Gene können bestimmen, wie die Exposition des frühen Lebens das Darmmikrobiom formen

Eine Mausstudie zeigt, dass die langfristigen gesundheitlichen Auswirkungen der frühen Nähr- und Antibiotika-Exposition nicht nur von dem abhängen, was früh im Leben passiert, sondern auch davon, von wem Sie Ihre Gene erben.

Studie: Der Einfluss der frühen Expositionen auf das Wachstum und die Zusammensetzung der Darmmikrobiomzusammensetzung von Erwachsenen hängt vom genetischen Stamm und dem Elternteil der Herkunft ab. Bildnachweis: Nejron Foto/Shutterstock.com

Umweltfaktoren im frühen Leben können langfristige Auswirkungen auf die Nachkommen haben, die sich bis in das Erwachsenenalter erstrecken, teilweise von Dysbiose angetrieben. Eine kürzlich veröffentlichte Studie in Mikrobiom zeigt, dass genetische Unterschiede zwischen Individuen sie möglicherweise anfälliger für Darmdysbiose machen, indem sie die Anfälligkeit der Wirts für solche Umweltfaktoren verändert.

Einführung

Die mikrobielle Kolonialisierung beginnt vor der Geburt und wird tief durch mütterliche Gene, Mikrobiota und Umweltfaktoren wie diätetische oder Antibiotika -Expositionen der Mutter beeinflusst. Protein- und Vitamin -D -Defizite sind in Schwangerschaft und Laktation relativ weit verbreitet und wurden mit Dysbiose in Verbindung gebracht, was auch nach einer Antibiotika -Exposition auftreten kann.

Das genetische Make-up beeinflusst auch, wie Umweltfaktoren die Nachkommen beeinflussen. Zum Beispiel können Wirtsgene und Physiologie Gallensäuretaboliten, antimikrobielle Verbindungsspiegel und Darmschleimhautstruktur beeinflussen, die alle die Gesundheits- und mikrobiellen Gemeinschaften in der Darm beeinflussen.

Darüber hinaus kann der Ursprung spezifischer Gene, ob von der Mutter oder dem Vater, der als Eltern-of-Origin-Effekt (PO) bezeichnet wird, die endgültige Zusammensetzung der Darmmikrobiota und der Entwicklungsergebnisse erheblich beeinflussen.

Es ist nicht viel bekannt, wie sich diese Faktoren auf die Darmmikrobiota und die langfristige Gesundheit von Nachkommen auswirken. Die aktuelle Studie zielte darauf ab, diese Ergebnisse bei erwachsenen Nachkommen in jungen Jahren Antibiotika, unzureichender Proteinaufnahme und Vitamin -D -Mangel zu identifizieren. Es wurde auch versucht, die Rolle des genetischen Hintergrunds und den PO -Effekt auf die mit diesen Faktoren verbundene Dysbiose zu finden.

Über die Studie

Es wurden drei Gruppen von weiblichen Collaborationskreuzmäusen (CC) und deren Nachkommen zusammen mit einer Kontrollgruppe verwendet. Der Begriff CC bezieht sich auf Inzuchtmäuse, deren Gene durch Rekombination von acht Gründerstämmen von Mäusen von drei Hauptarten entstehen. Diese können die Auswirkungen von Wechselwirkungen zwischen Genen und Umwelt in komplexen Phänotypen widerspiegeln.

In dieser Studie bezieht sich die gegenseitige Kreuzung auf die Züchtung eines weiblichen Damms (z. B. CC001) mit einem männlichen Vater aus einem anderen Stamm (z. B. CC011) und umgekehrt. Dies erzeugte genetisch identische Nachkommen der ersten Generation mit Ausnahme ihrer Geschlechtschromosomen und mitochondrialen DNA, sodass Forscher den PO-Effekt isolieren und gleichzeitig nahezu alle anderen genetischen Faktoren konstant bleiben können.

Die Dämme wurden auf Antibiotika-haltige, niedrig-protein- oder niedrig-vitamin-d-Lebensmittel gegen Lebensmittel ab fünf Wochen vor der Konzeption und fortgesetzt, bis die Laktation gestoppt wurde (Tag 21). Nach dem Absetzen wurden alle Nachkommen bis acht Wochen auf eine standardisierte Nagetier -Chow -Diät umgestellt.

Studienergebnisse

Antibiotika -Exposition

Die mikrobielle Diversität wurde über verschiedene genetische Hintergründe reduziert, darunter CC011xcc001, CC004xcc017, CC017xcc004 und andere, abhängig von der verwendeten Metrik.

Reziproke Kreuze zeigten ähnliche α-Diversität-Ergebnisse, mit Ausnahme der Kontrollgruppe, bei der CC011xcc001-Nachkommen eine höhere Vielfalt aufwiesen als ihre wechselseitigen Gegenstücke. Jedoch, β-Die Diversität hing vom genetischen Hintergrund ab, wobei die PO -Auslöser von 20% bis 50% der Variabilität der Darmmikrobiota in der Testgruppe gegenüber 20% bis 40% in den Kontrollen ausmacht.

Unterschiede in der Fülle wurden für beobachtet BakteroidesAnwesend MuribaculaceaeAnwesend AkkermansiaUnd Bifidobacterium. Der Effekt variierte zwischen den Arten; Einige verdreifachten sich im Überfluss, während andere dreifach erhöhten.

Das Körpergewicht dieser Nachkommen war 15% niedriger als das von Kontrollen und variierte auch in gegenseitigen Cross-offspring-Paaren.

