インビトロバス発酵システムを用いて内生生物とヒト腸内細菌叢との相互作用の解析
Summary
ここで説明する内生生物とヒト腸内微生物叢との相互作用をインビトロバッチ発酵システムを用いて調べるプロトコルである。
Abstract
近年、ヒトの腸内微生物は、人間の健康を促進し、病気を予防する研究の重要なターゲットとなっています。その結果、内生生物(例えば、薬物およびプレバイオティクス)と腸内微生物叢との相互作用の研究は重要な研究テーマとなっている。しかし、人間のボランティアとの生体内実験では、生命倫理と経済的制約のために、このような研究には理想的ではありません。その結果、動物モデルは、生体内でのこれらの相互作用を評価するために使用されている。それにもかかわらず、動物モデル研究は、動物とヒトの微生物叢の組成や多様性に加えて、生物倫理の考慮事項によって依然として制限されています。別の研究戦略は、インビトロで内生生物と腸内微生物叢の相互作用の評価を可能にするバッチ発酵実験の使用です。この戦略を評価するために、ビフィズス菌(Bif)外糖(EPS)を代表的な異生物性として使用した。次に、Bif EPSとヒト腸内微生物叢との相互作用を、薄層クロマトグラフィー(TLC)、16S rRNA遺伝子ハイスループットシーケンシングによる細菌コミュニティ組成解析、ガスクロマトグラフィーなどのいくつかの方法を用いて検討した。短鎖脂肪酸(SCFA)の。ここでは、インビトロバッチ発酵システムを用いて内生生物とヒト腸内微生物叢との相互作用を調査するプロトコルを提示する。重要なことに、このプロトコルは、他の内生生物と腸内微生物叢間の一般的な相互作用を調査するために変更することもできます。
Introduction
腸内細菌叢は、人間の腸の機能と宿主の健康に重要な役割を果たしています。その結果、腸内微生物叢は最近、疾患予防と治療の重要な標的となっている1.さらに、腸内細菌は宿主腸細胞と相互作用し、代謝活動、栄養利用性、免疫系変調、さらには脳機能と意思決定を含む基本的な宿主プロセスを調節する2、3.内生生物は、腸内微生物叢の細菌組成と多様性に影響を与えるかなりの可能性を持っています。したがって、内生生物とヒト腸内微生物叢との相互作用は、研究の注目を集めている 4,5,6,7, 8,9.
生体倫理と経済的制約のために生体内の内生生物とヒト腸内微生物叢との相互作用を評価することは困難である。例えば、内生生物とヒト腸内微生物叢の相互作用を調べた実験は、食品医薬品局の許可なしには行うことができず、ボランティアの募集は高価です。その結果、動物モデルは、多くの場合、このような調査のために使用されます。しかし、動物モデルの使用は、異なる微生物叢組成物と動物対ヒト関連のコミュニティにおける多様性のために制限される。内生生物とヒト腸内微生物叢との相互作用を探索するインビトロ法は、バッチ培養実験を用いて行う。
外食糖(EPS)は、ヒトの健康の維持に著しく寄与するプレバイオティクスである10.異なる単糖組成物と構造からなる異なるEPSは、異なる機能を示すことができます。これまでの分析では、現在の研究11で標的とされる代表的な異種生物学であるBif EPSの組成を決定した。しかし、宿主関連代謝効果はEPS組成および多様性に関して考慮されていない。
ここで説明するプロトコルは、12人のボランティアからBif EPSを発酵させるfecal微生物叢を使用する。薄層クロマトグラフィー(TLC)、16S rRNA遺伝子ハイスループットシーケンシング、およびガスクロマトグラフィー(GC)を組み合わせて、EPSとヒト腸内微生物叢との相互作用を調べます。生体内実験と比較して、このプロトコルの明確な利点は、ホストの代謝からの干渉効果の低コストおよび回避である。さらに、記載されたプロトコルは、内生生物とヒト腸内微生物叢との相互作用を調査する他の研究で使用することができる。
Protocol
このプロトコルは、湖南理工学大学(中国湖南省)と浙江省権江大学(浙江省)の倫理委員会のガイドラインに従っています。 1. 細菌の調製 ビフィズス菌培地ブロスの調製 蒸留水の950 mLで以下の成分を組み合わせる:肉エキス、5グラム/L。酵母エキス, 5グラム/L;カゼインペプトン, 10 g/L;大豆色, 5グラム/L;ブドウ糖, 10 グラム/L;K2HPO4,2.04 g/L;MgSO4</…
Representative Results
粘膜EPSの産生は、72時間の嫌気性インキュベーション後のPYGプレート上のB.ロング培養において観察された(図1A)。培養スクローの遠心分離は、続いてエタノール沈殿および乾燥、セルロース様EPSの採取をもたらした(図1B)。乾燥EPSおよび可溶性デンプンは、次いで発酵培養のための炭素源として使用された。TLCは、その低コストおよび迅速な?…
Discussion
過去10年間にわたり、ヒト腸内微生物叢の組成と活動の理解に向けて大きな進歩が見られました。これらの研究の結果として、ホロビオエント概念が出現し、ヒトと腸内微生物叢19、20との間のような宿主および関連する微生物群相との相互作用を表す。さらに、ヒトは現在でも超生物21とみなされ、腸内微生物叢はヒト22、23にお?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
本研究は、中国国家自然科学財団(No.31741109)、湖南自然科学財団(No.2018JJ3200)、湖南理工学大学応用特性規律の構築プログラムによって資金提供されました。私たちは、この原稿の準備中にその言語的援助のためにLetPub(www.letpub.com)に感謝します。
