Geenit voivat määrittää, kuinka varhaisen elämän altistuminen muokkaa suoliston mikrobiomia

Geenit voivat määrittää, kuinka varhaisen elämän altistuminen muokkaa suoliston mikrobiomia

Hiirillä tehty tutkimus osoittaa, että varhaisen ravintoaine- ja antibioottialtistuksen pitkän aikavälin terveysvaikutukset eivät riipu pelkästään siitä, mitä tapahtuu varhaisessa elämässä, vaan myös siitä, keneltä perit geenisi.

Tutkimus:Varhaisen altistuksen vaikutus aikuisen suoliston mikrobiomikoostumuksen kasvuun ja koostumukseen riippuu geneettisestä kannasta ja alkuperästä. Kuvan luotto: Nejron Photo/Shutterstock.com

Varhaisvaiheen ympäristötekijöillä voi olla pitkäaikaisia ​​vaikutuksia jälkeläisiin, jotka ulottuvat aikuisuuteen, osittain dysbioosin vuoksi. Äskettäin julkaistu tutkimusMikrobiomiosoittaa, että yksilöiden väliset geneettiset erot voivat tehdä heistä alttiimpia suoliston dysbioosille muuttamalla isännän herkkyyttä tällaisille ympäristötekijöille.

esittely

Mikrobien kolonisaatio alkaa ennen syntymää, ja siihen vaikuttavat voimakkaasti äidin geenit, mikrobisto ja ympäristötekijät, kuten äidin ruokavalio- tai antibioottialtistus. Proteiinin ja D-vitamiinin puutteet ovat suhteellisen yleisiä raskauden ja imetyksen aikana, ja ne on yhdistetty dysbioosiin, joka voi ilmaantua myös antibioottialtistuksen jälkeen.

Geneettinen rakenne vaikuttaa myös siihen, miten ympäristötekijät vaikuttavat jälkeläisiin. Esimerkiksi isäntägeenit ja fysiologia voivat vaikuttaa sappihappotaboliitteihin, antimikrobisten yhdisteiden tasoihin ja suoliston limakalvorakenteeseen, jotka kaikki vaikuttavat suoliston terveyteen ja mikrobiyhteisöihin.

Lisäksi tiettyjen geenien alkuperä, joko äidiltä tai isältä, jota kutsutaan PO-vaikutukseksi, voi merkittävästi vaikuttaa lopulliseen suoliston mikrobiotan koostumukseen ja kehitystuloksiin.

Ei tiedetä paljon siitä, kuinka nämä tekijät vaikuttavat suoliston mikrobiotaan ja jälkeläisten pitkäaikaiseen terveyteen. Nykyisen tutkimuksen tavoitteena oli tunnistaa nämä löydökset aikuisilla jälkeläisillä, jotka ovat altistuneet varhaisen iän antibiooteille, riittämättömälle proteiinin saannille ja D-vitamiinin puutteelle. On myös yritetty selvittää geneettisen taustan ja PO-vaikutuksen roolia näihin tekijöihin liittyvässä dysbioosissa.

Tietoja tutkimuksesta

Kolme ryhmää naaraspuolisia yhteistyöristihiiriä (CC) ja niiden jälkeläisiä käytettiin yhdessä kontrolliryhmän kanssa. Termi CC viittaa sisäsiittoisiin hiiriin, joiden geenit syntyvät kolmen päälajin kahdeksan perustajakannan rekombinaatiosta. Nämä voivat heijastaa geeni-ympäristövuorovaikutusten vaikutuksia monimutkaisissa fenotyypeissä.

Tässä tutkimuksessa vastavuoroisella risteyttämisellä tarkoitetaan naarasemän (esim. CC001) jalostusta eri kannasta (esim. CC011) olevan urosisän kanssa ja päinvastoin. Tämä loi geneettisesti identtisiä ensimmäisen sukupolven jälkeläisiä lukuun ottamatta sukupuolikromosomeja ja mitokondrio-DNA:ta, minkä ansiosta tutkijat pystyivät eristämään PO-vaikutuksen pitäen samalla lähes kaikki muut geneettiset tekijät vakioina.

Emot pantiin antibioottipitoisille, vähän proteiinia tai vähän D-vitamiinia sisältäville ruoille alkaen viisi viikkoa ennen hedelmöitystä ja jatketaan kunnes imetys lopetettiin (päivä 21). Vieroituksen jälkeen kaikki jälkeläiset siirrettiin standardoituun jyrsijäruokavalioon kahdeksan viikon ikään asti.

Tutkimustulokset

Antibioottialtistus

Mikrobien monimuotoisuus väheni eri geneettisillä taustoilla, mukaan lukien CC011xcc001, CC004xcc017, CC017xcc004 ja muut käytetystä mittarista riippuen.

Vastavuoroiset risteytykset osoittivat samanlaisia ​​α-diversiteettituloksia, paitsi kontrolliryhmässä, jossa CC011xcc001-jälkeläisillä oli suurempi monimuotoisuus kuin niiden vastavuoroisilla vastineilla. Kuitenkin,β-Monimuotoisuus riippui geneettisestä taustasta, ja PO-laukaisimet muodostivat 20-50 % suoliston mikrobiotan vaihtelusta testiryhmässä verrattuna 20-40 % kontrolleihin.

Erot runsaudessa havaittiinBacteroidesEsittääMuribaculaceaeEsittääAkkermansiaJaBifidobakteeri. Vaikutus vaihteli lajeittain; Joidenkin runsaus kolminkertaistui, kun taas toisten määrä kolminkertaistui.

Näiden jälkeläisten ruumiinpaino oli 15 % pienempi kuin kontrollien ja vaihteli myös keskinäisissä risteytyspareissa.

