BazEkon - Biblioteka Główna Uniwersytetu Ekonomicznego w Krakowie

BazEkon home page

Meny główne

Autor
Rudzka Agnieszka (Uniwersytet Jana Długosza w Częstochowie), Patloka Ondřej (Mendelova Univerzita v Brně), Płecha Magdalena (Uniwersytet Warszawski), Królikowski Tomasz (Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie), Oczkowski Michał (Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie), Zborowski Marek (Akademia Nauk Stosowanych w Nowym Sączu), Kołożyn-Krajewska Danuta (Uniwersytet Jana Długosza w Częstochowie), Zielińska Dorota (Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie)
Tytuł
Changes in the Microbiome of a Human and in the Simulator of Human Intestinal Microbial Ecosystem (SHIME®) in Response to a Diet and Probiotic Supplementation
Zmiany w mikrobiomie człowieka oraz w symulatorze ludzkiego ekosystemu drobnoustrojów jelitowych (SHIME®) w odpowiedzi na dietę i suplementację probiotykami
Źródło
Żywność: nauka - technologia - jakość, 2023, R. 30, nr 1 (134), s. 53-72, tab., rys., bibliogr. 31 poz.
Słowa kluczowe
Badanie żywności, Jakość żywności, Żywienie dietetyczne, Suplement diety
Food research, Food quality, Dietary feeding, Diet supplement
Uwagi
streszcz., summ.
Abstrakt
Wprowadzenie. Symulator ekosystemu drobnoustrojów jelitowych człowieka (SHIME®) służy do badania zachowania ludzkiego mikrobiomu w odpowiedzi na różne czynniki. Celem tego badania było jednoczesne zademonstrowanie zmian w mikrobiomie ludzkiego ochotnika oraz w systemie SHIME® w odpowiedzi na zmianę diety i terapii probiotycznej, z powodu niewielkiej liczby opublikowanych badań o podobnym projekcie.
Wyniki i wnioski. Terapia probiotykami spowodowała spadek poziomu insuliny i glukozy na czczo (odpowiednio o 18 % i 13 %), podczas gdy zwiększone spożycie błonnika w diecie eksperymentalnej wydawało się obniżać poziom trójglicerydów, cholesterolu całkowitego i LDL (o 27 %, 15 % i 14 % odpowiednio) we krwi ochotniczki. W związku z poprawą stanu metabolicznego ochotniczki zaobserwowano zmiany w jej mikrobiomie. Mianowicie poprawa homeostazy glukozy doprowadziła do pojawienia się w kale bakterii z rodzaju Akkermansia, natomiast poprawa homeostazy lipidów doprowadziła do wzrostu liczebności bakterii z rodzaju Bacteroides i Bifidobacterium (odpowiednio ok. 2 i 4-krotnego). Podczas gdy zmiany w różnorodności mikrobiomu w płynie luminalnym SHIME® (L-SHIME) i w kale były częściowo podobne, mikrobiom ściany jelita SHIME (M-SHIME) zachowywał się inaczej. Zarówno L, jak i M-SHIME charakteryzowały się mikrobiomem, który różnił się składem w porównaniu z mikrobiomem ochotnikczki w równoległych punktach pobierania próbek. Wyniki tego badania wskazują, że należy wprowadzić poprawki do standardowego protokołu eksperymentalnego SHIME®, aby umożliwić odwzorowanie różnorodności ludzkiego mikrobiomu i jego zmian w tym systemie. (abstrakt oryginalny)

Background. The Simulator of Human Intestinal Microbial Ecosystem (SHIME®) is used to study the behavior of a human microbiome in response to various factors. The aim of this study was to simultaneously demonstrate changes in the microbiome of a human volunteer and in the SHIME® system in response to a change in a diet and probiotic therapy due to a scarcity of published research with similar design.
Results and conclusions. The probiotic therapy resulted in a decrease in fasting insulin and glucose (by 18 % and 13 %, respectively), while the increased fiber intake in the experimental diet seemed to reduce triglyceride, total and LDL cholesterol levels (by 27 %, 15 % and 14 %, respectively) in the volunteer's blood. Due to the improvement of the volunteer's metabolic status, changes in her microbiome were observed. Namely, the improvement of glucose homeostasis led to the occurrence of bacteria of the genus Akkermansia in the feces, while the improvement of lipid homeostasis resulted in an increase in the abundance of bacteria of the genus Bacteroides and Bifidobacterium (approx. two and four times, respectively). While changes in the microbiome diversity in the SHIME® luminal fluid (L-SHIME) and in the faeces microbiome were partially similar, the microbiome of SHIME's intestinal wall (M-SHIME) behaved differently. The characteristic feature of both L- and M-SHIME was a microbiome that differed in its composition compared to the volunteer's microbiome at parallel sampling points. The results of this study indicate that adjustments to the standard SHIME® experimental protocol should be made to enable the replication of the human microbiome diversity and its changes in the system. (original abstract)
Dostępne w
Biblioteka Główna Uniwersytetu Ekonomicznego w Krakowie
Pełny tekst
Pokaż
Bibliografia
Pokaż
  1. Andrews S.: FastQC - A quality control tool for high throughput sequence data. [on line]. Babraham Bioinformatics. 2010, Dostęp w internecie [23.01.2023]: http://www.bioinformatics. babraham.ac.uk/projects/fastqc/
  2. Bolyen E., Rideout J.R., Dillon M.R., Bokulich N.A., Abnet C.C., Al-Ghalith G.A., Alexander H., Alm E.J., Arumugam M., Asnicar F., Bai Y., Bisanz J.E., Bittinger K., Brejnrod A., Brislawn C.J., Brown C.T., Callahan B.J., Caraballo-Rodríguez A.M., Chase J., Cope E.K., Da Silva R., Diener C., Dorrestein P.C., Douglas G.M., Durall D.M., Duvallet C., Edwardson C.F., Ernst M., Estaki M., Fouquier J., Gauglitz J.M., Gibbons S.M., Gibson D.L., Gonzalez A., Gorlick K., Guo J., Hillmann B., Holmes S., Holste H., Huttenhower C., Huttley G.A., Janssen S., Jarmusch A.K., Jiang L., Kaehler B.D., Kang K.B., Keefe C.R., Keim P., Kelley S.T., Knights D., Koester I., Kosciolek T., Kreps J., Langille M.G.I., Lee J., Ley R., Liu Y.-X., Loftfield E., Lozupone C., Maher M., Marotz C., Martin B.D., McDonald D., McIver L.J., Melnik A.V., Metcalf J.L., Morgan S.C., Morton J.T., Naimey A.T., Navas-Molina J.A., Nothias L.F., Orchanian S.B., Pearson T., Peoples S.L., Petras D., Preuss M.L., Pruesse E., Rasmussen L.B., Rivers A., Robeson M.S., Rosenthal P., Segata N., Shaffer M., Shiffer A., Sinha R., Song S.J., Spear J.R., Swafford A.D., Thompson L.R., Torres P.J., Trinh P., Tripathi A., Turnbaugh P.J., Ul-Hasan S., van der Hooft J.J.J., Vargas F., Vázquez-Baeza Y., Vogtmann E., von Hippel M., Walters W., Wan Y., Wang M., Warren J., Weber K.C., Williamson C.H.D., Willis A.D., Xu Z.Z., Zaneveld J.R., Zhang Y., Zhu Q., Knight R., Caporaso J.G.: Reproducible, interactive, scalable and extensible microbiome data science using QIIME 2. Nat. Biotechnol., 2019, 37 (8), 852-857.
  3. Buczkowski K., Chlabicz S., Dytfeld J., Horst-Sikorska W., Jaroszyński A., Kardas P., Marcinkowska M., Siebert J., Tałataj M.: 2013. Wytyczne dla lekarzy rodzinnych dotyczące suplementacji wi- taminy D. Wybrane Problemy Kliniczne, 2013, 7 (2), 55-58.
  4. David L.A., Maurice C.F., Carmody R.N., Gootenberg D.B., Button J.E., Wolfe B.E., Ling A.V., Devlin A.S., Varma Y., Fischbach M.A., Biddinger S.B., Dutton R.J., Turnbaugh P.J.: Diet rapidly and reproducibly alters the human gut microbiome. Nature, 2014, 505 (7484), 559-563.