Materials
| 0.22 µm membrane filters | Millipore | SLGP033RB | Use to filter samples |
| 0.4-mm Sieve | Thermo Fischer | 308080-99-1 | Use to prepare human fecal samples |
| 5-bromo-4-chloro-3-indolyl β-D-galactopyranoside (X-Gal) | Solarbio | X1010 | Use to prepare color plate |
| Acetic | Sigma-Aldrich | 71251 | Standard sample for SCFA |
| Agar | Solarbio | YZ-1012214 | The component of medium |
| Anaerobic chamber | Electrotek | AW 400SG | Bacteria culture and fermentation |
| Autoclave | SANYO | MLS-3750 | Use to autoclave |
| Bacto soytone | Sigma-Aldrich | 70178 | The component of medium |
| Baking oven | Shanghai Yiheng Scientific Instruments Co., Ltd | DHG-9240A | Use to heat and bake |
| Beef Extract | Solarbio | G8270 | The component of medium |
| Bifidobacterium longum Reuter | ATCC | ATCC® 51870™ | Bacteria |
| Bile Salts | Solarbio | YZ-1071304 | The component of medium |
| Butyric | Sigma-Aldrich | 19215 | Standard sample for SCFA |
| CaCl2 | Solarbio | C7250 | Salt solution of medium |
| Capillary column | SHIMADZU-GL | InertCap FFAP (0.25 mm × 30 m × 0.25 μm) | Used to SCFA detection |
| Casein Peptone | Sigma-Aldrich | 39396 | The component of medium |
| Centrifuge | Thermo Scientific | Sorvall ST 8 | Use for centrifugation |
| CoSO4.7H2O | Solarbio | C7490 | The component of medium |
| CuSO4.5H2O | Solarbio | 203165 | The component of medium |
| Cysteine-HCl | Solarbio | L1550 | The component of medium |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | E7023 | Use to prepare vitamin K1 |
| FeSO4.7H2O | Solarbio | YZ-111614 | The component of medium |
| Formic Acid | Sigma-Aldrich | 399388 | Used to TLC |
| Gas chromatography | Shimadzu Corporation | GC-2010 Plus | Used to SCFA detection |
| Glass beaker | Fisher Scientific | FB10050 | Used for slurry preparation |
| Glucose | Solarbio | G8760 | The component of medium |
| Haemin | Solarbio | H8130 | The component of medium |
| HCl | Sigma-Aldrich | 30721 | Basic solution used to adjust the pH of the buffers |
| Isobutyric | Sigma-Aldrich | 46935-U | Standard sample for SCFA |
| Isovaleric Acids | Sigma-Aldrich | 129542 | Standard sample for SCFA |
| K2HPO4 | Solarbio | D9880 | Salt solution of medium |
| KCl | Solarbio | P9921 | The component of medium |
| KH2PO4 | Solarbio | P7392 | Salt solution of medium |
| LiCl.3H2O | Solarbio | C8380 | Use to prepare color plate |