Proteiinin puute

Proteiinin puutos ei muuttanut monimuotoisuusindeksejä testi- ja kontrolliryhmien välillä. Kuitenkin, kuten lajitAkkermansiaJaBifidobakteeriolivat merkittävästi harvempia vähäproteiinisilla jälkeläisillä kuin kontrolliryhmillä.

Keskinäinen ristiinpisteytys paljasti vähentyneen α:n ja vähentyneen ristiinpisteytyksenβ- CC001xcc011:n jälkeläisten monimuotoisuus, joka osoittaa geneettisten erojen vaikutuksen. Lajitasoinen monimuotoisuus erosi risteytysparien välillä ja vastasi 14–20 % mikrobiotan vaihtelusta.

Vähäproteiininen ruokavalio alensi aikuisten jälkeläisten painoa 15 % kaikissa testiryhmissä mikrobien monimuotoisuuden muutoksista riippumatta. Tämä on yhdenmukainen aiempien tutkimusten kanssa, jotka osoittavat, että proteiinin puute liittyy heikentyneeseen ravintoaineiden imeytymiseen.

Kolmen risteyksen jälkeläiset olivat kevyempiä kuin kontrollit, mutta keskinäiset risteytysjälkeläiset eivät. Lisäksi CC011xcc001:n jälkeläiset olivat raskaampia kuin sen keskinäisen CC001xCC011:n jälkeläiset, mikä osoittaa PO-vaikutuksen.

Erityisesti jotkut risteykset, kuten CC041xcc051 ja CC051XCC041, osoittivat alentuneen ruumiinpainon huolimatta ei-merkittävästä muutoksesta mikrobiston monimuotoisuudessa, mikä viittaa siihen, että kasvuvaikutukset voivat ilmetä myös ei-mikrobiotaan liittyvien mekanismien kautta.

D-vitamiinin puutos

D-vitamiinin puutos ei vähentänyt ruumiinpainoa tai mikrobien monimuotoisuutta verrokkeihin verrattuna, mikä vahvistaa aikaisemmat tutkimukset. PO-vaikutus johti kuitenkin erot monimuotoisuudessa risteävien jälkeläisten välillä, mikä osoittaa, että D-vitamiinin kehitysvaje voi muuttaa useita tärkeitä suoliston bakteereja.

Esimerkiksi CC011xcc001:n jälkeläisillä oli merkittävästi suurempi mikrobien monimuotoisuus ja ruumiinpaino kuin saman ryhmän vastaavilla, vaikka D-vitamiinin kokonaispuutos ei yksinään vaikuttanut näihin tuloksiin.

Vaikka D-vitamiinin puutos ei aiheuttanut painon laskua aikuisilla hiirillä, yhden risteyksen jälkeläiset olivat raskaampia kuin heidän risteytyksensä.

Pakarat, ruumiinpaino ja suoliston mikrobiomi

PO vastasi 20–58 % mikrobiotan vaihtelusta keskinäisten ristikkäisten jälkeläisten parien välillä testiryhmissä. Mikrobiomi vaikuttaa kehon painoon, joka vaihtelee neljän ryhmän välillä ja jopa keskinäisten risteytysparien sisällä.AkkermansiaJaBlautiaolivat yleisempiä CC051XCC041-jälkeläisillä kevyemmillä ja raskaammilla hiirillä, vastaavasti.

PO-vaikutus osoitettiin sekä vähäproteiinisessa että vähän D-vitamiinia sisältävässä ruokavaliossa, koska CC011xcc001-hiirten jälkeläiset olivat raskaampiaFecalibaculumverrattuna sen keskinäiseen CC001XCC011:een. Tämä bakteeri suojaa tulehdukselta suolistosairaudelta, paksusuolensyövältä ja diabetekselta korostaen sen merkitystä suoliston dysbioosin ehkäisyssä.

Tässä tutkimuksessa havaittiin, että PO:n aiheuttamat erot ruumiinpainossa ja mikrobistossa olivat johdonmukaisimpia CC001xCC011-ristipareissa, mikä korosti äidin geneettisten panosten ja mahdollisesti epigeneettisten tai mitokondrioiden mekanismien vaikutuksia.

PO-vaikutus voi johtua eroista mitokondrioiden DNA:ssa tai sukupuolikromosomeissa, epigeneettisessä säätelyssä tai äidin geeneistä johtuvista istukan tai kohdun vaikutuksista.

Johtopäätökset

Altistuminen antibiooteille varhaisessa vaiheessa tai proteiinin tai D-vitamiinin puutteet voivat vaikuttaa pitkäkestoisesti kasvuun ja suoliston mikrobiotaan aikuisilla hiirillä, joita isännän PO-vaikutusgeenit ovat modifioineet. Tämä on ensimmäinen kerta, kun nämä tulokset on osoitettu kehitysproteiinin puutteesta aikuisiässä.

Ruumiinpaino ja rasvapitoisuus vaihtelevat mikrobiomin mukaan ryhmien välillä. Painoeroja havaittiin myös keskinäisessä parissa kontrolliryhmissä, vähän proteiinia ja vähän D-vitamiinia sisältävissä ryhmissä. Näin ollen tämä tutkimus osoittaa myös ensimmäistä kertaa PO:n vaikutuksen aikuisten jälkeläisten ruumiinpainoon ja suoliston mikrobiotaan.

Tulokset viittaavat siihen, että varhainen ympäristöaltistuminen on vuorovaikutuksessa äidin perinnöllisten tekijöiden kanssa elinikäisten terveysratojen muovaamiseksi ja korostaa tarvetta kiinnittää enemmän huomiota äidin ravitsemukseen ja lääkkeisiin raskauden aikana.

Lataa PDF-kopiosi nyt!

Lähteet: