Microbiom în sănătate și boală

Editat de
Benoit Chassaing

Georgia State University, Statele Unite ale AmericiiΑ

Revizuite de

Silvia Turroni

Universitatea din Bologna, Italia

Devin Holman

Centrul de cercetare și dezvoltare Lacombe, Agricultură și Agroalimentare Canada, Canada

Afilierile editorului și ale recenzenților sunt cele mai recente oferite în profilurile lor de cercetare Loop și este posibil să nu reflecte situația lor în momentul examinării.

dieta

  • Descărcați articolul
    • Descărcați PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Suplimentar
      Material
  • Citarea exportului
    • Notă finală
    • Manager de referință
    • Fișier TEXT simplu
    • BibTex
DISTRIBUIE PE

Cercetare originală ARTICOL

  • 1 Departamentul de Științe ale Sănătății, Universitatea din Milano, Milano, Italia
  • 2 Institutul de Tehnologii Biomedice, Consiliul Național de Cercetare, Segrate, Italia
  • 3 Departamentul de Pediatrie, Spitalul San Paolo, Universitatea din Milano, Milano, Italia

Introducere

Fenilcetonuria (PKU; OMIM 261600) este o tulburare metabolică moștenită cauzată de o mutație a enzimei fenilalanină hidroxilază (PAH), care transformă fenilalanina (Phe) în tirozină. Deoarece activitatea PAH este împiedicată, fenilalanina se acumulează în sânge și devine toxică pentru creier (Williams și colab., 2008). Eterogenitatea alelică la nivelul locusului PAH are ca rezultat o varietate de fenotipuri metabolice, variind de la PKU ușoară, moderată și clasică (niveluri de Phe din sânge> 360 μmol/L) până la hiperfenilalaninemie ușoară (MHP, niveluri de Phe din sânge cuprinse între 120-360 μmol/L; Güttler și Guldberg, 1996).

PKU netratat duce la afectarea neurodezvoltării și la probleme de comportament care pot fi prevenite prin diagnosticarea precoce și tratamentul dietetic (van Spronsen și colab., 2017).

O dietă PKU, începută în perioada neonatală și urmată pe tot parcursul vieții, se caracterizează prin alimente naturale cu conținut scăzut de proteine ​​(legume, fructe) și produse speciale cu conținut scăzut de proteine, care sunt variante cu conținut scăzut de proteine ​​ale unor alimente, pâine, paste și biscuiți; Giovannini și colab., 2012). Aportul adecvat de proteine ​​este garantat de amestecurile de aminoacizi fără Phe (AAM) cu un conținut echilibrat de aminoacizi și micronutrienți. În ciuda îmbunătățirilor gustului, gustul acestor formule este încă mai puțin decât optim, rezultând adesea în acceptarea slabă a pacienților de vârstă școlară. Mai mult, s-a demonstrat că o dietă PKU crește indicele glicemic și încărcarea glicemică (Moretti și colab., 2017), probabil datorită faptului că produsele speciale cu conținut scăzut de proteine ​​sunt frecvent îmbogățite în zaharuri.

Având în vedere rolul crucial al dietei în modelarea microbiotei intestinale, adică a comunității microbiene care locuiește în tractul gastro-intestinal (Albenberg și Wu, 2014), nu este surprinzător faptul că o astfel de dietă particulară duce la modificări microbiene la pacienții cu fenilcetonurică., 2016; Verduci și colab., 2018). La rândul său, modificările microbiotei intestinale pot influența homeostazia gastrointestinală, predispun la inflamație cronică și pot modula alte funcții metabolice prin axa intestin-ficat și axa intestin-creier (Nieuwdorp și colab., 2014).

La zi, doar un studiu realizat de Pinheiro de Oliveira și colab. (2016) a investigat prin secvențierea ARNr 16S a comunității intestinale a pacienților cu PKU. Cu toate acestea, cohorta mică (opt pacienți față de zece controale sănătoase) și prezența factorilor de confuzie (adică, tratament cu antibiotice, vârstă ®, versiunea software 3.1, ME.TE.DA S.r.l., San Benedetto del Tronto, Italia). Pentru fiecare masă, valoarea indicelui glicemic (GI) și sarcina glicemică (GL) au fost calculate așa cum a fost descris de Verduci și colab. (2018) folosind următoarele formule:

GImeal = (∑ i = 1,…, n GIfoodi * grame de carbohidrați foodi)/total grame de carbohidrați

GIdaily = (∑ i = 1,…, n GImeali * grame de carbohidrați meali)/total zilnic de grame de carbohidrați

Bună analiză a microbiotei

Extracția ADN-ului fecal a fost efectuată folosind kitul ADN pentru scaun Spin (Stratec Molecular, Berlin, Germania), conform instrucțiunilor producătorului. Pentru fiecare probă, s-au utilizat 25 ng de ADN extras pentru a construi biblioteca de secvențiere. Regiunile hipervariabile V3 - V4 ale ARNr-ului bacterian 16S au fost amplificate cu o abordare în două etape de codare a barei, în conformitate cu pregătirea bibliotecii de secvențiere metagenomică 16S Illumina (Illumina, San Diego, CA, SUA). Pentru prepararea bibliotecii, probele de ADN au fost amplificate cu primeri cu indice dual folosind un kit de pregătire a bibliotecii ADN Nextera XT (Illumina). Concentrația și cuantificarea bibliotecii au fost determinate folosind un kit de cuantificare bibliotecă KAPA (Kapa Biosystems, Woburn, MA, SUA) și sistemul Agilent 2100 Bioanalyzer System (Agilent, Santa Clara, CA, SUA), respectiv. Bibliotecile au fost reunite și secvențiate cu o platformă MiSeq (Illumina) pentru 2 × 250 citiri de bază asociată și s-au obținut un total de 2,5 Gbases de lecturi brute.