Proteinmangel

Proteinmangel veränderte die Diversitätsindizes zwischen den Test- und Kontrollgruppen nicht. Allerdings wie Arten Akkermansia Und Bifidobacterium waren bei niedrig-protein-Nachkommen deutlich weniger häufig als bei Kontrollen.

Die gegenseitige Querbewertung ergab eine verringerte α- und reduzierte Querbewertung β-Diversität bei den Nachkommen von CC001xcc011, was die Wirkung genetischer Unterschiede zeigt. Die Vielfalt auf Artenebene unterschieden sich in gegenseitigen Cross-Offspring-Paaren und machte 14% bis 20% der Variabilität der Mikrobiota aus.

Die niedrig proteinreiche Diät reduzierte das Körpergewicht des erwachsenen Nachkommens in allen Testgruppen um 15%, unabhängig von Veränderungen der mikrobiellen Vielfalt. Dies stimmt mit früheren Studien überein, die zeigen, dass Proteinmangel mit einer verringerten Nährstoffabsorption verbunden ist.

Nachkommen aus drei Kreuzen waren leichter als die Kontrollen, aber der gegenseitige Kreuz -Nachkommen nicht. Darüber hinaus war die Nachkommen von CC011xcc001 schwerer als die aus seinem gegenseitigen CC001xCC011, was den PO -Effekt anzeigt.

Bemerkenswerterweise zeigten einige Kreuze, wie CC041xcc051 und CC051XCC041, trotz einer nicht signifikanten Veränderung der Mikrobiota-Vielfalt ein verringertes Körpergewicht, was darauf hindeutet, dass Wachstumseffekte auch durch nicht mikrobiota-bedingte Mechanismen auftreten können.

Vitamin -D -Mangel

Der Vitamin -D -Mangel reduzierte im Vergleich zu Kontrollen weder das Körpergewicht noch die mikrobielle Vielfalt und bestätigte frühere Studien. Der PO-Effekt hat jedoch Unterschiede in der Vielfalt zwischen gegenseitigen Cross-offspring-Paaren angetrieben, was darauf hinweist, dass der Entwicklungsmangel an Vitamin D mehrere wichtige Darmbakterien verändern könnte.

Beispielsweise hatte die Nachkommen von CC011xcc001 eine signifikant größere mikrobielle Vielfalt und Körpergewicht als ihre gegenseitigen Gegenstücke in derselben Gruppe, obwohl der gesamte Vitamin -D -Mangel allein diese Ergebnisse nicht beeinflusste.

Während Vitamin -D -Mangel bei erwachsenen Mäusen keine Verringerung des Körpergewichts verursachte, war die Nachkommen von einem Kreuz schwerer als die von ihrem gegenseitigen Kreuz.

Po, Körpergewicht und Darmmikrobiom

PO machte 20% bis 58% der Variabilität von Mikrobiota zwischen gegenseitigen Cross-offspring-Paaren innerhalb von Testgruppen aus. Das Mikrobiom beeinflusst das Körpergewicht, das in den vier Gruppen und sogar innerhalb von gegenseitigen Cross-Offspring-Paaren variiert. Akkermansia Und Blautia waren bei CC051XCC041 -Nachkommen in leichteren bzw. schwereren Mäusen häufiger.

Der PO-Effekt wurde sowohl in der Diäten mit niedrigem Protein als auch in der Diäten mit niedrigem Vitamin-D nachgewiesen, da die Nachkommen von CC011xcc001-Mäusen schwerer waren Fäecalibaculumgegenüber denen aus seinem gegenseitigen CC001XCC011. Dieses Bakterium schützt vor entzündlichen Darmerkrankungen, Darmkrebs und Diabetes und unterstreicht seine Bedeutung für die Vorbeugung von Darmdysbiose.

Diese Studie ergab, dass PO-gesteuerte Unterschiede im Körpergewicht und im Mikrobiota in den CC001xCC011-Kreuzpaaren am konsistentesten waren und die Auswirkungen mütterlicher genetischer Beiträge und möglicherweise epigenetischen oder mitochondrialen Mechanismen betonen.

Der PO -Effekt könnte auf Unterschiede in der mitochondrialen DNA- oder Geschlechtschromosomen, der epigenetischen Regulation oder der Plazenta- oder Uterus -Wirkung aufgrund mütterlicher Gene zurückzuführen sein.

Schlussfolgerungen

Frühlebens-Antibiotika-Exposition oder -mangel bei Protein oder Vitamin D können langfristige Auswirkungen auf das Wachstum und die Darmmikrobiota bei erwachsenen Mäusen haben, die von den Genen des Wirts mit PO-Effekt modifiziert wurden. Dies ist das erste Mal, dass diese Ergebnisse für den Entwicklungsproteinmangel im Erwachsenenleben gezeigt wurden.

Das Körpergewicht und der Fettgehalt variieren mit dem Mikrobiom zwischen den Gruppen. Körpergewichtsunterschiede wurden auch innerhalb eines gegenseitigen Paares in Kontroll-, niedrig-protein- und niedrigen Vitamin-D-Gruppen beobachtet. Somit zeigt diese Studie auch die Wirkung von PO auf das Körpergewicht und Darmmikrobiota bei den erwachsenen Nachkommen zum ersten Mal.

Die Ergebnisse legen nahe, dass eine frühzeitige Umweltbelastung mit ererbten mütterlichen Faktoren interagiert, um lebenslange Gesundheits Trajektorien zu formen und die Notwendigkeit einer stärkeren Aufmerksamkeit für die Ernährung und Medikamente der Mutter während der Schwangerschaft hervorzuheben.

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Quellen: