$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. Kolonizacja zwierząt wolnych od zarazków i pobieranie próbek
- Usuń zwierzęta wolne od zarazków z izolatorów i umieść je w konwencjonalnym pomieszczeniu hodowlanym w klatkach wyposażonych w filtr przed konwencjonalnymi zwierzętami, które będą służyć jako kontrola (rysunek 1).
- Wymieszać połowę miotu (w wieku 3 dni) pobranego z konwencjonalnej klatki kontrolnej ze ściółką zwierząt wolnych od zarazków. Zawsze zachowuj 1/3 brudnego żwirku konwencjonalnego za każdym razem, gdy konieczne jest jego odnowienie, aby utrzymać poziom bakterii (trzymaj go co najmniej przez 3 dni).
- Zbierz mocz do mikroprobówki o pojemności 1,5 ml, przesuwając mysz nad rurką i pomóż w oddawaniu moczu, delikatnie masując jelita. Natychmiast zamrozić w ciekłym azocie. Przechowywać w temperaturze co najmniej -40°C do czasu analizy NMR. Do akwizycji za pomocą sondy NMR 5 mm wymagana jest minimalna objętość 20 μl, ale zaleca się użycie 30 μl w celu poprawy jakości profilowania metabolicznego.
- Zwierzęta powinny być poddawane eutanazji bez użycia jakiegokolwiek środka znieczulającego, aby uniknąć mylących rezonansów NMR z powodu wątrobowego metabolizmu związków znieczulających (na przykład zastosowanie zwichnięcia szyjki macicy, a następnie potwierdzenia zgonu przez wykrwawienie)
2. Zalecenie do pobrania biopsji wątroby
- Nie używaj żadnych produktów zawierających alkohol, aby uniknąć zanieczyszczenia. Myć narzędzia samą wodą lub roztworem soli fizjologicznej.
- Nie należy perforować pęcherzyka żółciowego. W przypadku wycieku żółci należy natychmiast przemyć chusteczkę wodą lub roztworem soli fizjologicznej.
- Pobrać biopsję wątroby (około 15-50 mg) z lewego płata, jak pokazano na rycinie 2. W przypadku powtarzalnych biopsji należy zbierać konsekwentnie w środku lewego płata, unikając obszarów obwodowych, w których tkanka jest cieńsza.
- Biopsje należy natychmiast zamrozić w ciekłym azocie i przechowywać w temperaturze -80°C do czasu analizy NMR.
3. 1Akwizycja H NMR mikroobjętości moczu
- Przygotować 0,2 M roztwór buforowy fosforanu sodu w D2O (99,8 %), pH 7,4 zawierający 1 mM kwasu 3-(trimetylosililo)propionowego-d4 (TSP).
- Wymieszaj 30 μl moczu z 30 μl buforu fosforanu sodu.
- Przenieść 50 μl zmieszanego roztworu do probówki kapilarnej NMR o średnicy 1,7 mm (Rysunek 3 (2)) za pomocą szklanej strzykawki o pojemności 50 μl wyposażonej w metalową igłę (średnica zewnętrzna 0,5 mm). Uważaj, aby uniknąć bąbelków.
- Zamontuj adapter kapilarny (Rysunek 3 (3)) na górze kapilary zawierającej próbkę moczu i umieść ją w mikroprobówce NMR 2.5 mm dla sondy NMR 5 mm (Rysunek 3 (1)). Użyj tej kombinacji probówek jako zwykłej 5-milimetrowej rurki NMR do akwizycji spektralnej.
- Użyj pręta ekstrakcyjnego (Rysunek 3 (4)) aby usunąć kapilę z rurki NMR 2.5 mm, delikatnie przykręcając adapter kapilarny, aby go wyciągnąć.
4. 1H HR MAS NMR biopsji tkanki wątroby: przygotowanie próbki
- Elementy i narzędzia wirnika MAS są opisane na rysunku 4.
- Wprowadzić biopsję (około 15-50 mg) do wirnika cyrkonowego (ryc. 4 (1)) i wypełnić resztę objętości czystym D2O dla śluzy NMR. Uważaj, aby nie tworzyć żadnych bąbelków, ponieważ zmieniłoby to jakość późniejszego podkładkowania i jakość pozyskiwania danych.
- Włożyć 50 μl teflonowej przekładki (Rysunek 4 (2)) za pomocą cylindrycznej (Rysunek 4 (5)). Odkręć go i skalibruj za pomocą ogranicznika głębokości na krótszym boku (Rysunek 4 (8)). Na tym etapie ważne jest, aby zwrócić szczególną uwagę na próbkę, ponieważ jej część może przeciekać przez otwór dystansowy. W takim przypadku część biopsji ulega zniszczeniu, a waga próbki nie jest już wiarygodna. W związku z tym konieczne jest rozpoczęcie przygotowania próbki od początku.