Măsurarea metabolitului fecal

Am efectuat acizi grași cu lanț scurt (SCFA) și cuantificarea calprotectinei din probe de scaun.

Concentrațiile de acizi acetic, propionic, izobutiric, butiric și izo-valeric au fost evaluate prin cromatografie gazoasă lichidă în conformitate cu metoda propusă de Weaver și colab. (1989) cu ușoare modificări descrise în Borgo și colab. (2017). Analizele au fost efectuate folosind un cromatograf de gaze Varian model 3400 CX echipat cu detector FID, injector split/splitless și o coloană capilară SPB-1 (30 m × 0,32 mm ID, grosimea filmului de 0,25 μm; Supelco, Bellefonte, PA, SUA). Rezultatele sunt exprimate ca mg/g de greutate umedă a fecalelor. Cuantificarea SCFA-urilor a fost obținută prin curbe de calibrare a acidului acetic, propionic, izobutiric, butiric și izo-valeric în concentrații cuprinse între 0,25 și 10 mM (10 mM acid 2-etilbutiric ca standard intern). Datele SCFA despre aceeași cohortă au fost descrise anterior în Verduci și colab. (2018).

Concentrațiile de calprotectină fecală au fost măsurate printr-un kit comercial ELISA (Calprotectin ELISA Kit, Immundiagnostik, Bensheim, Germania), conform instrucțiunilor producătorului.

Cuantificarea absolută a Methanobrevibacter smithii

PCR în timp real a fost efectuată utilizând o chimie SYBRGreen (ThermoScientific, SUA) și primerii specifici pentru Methanobrevibacter smithii (MSfw: 5′-CCGGGTATCTAATCCGGTTC-3 ′ și MSrev: 5′-CTCCCAGGGTAGAGGTGAAA-3 ′), așa cum a fost descris anterior (Borgo și colab., 2017). Următorii parametri de ciclare termică au fost utilizați pentru amplificarea ADN-ului: 95 ° C timp de 10 min urmat de 40 de cicluri de 15 s la 95 ° C, 30 s la 60 ° C și 30 s la 72 ° C. De asemenea, a fost efectuată o analiză a curbei de topire pentru a verifica specificitatea ampliconului.

Tulpina de control M. smithii DSM-861 (DSM: Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen, Braunschweig, Germania) a fost utilizat pentru curba standard.

Profilarea microbiotei

Secvențele asociate genei ARNr 16S obținute au fost fuzionate folosind Pandaseq (versiunea 2.5; Masella și colab., 2012), apoi citirile au fost filtrate prin tăierea unor întinderi de 3 sau mai multe baze de calitate scăzută (calitatea 2 = 0,040; ponderată p = 0,033, R 2 = 0,058). A doua și a treia coordonată principală sunt prezentate în grafic pentru ambele distanțe.

Compoziția microbiotei intestinale la nivel de filum și familie este descrisă în Figura 2 și în Tabelul S1. Cea mai relativ abundentă filă la subiecții PKU și MHP au fost Firmicutes și Bacteroidetes, acestea din urmă puțin mai mari la subiecții MHP. Dintre cele mai relativ abundente familii, am găsit Veillonellaceae să fie epuizat semnificativ la copiii PKU (p = 0,002). Deși nu este semnificativ statistic, Ruminococcaceae au fost îmbogățite în MHP și Lachnospiraceae la subiecții PKU.

Figura 2. Compoziția microbiotei intestinale la copii MHP și PKU. Abundență relativă la (A) filum și (B) la nivel familial. Toți taxonii bacterieni prezenți la Cuvinte cheie: fenilcetonurie, hiperfenilalaninemie ușoară, dietă, microbiotă, indice glicemic, Faecalibacterium prausnitzii, butirat

Citație: Bassanini G, Ceccarani C, Borgo F, Severgnini M, Rovelli V, Morace G, Verduci E și Borghi E (2019) Dieta fenilcetonurie promovează schimbări în populațiile Firmicutes. Față. Celulă. Infecta. Microbiol. 9: 101. doi: 10.3389/fcimb.2019.00101

Primit: 08 februarie 2019; Acceptat: 25 martie 2019;
Publicat: 16 aprilie 2019.

Benoit Chassaing, Georgia State University, Statele Unite

Silvia Turroni, Universitatea din Bologna, Italia
Devin Holman, Agricultură și Agroalimentare Canada, Canada

† Acești autori au contribuit în mod egal la această lucrare