Hier beschreven is een protocol om de interacties tussen endobiotica en menselijke gut microbiota met behulp van in vitro batch fermentatiesystemen te onderzoeken.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Hier beschreven is een protocol om de interacties tussen endobiotica en menselijke gut microbiota met behulp van in vitro batch fermentatiesystemen te onderzoeken.
Menselijke intestinale micro-organismen zijn onlangs uitgegroeid tot een belangrijk doelwit van onderzoek bij het bevorderen van de menselijke gezondheid en het voorkomen van ziekten. Bijgevolg zijn onderzoeken naar interacties tussen endobiotica (bijv. drugs en prebiotica) en gut microbiota een belangrijk onderzoeksonderwerp geworden. In vivo experimenten met menselijke vrijwilligers zijn echter niet ideaal voor dergelijke studies als gevolg van bio-ethiek en economische beperkingen. Als gevolg hiervan zijn diermodellen gebruikt om deze interacties in vivo te evalueren. Niettemin, diermodel studies zijn nog steeds beperkt door bio-ethiek overwegingen, naast de verschillende samenstellingen en diversiteit van microbiota bij dieren vs. mensen. Een alternatieve onderzoeksstrategie is het gebruik van batch fermentatie-experimenten die het mogelijk maken de interacties tussen endobiotica en gut microbiota in vitro te evalueren. Om deze strategie te evalueren, werden bifidobacteriële (BIF) exopolysacchariden (EPS) gebruikt als representatief xenobioticum. Vervolgens werden de interacties tussen BIF EPS en humane gut microbiota onderzocht met behulp van verschillende methoden zoals Thin-layer chromatografie (TLC), bacteriële compositorische analyse met 16S rRNA Gene High-throughput sequencing en gaschromatografie van korte-keten vetzuren (SCFAs). Hier gepresenteerd is een protocol om de interacties tussen endobiotica en menselijke gut microbiota met behulp van in vitro batch fermentatiesystemen te onderzoeken. Belangrijk is dat dit protocol ook kan worden aangepast om de algemene interacties tussen andere endobiotica en gut microbiota te onderzoeken.
Gut microbiota spelen een belangrijke rol in de werking van de menselijke darmen en in de gezondheid van de gastheer. Bijgevolg, gut microbiota zijn onlangs uitgegroeid tot een belangrijk doelwit voor ziektepreventie en therapie1. Bovendien, gut bacteriën interactie met gastheer intestinale cellen en reguleren fundamentele gastheer processen, met inbegrip van metabole activiteiten, voedingsstoffen availabiliteiten, immuun systeem modulatie, en zelfs hersenfunctie en besluitvorming van2,3 . Endobiotica hebben aanzienlijke potentie om invloed op de bacteriële samenstelling en de diversiteit van gut microbiota. Zo, interacties tussen endobiotica en menselijke gut microbiota hebben aangetrokken toegenomen onderzoek aandacht4,5,6,7,8,9.
Het is moeilijk om de interacties tussen endobiotica en humane gut microbiota in vivo te evalueren als gevolg van bio-ethiek en economische beperkingen. Bijvoorbeeld, experimenten onderzoeken de interacties tussen endobiotica en menselijke gut microbiota kan niet worden uitgevoerd zonder toestemming van de Food and Drug Administration, en werving van vrijwilligers is duur. Daarom worden voor dergelijke onderzoeken vaak diermodellen gebruikt. Het gebruik van diermodellen is echter beperkt als gevolg van verschillende microbiota-composities en diversiteit in dier-vs. mensen-geassocieerde Gemeenschappen. Een alternatieve in vitro methode om de interacties tussen endobiotica en humane gut microbiota te onderzoeken is door het gebruik van batch cultuur experimenten.
Exopolysacchariden (EPSs) zijn prebiotica die significant bijdragen aan het behoud van de gezondheid van de mens10. Afzonderlijke EPSS die bestaan uit verschillende Monosacharide composities en structuren kunnen verschillende functies vertonen. Eerdere analyses hebben de samenstelling van BIF EPSs bepaald, de representatieve xenobiotische die in de huidige studie11is getarget. Echter, gastheer-geassocieerde metabole effecten zijn niet overwogen met betrekking tot EPS samenstelling en diversiteit.
Het hier beschreven protocol gebruikt de fecale microbiota van 12 vrijwilligers tot gisten BIF EPSS. Thin-layer chromatografie (TLC), 16S rRNA Gene High-throughput sequencing en gaschromatografie (GC) worden vervolgens gebruikt in combinatie om de interacties tussen EPSs en humane gut microbiota te onderzoeken. Duidelijke voordelen van dit protocol in vergelijking met in vivo experimenten zijn de lage kosten en het vermijden van storende effecten van de stofwisseling van de gastheer. Bovendien kan het beschreven protocol worden gebruikt in andere onderzoeken die interacties tussen endobiotica en humane gut microbiota onderzoeken.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Dit protocol volgt de richtlijnen van de ethische commissie van Hunan University of Science and Engineering (Hunan, China) en de Zhejiang Gongshang-Universiteit (Zhejiang, China).
1. bereiding van bacteriën
2. bereiding van bifidobacteriële EPSs
3. bereiding van het fermentatie medium
4. menselijke fecale monstervoorbereiding
5. in vitro batch gisting
6. EPS afbraak door menselijke fecale microbiota
7. effecten van EPS op humane intestinale microbiota
8. effecten van EPS op SCFA-productie door humane intestinale microbiota
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De productie van mucoïde EPS kan worden waargenomen in B. longum culturen op pyg platen na anaerobe incubatie voor 72 h (Figuur 1a). Centrifugeren van cultuur resten, gevolgd door ethanol precipitatie en drogen, resulteerde in de inzameling van cellulose-achtige EPS (Figuur 1b). Gedroogde EPS en oplosbare zetmeel werden vervolgens gebruikt als koolstofbronnen voor fermentatie culturen. TLC werd gebruikt voor oligosaccharide scheiding en zuiverheid analy...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Er is aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van de samenstelling en activiteiten van menselijke gut microbiota in het afgelopen decennium. Als gevolg van deze studies is het concept van holobiont ontstaan, dat de interacties tussen hosts en geassocieerde microbiële gemeenschappen vertegenwoordigt, zoals tussen mensen en hun gut microbiota19,20. Bovendien, mensen worden nu zelfs beschouwd als Super organismen21, waarbij de darm mic...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs verklaren dat zij geen belangenconflicten hebben. De cijfers werden aangehaald in Yin et al. 11.
Deze studie werd gefinancierd door de National Nature Science Foundation of China (nr. 31741109), de Hunan Natural Science Foundation (nr. 2018JJ3200), en het construct programma van toegepaste karakteristieke discipline in de Hunan University of Science and Engineering. Wij danken LetPub (www.letpub.com) voor haar taalkundige hulp bij de voorbereiding van dit manuscript.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 0.22 µm membraanfilters | Millipore | SLGP033RB | Gebruik voor het filteren van monsters |
| 0.4-mm Zeef | Thermo Fischer | 308080-99-1 | Gebruik voor het bereiden van menselijke fecale monsters |
| 5-bromo-4-chloro-3-indolyl β-D-galactopyranosid (X-Gal) | Solarbio | X1010 | Gebruik voor het bereiden van kleurplaat |
| Azijnzuur | Sigma-Aldrich | 71251 | Standaard monster voor SCFA |
| Agar | Solarbio | YZ-1012214 | De component van het medium |
| Anaërobe kamer | Electrotek | AW 400SG | Bacteriëncultuur en fermentatie |
| Autoclaaf | SANYO | MLS-3750 | Gebruik voor autoclaving |
| Bacto soytone | Sigma-Aldrich | 70178 | De component van het medium |
