В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature Microbiology, группа исследователей изучила, как прикорм, ориентированный на микробиоту (MDCF-2), способствует увеличению веса у детей с недостаточным питанием, уделяя особое внимание роли Prevotella copri (P. copri) и его взаимодействию с другими кишечными бактериями.

Справочная информация

Развитие кишечного микробиома младенца, формируемого условиями рождения, материнскими микробами и ранним питанием, обычно становится похожим на микробиоту взрослого человека к трем годам. Однако у детей, страдающих от недоедания, развитие микробиома замедляется, что влияет на их рост и общее состояние здоровья. Исследование с участием детей из Бангладеш, страдающих от недоедания, показало, что специализированная, менее калорийная пища MDCF-2 значительно улучшала набор веса по сравнению со стандартными добавками. Это было связано с эффективным расщеплением полисахаридов MDCF-2 специфическими кишечными бактериями, такими как P. copri, что подчеркивает потенциал пищевых вмешательств, ориентированных на микробиом, в борьбе с недоеданием, и необходимы дальнейшие исследования для уточнения этих стратегий.

Об исследовании

Настоящее исследование проводилось с соблюдением всех соответствующих этических норм. Штаммы бактерий были выделены из образцов кала, собранных с информированного согласия, в соответствии с этическими стандартами Международного центра исследований диарейных заболеваний, Бангладеш (icddr, b), и с согласия на передачу материала между icddr, b и Вашингтонским университетом в Сент-Луисе. Использование мышей с гнотобиотиком соответствовало протоколам, одобренным Институтами по уходу за животными и использованию животных Вашингтонского университета и Институциональными комитетами по биологической и химической безопасности.

Для секвенирования генома бактерий монокультуры выращивали анаэробно, а геномную дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) экстрагировали, количественно определяли и готовили для секвенирования. ДНК подверглась секвенированию с длительным считыванием, и полученные данные были обработаны для сборки и аннотирования геномов, определения открытых рамок считывания и назначения функций на основе метаболических подсистем. Были проанализированы филогенетические взаимосвязи между изолятами P. copri и собранными из метагенома геномами, при этом были рассчитаны средние баллы идентичности нуклеотидных последовательностей (ANI) для определения геномного сходства.

В экспериментах на мышах с гнотобиотиком мышей, лишенных микробов, колонизировали определенными штаммами бактерий, включая P. copri, и кормили диетой, содержащей MDCF-2. Оценивали прибавку в весе мышей и количественно определяли абсолютное содержание бактериальных штаммов в кишечнике с помощью секвенирования shotgun. В исследовании дополнительно проанализировано влияние бактериальной колонизации на метаболизм хозяина, включая метаболические инвестиции, необходимые для замены эпителиальных клеток кишечника и их функций.

Результаты исследования

В ходе исследования ученые разработали микробное сообщество кишечника человека на основе микробиоты бангладешских детей, отобрав 20 штаммов бактерий, в том числе P. copri , из-за его корреляции с улучшением набора веса. Эта установка позволила изучить роль P. copri в расщеплении гликанов с пищей и его влияние на метаболизм организма-хозяина при потреблении MDCF-2.

Исследование показало, что, хотя Bifidobacterium infantis (B. infantis) сыграла решающую роль в ранней колонизации кишечника и структуре сообщества, присутствие P. copri было важно для эффективного расщепления MDCF-2 гликанов, что предполагает синергетическое взаимодействие, способствующее усвоению питательных веществ и увеличению веса. В частности, штаммы P. copri были отобраны на основе их генетического сходства со штаммами, ассоциированными с положительными результатами роста у детей, и их способность разлагать сложные полисахариды, обнаруженные в MDCF-2, была подтверждена с помощью различных метаболических анализов.

Кроме того, в исследовании использовались гнотобиотические модели мышей, чтобы имитировать развитие кишечного микробного сообщества у младенцев и оценить влияние бактериальной колонизации на физиологию хозяина. Результаты показали, что мыши, колонизированные P. copri и получавшие MDCF-2, демонстрировали значительно больший прирост веса по сравнению с теми, у которых не было этого специфического микробиологического вмешательства. Это было связано со способностью P. copri метаболизировать гликаны MDCF-2, тем самым повышая доступность питательных веществ, способствующих росту.

Более того, исследование подчеркнуло зависящий от рациона характер воздействия P. copri на увеличение веса. Оно подчеркнуло важность специфических штаммов микроорганизмов в модуляции метаболических реакций организма-хозяина на диетические вмешательства. Анализируя последовательности рибонуклеиновой кислоты (РНК) микроорганизмов и метаболомные профили, команда выявила значительные различия в деградации гликанов и усвоении питательных веществ между мышами, колонизированными различными микробными сообществами, что дает представление о механизмах, с помощью которых P. copri влияет на метаболизм и рост хозяина.

Выводы

Подводя итог, в этом исследовании использовался метод «обратного перевода» для изучения влияния питания, ориентированного на микробиом, на физиологию и микробиоту детей с недостаточным питанием, уделяя особое внимание роли P. copri в диете, известной как MDCF-2. Используя мышей с гнотобиотиками, смоделированных по образцу кишечного микробиома детей из Бангладеш, страдающих от недоедания, исследование выявило важную роль P. copri в переработке полисахаридов MDCF-2 и его влияние на увеличение веса и метаболизм питательных веществ в зависимости от диеты. Несмотря на понимание взаимодействия микробиома и хозяина, проблемы с моноколонизацией у мышей с P. copri подчеркнули необходимость дальнейших исследований, чтобы понять его терапевтический потенциал и усовершенствовать вмешательства при недоедании.