Creșterea în greutate crescută prin secțiunea C Semnificația funcțională a microbiomului primordial

ro.waykun.com - Pași pentru a slăbi mâine

Keith A. Martinez, II

1 Divizia de Medicină Translațională, Departamentul de Medicină, Universitatea din New York, Școala de Medicină, New York, NY 10016, SUA.

2 Sackler Institute of Graduate Biomedical Sciences, Departamentul de Microbiologie, Universitatea New York, Facultatea de Medicină, New York, NY 10016, SUA.

Joseph C. Devlin

1 Divizia de Medicină Translațională, Departamentul de Medicină, Universitatea din New York, Școala de Medicină, New York, NY 10016, SUA.

Corey R. Lacher

1 Divizia de Medicină Translațională, Departamentul de Medicină, Universitatea din New York, Școala de Medicină, New York, NY 10016, SUA.

Yue Yin

1 Divizia de Medicină Translațională, Departamentul de Medicină, Universitatea din New York, Școala de Medicină, New York, NY 10016, SUA.

Yi Cai

1 Divizia de Medicină Translațională, Departamentul de Medicină, Universitatea din New York, Școala de Medicină, New York, NY 10016, SUA.

Jincheng Wang

1 Divizia de Medicină Translațională, Departamentul de Medicină, Universitatea din New York, Școala de Medicină, New York, NY 10016, SUA.

Maria G. Dominguez-Bello

1 Divizia de Medicină Translațională, Departamentul de Medicină, Universitatea din New York, Școala de Medicină, New York, NY 10016, SUA.

2 Sackler Institute of Graduate Biomedical Sciences, Departamentul de Microbiologie, Universitatea New York, Facultatea de Medicină, New York, NY 10016, SUA.

Date asociate

smochin. S1. Proiectare experimentală.

smochin. S2. Masa corporală reală la 69 de șoareci discordanți modului de naștere în timpul dezvoltării timpurii.

smochin. S3. Procentul de grăsime la 24 de șoareci discordanți modului de naștere la vârsta de 15 săptămâni.

smochin. S4. PCoA a distanțelor Bray-Curtis între comunitățile fecale de la săptămânile 3 până la 6 la șoareci născuți vaginal sau prin secțiune C.

smochin. S5. Diversitatea β fecală la bărbați și femele discordante cu modul de naștere la diferite vârste.

smochin. S6. Diversitatea β fecală la șoareci livrați prin secțiune C sau martori născuți vaginal după sex, la vârste diferite.

smochin. S7. Distanțele comunității UniFrac în mod de naștere intra și inter - fecale la șoareci masculi și femele la diferite vârste.

smochin. S8. Distanțe ale comunității UniFrac din grupul de sex intra și inter - fecal în secțiunea C și controale născute vaginal la diferite vârste.

smochin. S9. Diversitatea α fecală la șoareci discordanți modului de naștere la vârste diferite.

smochin. S10. Curbele de rarefacție a arborelui întreg PD și metricele diversității speciilor α observate.

smochin. S11. LEFSE a comunităților la înțărcare (săptămâna 3) și la vârsta adultă tânără (săptămâna 6) după modul de livrare.

smochin. S12. Abundența relativă medie de 24 moduri de naștere LEfSe - taxoni discriminanți cu vârsta peste 3 până la 6 săptămâni.

tabelul C1. Numărul de specimene fecale din linii de șoareci diferă în modul de naștere.

Abstract

Dovezile epidemiologice susțin o asociere directă între impactul precoce al microbiotei - inclusiv secțiunea C - și obezitatea. Am efectuat secțiuni C fără antibiotice, am încurajat și am determinat impactul asupra microbiotei timpurii și a greutății corporale în timpul dezvoltării. Șoarecii din grupul cu secțiunea C au câștigat mai multă masă corporală după înțărcare, cu un fenotip mai puternic la femele. Secțiunea C - șoarecii născuți nu aveau modificările dinamice ale microbiotei intestinale de dezvoltare observate la șoarecii martor. Rezultatele demonstrează o relație de cauzalitate între secțiunea C și greutatea corporală crescută, susținând implicarea bacteriilor vaginale materne în dezvoltarea metabolică normală.