| Bakoven | Shanghai Yiheng Scientific Instruments Co., Ltd | DHG-9240A | Gebruik voor verwarmen en bakken |
| Runderextract | Solarbio | G8270 | De component van het medium |
| Bifidobacterium longum Reuter | ATCC | ATCC® 51870™ | Bacterieën |
| Gallzouten | Solarbio | YZ-1071304 | De component van het medium |
| Boterzuur | Sigma-Aldrich | 19215 | Standaard monster voor SCFA |
| CaCl2 | Solarbio | C7250 | Zoutoplossing van het medium |
| Capillaire kolom | SHIMADZU-GL | InertCap FFAP (0.25 mm × 30 m × 0.25 μm) | Gebruikt voor SCFA-detectie |
| Caseïne pepton | Sigma-Aldrich | 39396 | De component van het medium |
| Centrifuge | Thermo Scientific | Sorvall ST 8 | Gebruik voor centrifugeren |
| CoSO4.7H2O | Solarbio | C7490 | De component van het medium |
| CuSO4.5H2O | Solarbio | 203165 | De component van het medium |
| Cysteïne-HCl | Solarbio | L1550 | De component van het medium |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | E7023 | Gebruik voor het bereiden van vitamine K1 |
| FeSO4.7H2O | Solarbio | YZ-111614 | De component van het medium |
| Mierenzuur | Sigma-Aldrich | 399388 | Gebruikt voor TLC |
| Gaschromatografie | Shimadzu Corporation | GC-2010 Plus | Gebruikt voor SCFA-detectie |
| Glasbeker | Fisher Scientific | FB10050 | Gebruikt voor slurry-bereiding |
| Glucose | Solarbio | G8760 | De component van het medium |
| Haemin | Solarbio | H8130 | De component van het medium |
| HCl | Sigma-Aldrich | 30721 | Basisoplossing gebruikt om de pH van de buffers aan te passen |
| Isobuterzuur | Sigma-Aldrich | 46935-U | Standaard monster voor SCFA |
| Isovaleriaanzuren | Sigma-Aldrich | 129542 | Standaard monster voor SCFA |
| K2HPO4 | Solarbio | D9880 | Zoutoplossing van het medium |
| KCl | Solarbio | P9921 | De component van het medium |
| KH2PO4 | Solarbio | P7392 | Zoutoplossing van het medium |
| LiCl.3H2O | Solarbio | C8380 | Gebruik voor het bereiden van kleurplaat |
| Vleesextract | Sigma-Aldrich-Aldrich | 70164 | De component van het medium |
| Metafosforzuur | Sigma-Aldrich | B7350 | Standaard monster voor SCFA |
| MgCl2.6H2O | Solarbio | M8160 | De component van het medium |
| MgSO4.7H2O | Solarbio | M8300 | Zoutoplossing van het medium |
| MISEQ | Illumina | MiSeq 300PE systeem | DNA-sequencing |
| MnSO4.H20 | Sigma-Aldrich | M8179 | Zoutoplossing van het medium |
| Mupirocine | Solarbio | YZ-1448901 | Antibioticum |
| NaCl | Solarbio | YZ-100376 | Zoutoplossing van het medium |
| NaHCO3 | Sigma-Aldrich | 792519 | Zoutoplossing van het medium |
| NanoDrop ND-2000 | NanoDrop Technologies | ND-2000 | Bepaal DNA-concentraties |
| NaOH | Sigma-Aldrich | 30620 | Basisoplossing gebruikt om de pH van de buffers aan te passen |
| n-butanol | ChemSpider | 71-36-3 | Gebruikt voor TLC |
| NiCl2 | Solarbio | 746460 | De component van het medium |
| Orcinol | Sigma-Aldrich | 447420 | Gebruikt voor het bereiden van orcinolreagentia |
| Propionzuur | Sigma-Aldrich | 94425 | Standaard monster voor SCFA |
| QIAamp DNA Stool Mini Kit | QIAGEN | 51504 | Extractie van bacterieel genoom-DNA |
| Klaar-voor-gebruik PBS-poeder | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | A610100-0001 | Gebruikt voor het bereiden van de lipidesuspensie |
| Resazurin | Solarbio | R8150 | Anaërobe apparatuur |
| Speed Vacuum Concentrator | LABCONCO | CentriVap | Gebruik voor het bereiden van EPS'en |
| Stärke | Solarbio | YZ-140602 | Gebruik voor de koolstofbron |
| Zwavelzuur | Sigma-Aldrich | 150692 | Gebruikt voor het bereiden van or |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.