  5. Dietary Guidelines Advisory Committee, US.: Scientific Report of the 2015 Dietary Guidelines Advisory Committee. 2015, Washington, DC: US Departments of Agriculture and Health and Human Services, 2015 [on line]. Office of Disease Prevention and Health Promotion. Dostęp w internecie [6.06.2023]: https://health.gov/sites/default/files/2019-09/Scientific-Report-of-the-2015- Dietary-Guidelines-Advisory-Committee.pdf
  6. Duysburgh C., Van den Abbeele P., Kamil A., Fleige L., De Chavez P.J., Chu Y., Barton W., O'Sullivan O., Cotter P.D., Quilter K., Joyce S.A., Murphy M., Dunn Galvin G., Dinan T.G., Marzorati M.: In vitro-in vivo Validation of Stimulatory Effect of Oat Ingredients on Lactobacilli. Pathogens, 2021, 10 (2), 235.
  7. EFSA.: DRV Finder [on line]. Dostęp w internecie [6.06.2023]: https://www.efsa. europa.eu/en/interactive-pages/drvs (accessed 06.06.23).
  8. Flach J., van der Waal M.B., Kardinaal A.F.M., Schloesser J., Ruijschop R.M.A.J., Claassen E.: Probiotic research priorities for the healthy adult population: A review on the health benefits of Lactobacillus rhamnosus GG and Bifidobacterium animalis subspecies lactis BB-12. Cogent Food Agric., 2018, 4 (1), 1452839.
  9. García-Villalba R., Vissenaekens H., Pitart J., Romo-Vaquero M., Espín J.C., Grootaert C., Selma M.V., Raes K., Smagghe G., Possemiers S., Van Camp J., Tomas-Barberan F.A.: Gastrointestinal Simulation Model TWIN-SHIME Shows Differences between Human Urolithin-Metabotypes in Gut Microbiota Composition, Pomegranate Polyphenol Metabolism, and Transport along the Intestinal Tract. Journal of Agricultural and Food Chem., 2017, 65 (27), 5480-5493.
  10. Gong H., Gao H., Ren Q., He J.: The abundance of bifidobacterium in relation to visceral obesity and serum uric acid. Sci. Rep., 2022, 12 (1), 13073.
  11. Gurung M., Li Z., You H., Rodrigues R., Jump D.B., Morgun A., Shulzhenko N.: Role of gut microbiota in type 2 diabetes pathophysiology. EBioMedicine, 2020, 51, 102590.
  12. Isaksson H., Landberg R., Sundberg B., Lundin E., Hallmans G., Zhang J.-X., Tidehag P., Erik Bach Knudsen K., Moazzami A.A., Aman P.: High-fiber rye diet increases ileal excretion of energy and macronutrients compared with low-fiber wheat diet independent of meal frequency in ileostomy subjects. Food Nutr. Res., 2013, 57, 18519.
  13. Jia B., Zou Y., Han X., Bae J.W., Jeon C.O.: Gut microbiome-mediated mechanisms for reducing cholesterol levels: implications for ameliorating cardiovascular disease. Trends Microbiol., 2023, 31 (1), 76-91.
  14. Koper J.E.B., Loonen L.M.P., Wells J.M., Troise A.D., Capuano, E., Fogliano, V.: Polyphenols and Tryptophan Metabolites Activate the Aryl Hydrocarbon Receptor in an in vitro Model of Colonic Fermentation. Mol. Nutr. Food Res., 2019, 63 (3), 1800722.
  15. Kurina I., Popenko A., Klimenko N., Koshechkin S., Chuprikova L., Filipenko M., Tyakht A., Alexeev D.: Development of qPCR platform with probes for quantifying prevalent and biomedically relevant human gut microbial taxa. Molecular and Cellular Probes, 2020, 52, 101570.
  16. Martínez-López A.L., Carvajal-Millan E., Canett-Romero R., Prakash S., Rascón-Chu A., López- Franco Y.L., Lizardi-Mendoza J., Micard V.: Arabinoxylans-Based Oral Insulin Delivery System Targeting the Colon: Simulation in a Human Intestinal Microbial Ecosystem and Evaluation in Diabetic Rats. Pharmaceuticals, 2022, 15 (9), 1062.
  17. Molly K., Vande Woestyne M., Verstraete W., 1993. Development of a 5-step multi-chamber reactor as a simulation of the human intestinal microbial ecosystem. Appl. Microbiol. Biotechnol., 1993, 39 (2), 254-258.
  18. Molly K., Woestyne M.V., Smet I.D., Verstraete W.: Validation of the Simulator of the Human Intestinal Microbial Ecosystem (SHIME) Reactor Using Microorganism-associated Activities. Microbial Ecol. Health Dis., 1994, 7 (4), 191-200.
  19. Narodowy Fundusz Zdrowia: Profilaktyka cholesterolowa. [on line]. 2021, Narodowy Fundusz Zdrowia, Małopolski Oddział Wojewódzki w Krakowie. Dostęp w internecie [2.06.2023] https://www.nfz-krakow.pl/dla-pacjenta/aktualnosci/sroda-z-profilaktyka-profilaktyka- cholesterolowa,512.html
  20. Oguntoye M., Ezekiel O., Oridupa O.: Provitamin A cassava hydrolysate with Lactobacillus rhamnosus GG regulates weight gain, lipids and postprandial glycemia in wistar rats and humans. Nutr. Food Sci., 2021, 52 (2), 197-212.
  21. Pham V.T., Steinert R.E., Duysburgh C., Ghyselinck J., Marzorati M., Dekker P.J.T.: In Vitro Effect of Enzymes and Human Milk Oligosaccharides on FODMAP Digestion and Fecal Microbiota Composition. Nutrients, 2023, 15 (7), 1637.
  22. Pinart M., Dötsch A., Schlicht K., Laudes M., Bouwman J., Forslund S.K., Pischon T., Nimptsch K.: Gut Microbiome Composition in Obese and Non-Obese Persons: A Systematic Review and Meta- Analysis. Nutrients, 2021, 14 (1), 12.
  23. Polskie Towarzystwo Diabetologiczne.: Terapia Behawioralna. In: Zalecenia Kliniczne Dotyczące Postępowania u Chorych Na Cukrzycę. Stanowisko Polskiego Towarzystwa Diabetologicznego. Eds. L. Czupryniak, Current Topics in Diabetes. Official Journal of Diabetes in Poland., Warszawa 2022, ss. 21-26.
  24. Possemiers S., Verthé K., Uyttendaele S., Verstraete W.: PCR-DGGE-based quantification of stability of the microbial community in a simulator of the human intestinal microbial ecosystem. FEMS Microbiol. Ecol., 2004, 49 (3), 495-507.
  25. ProDigest.: TWINSHIME Installation and Operating Manual. ProDigest, Gent, Belgium.
  26. Reynolds A.N., Akerman A., Kumar S., Diep Pham H.T., Coffey S., Mann J.: Dietary fibre in hypertension and cardiovascular disease management: systematic review and meta-analyses. BMC Medicine, 2022, 20 (1), 139.
  27. Sandberg A.S., Ahderinne R., Andersson H., Hallgren B., Hultén L.: The effect of citrus pectin on the absorption of nutrients in the small intestine. Human Nutrition. Clin. Nutr., 1983, 37 (3), 171- 183.
  28. Stupnicki R., Tomaszewski P.: Wskaźnik masy ciała a zawartość tkanki tłuszczowej u dorosłych. Hygeia Public Health, 2016, 51 (4), 335-338.
  29. Van de Wiele T., Van den Abbeele P., Ossieur W., Possemiers S., Marzorati M.: The Simulator of the Human Intestinal Microbial Ecosystem (SHIME®). In.: The Impact of Food Bioactives on Health: In Vitro and Ex Vivo Models. Eds. K. Verhoeckx, P. Cotter, I. López-Expósit, C. Kleiveland, T. Lea, A. Mackie, T. Requena, D. Swiatecka, H. Wichers, Springer International Publishing, Cham, Switzerland 2015, pp. 305-317.
  30. Van den Abbeele P., Belzer C., Goossens M., Kleerebezem M., De Vos W.M., Thas O., De Weirdt R., Kerckhof F.M., Van de Wiele T.: Butyrate-producing Clostridium cluster XIVa species specifically colonize mucins in an in vitro gut model. The ISME Journal, 2013, 7 (5), 949-961.
  31. Wu G.D., Chen J., Hoffmann C., Bittinger K., Chen Y.Y., Keilbaugh S.A., Bewtra M., Knights D., Walters W.A., Knight R., Sinha R., Gilroy E., Gupta K., Baldassano R., Nessel L., Li H., Bushman F.D., Lewis J.D.: Linking Long-Term Dietary Patterns with Gut Microbial Enterotypes. Science, 2011, 334 (6052), 105-108.
Cytowane przez
Pokaż
ISSN
2451-0769
Język
eng
URI / DOI
http://dx.doi.org/10.15193/zntj/2023/134/437
Udostępnij na Facebooku Udostępnij na Twitterze Udostępnij na Google+ Udostępnij na Pinterest Udostępnij na LinkedIn Wyślij znajomemu