
| Gebrauchsfertiges PBS-Pulver | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | A610100-0001 | Zur Herstellung der Lipidsuspension |
| Resazurin | Solarbio | R8150 | Anaerober |
| Gerätedrehzahl-Vakuumkonzentrator | LABCONCO | CentriVap | Zur Herstellung von EPSs |
| Stärke | Solarbio | YZ-140602 | Zur Verwendung zur Kohlenstoffquelle |
| Schwefelsäure | Sigma-Aldrich | 150692 | Zur Herstellung von Orcin-Reagenzien |
| T100 PCR | BIO-RAD | PCR-Amplifikation | |
| TLC-Aluminiumbleche | MerckMillipore | 116835 | Wird zur TLC |
| von Trypticase Pepton | Sigma-Aldrich | Z699209 | verwendet Die Komponente des Mediums |
| Trypton | Sigma-Aldrich | T7293 | Die Komponente des Mediums |
| Tween 80 | Solarbio | T8360 | Salzlösung des Mediums |
| Valeric | Sigma-Aldrich | 75054 | Standardprobe für SCFA |
| Vitamin K1 | Sigma-Aldrich | V3501 | Die Komponente des Mediums |
| Vortex-Oszillator | Scientific Industries | Vortex.Genie2 | Verwendung zum Vortexen |
| Hefeextrakt | Sigma-Aldrich | Y1625 | Die Komponente des Mediums |
| ZnSO4.7H2O | Sigma-Aldrich | Z0251 | Die Komponente des Mediums |
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