| Meat Extract | Sigma-Aldrich-Aldrich | 70164 | The component of medium |
| Metaphosphoric Acid | Sigma-Aldrich | B7350 | Standard sample for SCFA |
| MgCl2.6H2O | Solarbio | M8160 | The component of medium |
| MgSO4.7H2O | Solarbio | M8300 | Salt solution of medium |
| MISEQ | Illumina | MiSeq 300PE system | DNA sequencing |
| MnSO4.H20 | Sigma-Aldrich | M8179 | Salt solution of medium |
| Mupirocin | Solarbio | YZ-1448901 | Antibiotic |
| NaCl | Solarbio | YZ-100376 | Salt solution of medium |
| NaHCO3 | Sigma-Aldrich | 792519 | Salt solution of medium |
| NanoDrop ND-2000 | NanoDrop Technologies | ND-2000 | Determine DNA concentrations |
| NaOH | Sigma-Aldrich | 30620 | Basic solution used to adjust the pH of the buffers |
| n-butanol | ChemSpider | 71-36-3 | Used to TLC |
| NiCl2 | Solarbio | 746460 | The component of medium |
| Orcinol | Sigma-Aldrich | 447420 | Used to prepare orcinol reagents |
| Propionic | Sigma-Aldrich | 94425 | Standard sample for SCFA |
| QIAamp DNA Stool Mini Kit | QIAGEN | 51504 | Extract bacterial genomic DNA |
| Ready-to-use PBS powder | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd. | A610100-0001 | Used to prepare the lipid suspension |
| Resazurin | Solarbio | R8150 | Anaerobic Equipment |
| Speed Vacuum Concentrator | LABCONCO | CentriVap | Use to prepare EPSs |
| Starch | Solarbio | YZ-140602 | Use to the carbon source |
| Sulfuric Acid | Sigma-Aldrich | 150692 | Used to prepare orcinol reagents |
| T100 PCR | BIO-RAD | 1861096 | PCR amplification |
| TLC aluminium sheets | MerckMillipore | 116835 | Used to TLC |
| Trypticase Peptone | Sigma-Aldrich | Z699209 | The component of medium |
| Tryptone | Sigma-Aldrich | T7293 | The component of medium |
| Tween 80 | Solarbio | T8360 | Salt solution of medium |
| Valeric | Sigma-Aldrich | 75054 | Standard sample for SCFA |
| Vitamin K1 | Sigma-Aldrich | V3501 | The component of medium |
| Vortex oscillator | Scientific Industries | Vortex.Genie2 | Use to vortexing |
| Yeast Extract | Sigma-Aldrich | Y1625 | The component of medium |
| ZnSO4.7H2O | Sigma-Aldrich | Z0251 | The component of medium |
References
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Citer Cet Article
Hu, Y., Chen, H., Li, P., Li, B., Cao, L., Zhao, C., Gu, Q., Yin, Y. Analysis of Interactions between Endobiotics and Human Gut Microbiota Using In Vitro Bath Fermentation Systems. J. Vis. Exp. (150), e59725, doi:10.3791/59725 (2019).