- Umieść kołek łbowy (Rysunek 4 (3)) i delikatnie przykręć go śrubokrętem (Rysunek 4 (6)). Osusz resztki wody kawałkiem chusteczki.
- Umieść nasadkę (Rysunek 4 (4)) w górnej części wirnika i włóż ją do wału wirnika (Rysunek 4 (6)). Dociśnij mocno, aż nasadka znajdzie się na swoim miejscu. Między wirnikiem a jego nasadką nie powinno być żadnej przestrzeni.
- Zaznacz połowę dolnej części wirnika czarnym markerem, aby umożliwić optyczne wykrywanie prędkości wirowania.
- Umieść wirnik wewnątrz spektrometru NMR i zacznij wirować z częstotliwością 5 kHz. Uzyskaj widmo 1H NMR za pomocą sekwencji impulsów CPMG13 zgodnie z wytycznymi producenta.
- Użyj α anomerycznego rezonansu glukozy przy 5.22 ppm (dublet), aby skalibrować widma NMR.
- Aby rozpakować wirnik, należy zdjąć nasadkę za pomocą narzędzia do usuwania nasadki (Rysunek 4 (9)). Odkręć kołek łba i usuń teflonową przekładkę za pomocą cylindrycznej. Dokładnie umyj wodą z detergentem.
5. Reprezentatywne wyniki
Aktywność mikrobiologiczna jelit może być monitorowana za pomocą profilowania metabolicznego moczu. W piśmiennictwie opisano dużą liczbę kometabolitów mikrobiologicznych w moczu, które można zidentyfikować za pomocą 1H NMR,7,14-17. Te mikrobiologiczne kometabolity są szczególnie przydatne do monitorowania procesu kolonizacji, ponieważ zapewniają szybki i nieinwazyjny sposób oszacowania, kiedy nowo utworzony ekosystem jest stabilny. Rycina 5A wyraźnie ilustruje pojawianie się kometabolitów mikrobiologicznych w jelitach w procesie kolonizacji. Rysunek ten przedstawia profil metaboliczny moczu uzyskany zgodnie z procedurą opisaną w Kroku 2 dla zwierzęcia skolonizowanego 20 dni przy użyciu procedury opisanej w Kroku 1. Zwierzę to nie wydalało żadnego siarczanu indoksylowego i bardzo małych ilości fenyloacetyloglicyny (PAG) i siarczanu p-krezolu w stanie wolnym od zarazków (dzień 0-niebieski). Wraz z postępem kolonizacji te 3 markery metabolizmu białek w mikrobiocie jelitowej znacznie wzrastają, aby osiągnąć równowagę w 20 dniu (kolor czerwony). Jest to szczególnie łatwe do monitorowania w przypadku grupy zwierząt, jak pokazano na rysunku 5B przy użyciu rezonansu PAG. Diagram ten uzyskano poprzez całkowanie obszaru pod rezonansami zaznaczonymi na szaro na rysunku 5A (δ 7,40-7,43), odpowiadającym rezonansowi właściwemu (trypletowi) PAG dla grupy 7 zwierząt.
1H Spektroskopia NMR o wysokiej rozdzielczości z magicznym kątem (HR MAS) jest techniką nieniszczącą, która pozwala na szybkie i powtarzalne pobieranie profili metabolicznych dowolnego rodzaju biopsji18. W tym protokole użyliśmy tej potężnej techniki, aby uzyskać wątrobowy profil metaboliczny 2 myszy przed (niebieski) i po (czerwony) kolonizacji (ryc. 6). Rysunek ten dobrze ilustruje informacje, które można uzyskać z profilu metabolicznego opartego na MAS NMR. Można uwidocznić liczne aminokwasy, a także metabolity pochodzące z metabolizmu energetycznego, takie jak glukoza, glikogen, mleczan, trójglicerydy, (D)-3-hydroksymaślan i nikotynuran. Profile te zawierają również informacje dotyczące stresu oksydacyjnego (tj. kwasu askorbinowego, glutationu), metabolizmu nukleotydów (tj. inozyny, urydyny) i metabolizmu metyloaminy (tj. choliny, N-tlenku trimetyloaminy). W tym przykładzie jest bardzo jasne, że wolna od zarazków mysz prawie nie wykazuje glikogenu i bardzo niskie ilości glukozy i trójglicerydów, jak wcześniej opublikowano.