INTRODUCERE

Secțiunea C este o practică de salvare a vieții care este necesară la 10-15% dintre nașteri pentru a evita riscul vieții unei mame sau a unui copil (1, 2). Cu toate acestea, livrarea prin secțiune C este adesea suprautilizată, unele regiuni ale lumii atingând 43% din nașteri (3). Concomitent cu creșterea secțiunii C, obezitatea (4-6) și bolile legate de imunitate [diabetul de tip 1 (7, 8), alergiile (3, 9) și boala celiacă (10)] sunt în creștere.

Secțiunea C ocolește expunerea naturală la microbiota vaginală în timpul travaliului și nașterii și, în plus, implică antibiotice preventive, care au fost, de asemenea, legate de riscul crescut de boli moderne menționate mai sus. Impacturile timpurii asupra microbiotei în curs de dezvoltare duc la creșterea obezității la modelele animale (11, 12). Aici, am determinat efectul secțiunilor C favorizate fără antibiotice asupra creșterii în greutate corporală și a microbiotei intestinale în timpul dezvoltării timpurii la șoareci.

REZULTATE

Secțiunea C determină creșterea în greutate corporală

Un total de 34 de șoareci asistați născuți cu secțiune C au fost comparați cu 35 de șoareci martori (fig. S1). Secțiunea C - șoarecii eliberați au prezentat un câștig mai mare de masă corporală postînțărcare (Fig. 1) și masa corporală totală (fig. S2), în raport cu controalele administrate vaginal. În general, șoarecii au câștigat cu 33% mai multă greutate la vârsta de 15 săptămâni dacă s-au născut prin secțiunea C, dar femelele au prezentat un efect fenotipic mai puternic, cu o creștere în greutate cu 70% mai mare (Fig. 1) și cu mase corporale similare cu cele ale masculilor. (Fig. S2). Șoarecii care au fost eliberați prin secțiunea C au arătat, de asemenea, o creștere marginală a proporției de grăsime corporală la vârsta de 15 săptămâni, determinată de absorptiometria cu raze X cu energie duală (DEXA; fig. S3). Aceste rezultate sunt în concordanță cu asocierea epidemiologică dintre secțiunea C și riscul crescut de obezitate (4, 13-16).

Modificarea masei corporale (în grame) la 69 de șoareci discordanți cu modul de naștere în timpul dezvoltării timpurii, relativ la vârsta de 4 săptămâni (postînțărcare). Liniile reprezintă media, iar zona umbrită reprezintă un interval de încredere de 95%. Semnificația a fost determinată prin testul de analiză a varianței (ANOVA), cu eșantionare. * P Fig. 2 și smochine. S4 până la S8], în ambele sexe și în orice moment. Segregarea după modul de livrare a fost cea mai mare la șoareci femele (fig. S5). Maturarea structurii microbiomului la șoareci martori a avut loc cu o aproximare progresivă (reducerea distanțelor UniFrac) la microbiota fecală a animalelor în vârstă de 6 săptămâni. Cu toate acestea, șoarecii cu secțiune C nu au prezentat modificări majore în maturitatea sau structura microbiomului (Fig. 2, C și D) în aceeași perioadă de 4 săptămâni. Diversitatea microbiotei fecale la animalele martor a fost cea mai mare la înțărcare și a scăzut odată cu vârsta (fig. 3A și fig. S9), spre deosebire de șoarecii livrați cu secțiune C - care au avut o diversitate α semnificativ mai mică la înțărcare, care a crescut odată cu vârsta (fig. 3A ). Diferențele de diversitate α au fost consistente între diferite metrici (diversitatea filogenetică (PD) întregul copac, speciile observate și indicele Shannon; FIG. 3 și smochine. S7, S10 și S11]. Mod de naștere - taxonii subreprezentați discriminatori la șoarecii din secțiunea C la înțărcare au inclus Bacteroides, Ruminococcaceae, Lachnospiraceae și Clostridiales, iar taxonii suprareprezentați includeau S24.7, Lactobacillus și Erysipelotrichaceae (Fig. 3, B la D și fig. S11). În general, proporțiile taxonilor dominanți discriminanți pentru modul de naștere au scăzut în primele 3 săptămâni după înțărcare (fig. S8).

(A) Analiza principală a coordonatelor (PCoA) a microbiotei fecale după modul nașterii în toate momentele. Comunitățile se separă semnificativ în funcție de modul nașterii (P = 0,001). PC, coordonată principală. (B) PCoA a microbiotei fecale a șoarecilor născuți vaginal sau prin secțiune C (în funcție de vârstă). Diferențele în microbiota fecală au fost semnificative în timpul dezvoltării timpurii, de la înțărcare până la săptămâna 6 (P = 0,001). (C) Indici de maturitate microbiomi calculați printr-un model de pădure aleatoriu instruit pe comunități microbiene de la șoareci eliberați vaginal. (D) Distanțele UniFrac neponderate ale comunităților fecale la orice vârstă de la vârsta de 6 săptămâni la șoareci născuți vaginal. Distanțele sunt mai mari la înțărcare și la vârsta de 6 săptămâni. Pentru (A) și (B), semnificația a fost determinată în perechi prin testul ANOSIM, cu eșantionarea de 999 de ori. Pentru (D), semnificația a fost determinată în perechi prin testul ANOVA, cu eșantionarea de 999 de ori.

(A) Indicele Chao1. Diversitatea în martori a fost mai mare la înțărcare și scade între săptămâna 3 și săptămâna 5, dar crește până la săptămâna 6, în timp ce nu s-au observat modificări majore de vârstă la șoarecii născuți în secțiunea C înainte de săptămâna 5. Semnificația a fost determinată în perechi prin testul ANOVA, cu eșantionarea 999 ori; parantezele albastre compară comunitățile născute vaginal, parantezele roșii compară comunitățile din secțiunea C, iar parantezele negre compară modurile de naștere. (B) Harta de căldură a abundenței relative. (C și D) Abundența relativă medie a impozitului bacterian (C) cu scoruri semnificative ale Analizei Discriminante Liniare (LDA) (D) după modul de livrare de la înțărcare până la vârsta de 6 săptămâni.

DISCUŢIE

O limitare a acestei lucrări este că nu am putut spune cu precizie când fenotipul a apărut înainte de înțărcare, care este momentul în care descendenții din secțiunea C au câștigat deja semnificativ mai multă greutate decât martorii născuți vaginal (fig. S2). Indiferent, creșterea în greutate a dezvoltării are loc la rate tot mai mari la animalele născute în secțiunea C decât la animalele martor.

Spre deosebire de procedura la om, secțiunile C au fost efectuate în această lucrare fără utilizarea antibioticelor perinatale. Efectul compus atât al secțiunilor C, cât și al antibioticelor este necunoscut, dar ar fi de așteptat să fie mai puternic asupra fenotipului descendenților decât al secțiunii C numai. O altă diferență cu secțiunile C umane este că secțiunea C a mouse-ului implică încurajarea, deoarece încercările de supraviețuire a secțiunii C nu au avut succes. Lucrările viitoare vor fi necesare pentru a discrimina efectele modului nașterii și al asistenței medicale.

Anomaliile precoce ale microbiotei intestinale asociate cu secțiunea C sunt în concordanță cu modificări ale modulației bacteriene a dezvoltării în raport cu microbiota maternă pionieră normală, care protejează de creșterea excesivă în greutate. Taxonii bacterieni găsiți aici care sunt asociați cu eliberarea vaginală (Bacteroides, Ruminococcaceae și Clostridiales) au fost asociați anterior cu fenotipuri slabe la șoareci (11, 17).

Sunt necesare cercetări suplimentare pentru a identifica taxonul individual antiobesogen sau combinația de taxoni responsabili de efectele observate aici. Rezultatele acestei lucrări susțin ideea că dobândirea la naștere a microbilor vaginali materni este necesară pentru dezvoltarea metabolică normală și prezintă noi informații importante importante în contextul epidemiilor globale de obezitate.

MATERIALE ȘI METODE

Experimentele au fost aprobate de Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor de la Școala de medicină a Universității din New York (NYUSoM IACUC) (protocol IACUC 16-00878). Șoarecii convenționali Webster elvețieni au fost menținuți într-un ciclu de lumină de 12 ore și au fost hrăniți cu chow cu conținut scăzut de grăsimi autoclavat (Purina Pico Rodent # 5053). Șoarecii adulți femele (n = 11) din Biosciences Taconic au fost împerecheați în timp. În ziua gestațională E19, cinci femele însărcinate au suferit secțiunea C [n = 34 pui (18 bărbați și 16 femele)], iar litiera a fost asistată de mame care au născut vaginal în ultimele 48 de ore. Șase baraje martor livrate vaginal [n = 35 pui (21 bărbați și 14 femele); smochin. S1]. Greutatea corporală a fost măsurată săptămânal, de la înțărcare până la vârsta de 15 săptămâni, iar probele de fecale au fost colectate în timpul dezvoltării timpurii, de la înțărcare până la vârsta de 6 săptămâni. DEXA a fost efectuat la vârsta de 15 săptămâni.

Extracția și secvențierea ADN-ului

ADN-ul total a fost extras din probe de fecale folosind kitul MoBio PowerSoil conform instrucțiunilor producătorului, modificat conform descrierii în protocolul Earth Microbiome Project (http://press.igsb.anl.gov/earthmicrobiome/protocols-and-standards/dna- extracție-protocol /). Regiunea V4 a genei ARN ribozomal 16S (rRNA) a fost amplificată prin reacția în lanț a polimerazei (PCR) folosind primerii codați în bare, așa cum s-a descris anterior (18). Reactivii pentru extracția ADN și pentru amplificarea PCR au fost secvențați ca martori (19). Ampliconii au fost grupați în rapoarte echimolare și au fost secvențați pe platforma Illumina MiSeq (Centrul de Tehnologie a Genomului din Centrul Medical NYU) utilizând o tehnică de capăt asociat. Secvențe de ARNr 16S au fost încărcate în baza de date publică Qiita (ID-ul studiului # 11156).

Analiza datelor

Material suplimentar

Mulțumiri

Finanțarea: Această lucrare a fost parțial susținută de Fondul de cercetare C&D (către M.G.D.-B.), Fondul Emch (către M.G.D.-B.) și un premiu de formare în cercetare instituțională T32> AI007180 (K.A.M.). Secvențierea la NYU Genome Technology Center a fost parțial susținută de grantul Cancer Center Support no. P30CA016087 la Centrul de cancer Laura și Isaac Perlmutter. Contribuțiile autorului: M.G.D.-B. a conceput studiul. K.A.M. și M.G.D.-B. a proiectat studiul. K.A.M., C.R.L., Y.Y. și Y.C. a colectat și prelucrat probele și a măsurat greutățile corpului. K.A.M., J.C.D., J.W. și M.G.D.-B. a analizat și a interpretat datele. K.A.M. și M.G.D.-B. a scris manuscrisul. Interese concurente: M.G.D.-B. are proprietate intelectuală și echitate și este membru al Comitetului consultativ științific al Commense. Toți ceilalți autori declară că nu au interese concurente. Disponibilitatea datelor și a materialelor: Secvențele ARNr 16S au fost încărcate în baza de date publică Qiita (ID-ul studiului # 11156). Toate datele necesare pentru evaluarea concluziilor din lucrare sunt prezente în lucrare și/sau în materialele suplimentare. Datele suplimentare legate de această lucrare pot fi solicitate autorilor.

MATERIALE SUPLIMENTARE