Date asociate

Abstract

Fundal: Studiile efectuate pe șoareci indică faptul că microbiomul intestinal influențează ambele părți ale ecuației echilibrului energetic contribuind la absorbția nutrienților și reglând genele gazdă care afectează adipozitatea. Cu toate acestea, rămâne nesigur în ce măsură microbiota intestinală este un regulator important al absorbției nutrienților la om.

Obiectiv: Cu ajutorul unei cohorte de studiu internat atent monitorizată, am testat modul în care structura comunității bacteriene intestinale este afectată de modificarea încărcăturii de nutrienți la indivizii slabi și obezi și dacă microbiota lor este corelată cu eficiența recoltei energetice dietetice.

Proiecta: Am investigat modificările dinamice ale microbiotei intestinale în timpul dietelor care au variat în conținut caloric (2400 comparativ cu 3400 kcal/zi) prin pirozecvențierea genelor bacteriene 16S ribozomale ARN (ARNr) prezente în fecalele a 12 indivizi slabi și 9 obezi și prin măsurarea ingerată și a scaunului calorii cu utilizarea calorimetriei bombei.

Rezultate: Modificarea încărcăturii de nutrienți a indus schimbări rapide în microbiota intestinală. Aceste modificări au fost corelate direct cu pierderea de energie a scaunelor la indivizii slabi, cum ar fi o creștere cu 20% a Firmicutes și o scădere corespunzătoare a Bacteroidetelor au fost asociate cu o recoltă crescută de energie de ± 150 kcal. Un grad ridicat de supraalimentare la persoanele slabe a fost însoțit de o scădere fracțională mai mare a pierderii de energie a scaunului.

Concluzii: Aceste rezultate arată că încărcătura de nutrienți este o variabilă cheie care poate influența structura comunității bacteriene intestinale (fecale) pe scări scurte de timp. Mai mult, asocierile observate între microbii intestinali și absorbția nutrienților indică un posibil rol al microbiotei intestinale umane în reglarea recoltării nutrienților. Acest studiu a fost înregistrat la adresa clinictrials.gov ca> NCT00414063.

Vezi articolul corespunzător la pagina 1.

INTRODUCERE

Modificarea ecuației echilibrului energetic, care este definită de echilibrul aportului de energie și a cheltuielilor de energie (1-5), duce la creșterea în greutate. O componentă mai puțin studiată a ecuației echilibrului energetic este pierderea de energie în scaune și urină. Studiile anterioare la adulți sănătoși au arătat că aproximativ 5% din caloriile ingerate s-au pierdut în scaune și urină (6). Persoanele care consumă diete bogate în fibre prezintă o pierdere mai mare de energie fecală decât persoanele care consumă diete cu conținut scăzut de fibre, cu un conținut echivalent de energie (7, 8). Webb și Annis (9) au studiat pierderea de energie a scaunului la 4 indivizi slabi și 4 obezi și au arătat o tendință de scădere a excreției de energie fecală la obezi comparativ cu participanții la studiu slab.

Date recente la om au arătat o corelație între obezitate și structura comunității microbiene intestinale (17, 18) și abundența genelor din microbiom implicate în procesarea componentelor dietei (19). Rezultate comparabile au fost obținute din studii efectuate pe o mică cohortă de indivizi studiați înainte și după o ocolire gastrică (20), în timp ce modificările reciproce (creșteri ale bacteroidelor și reduceri ale firmicutelor) au fost documentate cu scăderea în greutate (17, 21, 22). Relația dintre structura comunității microbiene, încărcarea nutrienților din dietă și adipozitatea gazdei trebuie să fie investigată în continuare la om. Prin urmare, am efectuat un studiu internat pentru a măsura cu atenție aportul și pierderea de energie la indivizii slabi și obezi, deoarece aceștia au consumat 2 diete distincte caloric pentru perioade scurte de timp, monitorizând simultan structura comunității microbiene utilizând metode metagenomice independente de cultură.

SUBIECTE ȘI METODE

Cercetează voluntari

Doisprezece slabe [indicele de masă corporală (în kg/m 2)> 18,5 și figura 1 ), ceea ce însemna că trebuie să exprimăm pierderea de calorii ca procent din caloriile ingerate. Toate dietele aveau un profil similar de macronutrienți (24% proteine, 16% grăsimi și 60% carbohidrați) și conținut de fibre (a se vedea tabelele suplimentare S1 - S6 la „Date suplimentare” din ediția online pentru o listă completă de produse alimentare zilnice și macronutrienți profilurile dietelor experimentale). Un marker de colorant neabsorbabil (albastru FD&C) a fost utilizat pentru a determina începutul și sfârșitul perioadei dietei de 2400 sau 3400 kcal/zi (vezi Colectarea, depozitarea și prepararea probelor). Ulterior, conținutul de energie al probelor de scaun și urină a fost analizat utilizând calorimetria bombei. Scaunele pentru studii metagenomice independente de cultură ale microbiotei au fost colectate și depozitate la -70 ° C; probele au fost obținute în ziua 2 de admitere și cât mai aproape de punctul de mijloc al fiecărei diete, pe cât posibil.

privind

Conținut mediu de energie (± SD): eticheta produsului comparată cu calorimetria bombei. Coloanele deschise reprezintă caloriile alimentelor așa cum se arată pe eticheta produsului. Coloanele închise reprezintă caloriile alimentelor din mesele duplicate măsurate prin calorimetrie bombă. *** P Figura 2 ). Probele de scaun pentru calorimetrie au fost depozitate la -20 ° C și, după perioada de colectare 3-d, proba a fost cântărită și s-a adăugat apă distilată egală cu greutatea scaunului. Probele au fost ulterior omogenizate și urmate de liofilizarea suspensiei fecale-apă (24). La fel, s-au amestecat probe alimentare și s-au adăugat 200 g de apă distilată înainte de liofilizarea suspensiei de apă alimentară. Colecțiile zilnice de urină au suferit liofilizare directă. Liofilizarea a fost efectuată la -77 ° C cu un instrument Freezemobile 12XL (Virtis, Gardiner, NY). După finalizarea procesului de uscare, proba a fost cântărită și granulele de ≈1-g de alimente uscate, fecale sau urină au fost produse cu o presă de pelete (PARR Instrument Co, Moline, IL).

Design de studiu. Numerele de sub cutiile dietetice reprezintă zile de studiu. ADM, dieta care menține greutatea; EXD1, dieta experimentală 1 reprezentând fie 2400, fie 3400 kcal/zi; EXD2, dieta experimentală 2 reprezentând fie 2400, fie 3400 kcal/zi; Colorantul 1, administrarea colorantului 1 (albastru FD&C) cu alimente; Colorantul 2, administrarea colorantului 2 (albastru FD&C) cu alimente; Colorantul 1 în scaun, aspectul colorantului 1 în scaun; Colorantul 2 în scaun, aspectul colorantului 2 în scaun; Col., Colecție.

Conținutul caloric al alimentelor

În perioada în care li s-au atribuit 2400 sau 3400-kcal/zi, voluntarii au mâncat sub supraveghere și li s-a cerut să consume toate alimentele furnizate cu fiecare masă experimentală. Pentru fiecare masă, au fost pregătite 2 tăvi identice; o tavă a fost selectată la întâmplare și a fost oferită voluntarului, iar cealaltă tavă a fost utilizată pentru a evalua conținutul de calorii al dietei. Alimentele neconsumate au fost returnate, iar conținutul caloric al acestuia a fost măsurat prin calorimetrie cu bombă. Aceste calorii au fost scăzute din cele măsurate pentru mesele din acea zi [un individ a consumat ± 260 kcal (~ 11,5%) și ~ 472 kcal (~ 13,6%) mai puțin cu dietele de 2400 și respectiv 3400 kcal/zi]. Datorită necesității de a calcula încărcătura relativă de nutrienți pe care voluntarii au consumat-o cu cele 2 diete, procentul necesităților de energie pentru menținerea greutății a fost calculat pentru fiecare voluntar care a consumat fiecare dietă după cum urmează.

Bomba calorimetre

Pentru a măsura conținutul de energie al fiecărei probe biologice, o peletă (a se vedea Colectarea, depozitarea și prepararea probelor) a fost bombardată cu un instrument Isoperibol Calorimeter 6200 cu o bombă de oxigen model 1108 (Parr Instrument Co, Moline, IL). Detalii despre această metodă au fost descrise în altă parte (25). Pe scurt, după preparare, peleta a fost cântărită și plasată într-o bombă de oxigen model 1108 cu contact la un fir de siguranță de 10 cm conectat la o unitate de aprindere 2901EB (Parr Instrument Co). Bomba a fost plasată într-un cilindru de bombă înconjurat de 2000 ml apă distilată. Căldura produsă la arderea peletei a fost simțită ca o creștere a temperaturii apei. Bombele au fost calibrate folosind acid benzoic înainte de utilizare. Pentru a da echivalentul energetic (W) per schimbare a temperaturii apei (ΔT), standardele de acid benzoic au fost efectuate o dată la 10 arsuri. Conținutul energetic al peletei (ES) a fost calculat după cum urmează:

Fiecare probă a fost rulată în duplicat (2 pelete au fost arse) cu un CV de 2,1% cu dieta de 2400-kcal/zi și 2,2% cu dieta de 3400-kcal/zi. Numărul total de calorii din probă a fost calculat pe baza greutăților probei, a suspensiei și a materialului liofilizat.

Pregătirea ADN-ului comunitar

O probă fecală a fost colectată în ziua 3 de admitere în timp ce subiectul consuma dieta de menținere a greutății. În timpul dietelor de 2400 și 3400 kcal/zi, a fost colectată o probă de scaun cât mai aproape de punctul de mijloc al fiecărei diete, pe cât posibil. Probele fecale au fost depozitate la -70 ° C înainte de procesare. ADN-ul a fost extras prin bătăi de mărgele, urmat de extracția cu fenol-cloroform, așa cum s-a descris anterior (18).