Rysunek 1. Przegląd protokołu kolonizacji. Zwierzęta wolne od zarazków i konwencjonalne są trzymane obok siebie w klatkach wyposażonych w filtry, a ich mioty są wymieniane, aby umożliwić stopniową kolonizację konwencjonalnej mikrobioty jelitowej (1). Aktywność mikrobiologiczną jelit monitoruje się za pomocą profilowania metabolicznego opartego na 1H NMR (2-3). Metabolizm wątrobowy ocenia się za pomocą 1-godzinnego profilowania metabolicznego opartego na NMR (4-5).

Rysunek 2. Anatomia wątroby myszy. Wątroba jest wyświetlana tak, jakby płaska strona narządu była zwrócona w stronę stołu. W przypadku powtarzalnych biopsji zaleca się, aby zawsze pobierać próbki ze środka lewego płata, jak wskazuje przerywany prostokąt.

Rysunek 3. Zestaw kapilarny 1,7 mm NMR do pracy z mikroobjętościami. Klucz: 1: mikrorurka NMR 2,5 mm, rurka kapilarna 2: 1,7 mm NMR, 3: adapter kapilarny, 4: pręt ekstrakcyjny.

Rysunek 4. Wyposażenie wirnika MAS. Legenda: 1: wirnik MAS, 2: przekładka teflonowa 50 μL, 3: kołek z, 4: nasadka, 5: śruba cylindryczna, 6: śrubokręt, 7: wał wirnika, 8: ogranicznik głębokości.

Rysunek 5. Ewolucja profili metabolicznych moczu podczas kolonizacji.
- Powiększ obszar aromatyczny widma w zakresie 6,8-7,8 ppm, w którym można uwidocznić kometabolity mikrobiologiczne. 1Widma H NMR uzyskano od pojedynczego osobnika w dniu 0 (niebieski), 4 (zielony), 15 (pomarańczowy) i 20 (czerwony) po kolonizacji. Szara strefa odpowiada obszarowi, który został zintegrowany w celu utworzenia diagramu w B.
Legenda: 1-MeHistamina: 1-metylohistamina; Indoxyl-S: Siarczan indoksylu; Jego: histydyna; p-Cresol-S: siarczan p-krezolu; PAG: Fenyloacetyloglicyna.
- Średnie stężenie PAG podczas kolonizacji (n=7). Test t-Studenta został wykorzystany do porównania różnicy w stężeniu PAG w różnych punktach czasowych: a: p<0,05 w porównaniu z dniem 0; B: P<0,01 w porównaniu do dnia 10.

Rysunek 6.Typowe widma 600 MHz 1H HR MAS NMR biopsji wątroby pochodzące od myszy wolnych od zarazków (niebieskich) i byłych wolnych od zarazków (czerwonych). Odważne protony są odpowiedzialne za rezonans trójglicerydów.
Legenda: 3-HB: 3-hydroksymaślan, GSH: zredukowany glutation, TG: trójglicerydy, TMAO: N-tlenek trimetyloaminy.