Genen kunnen bepalen hoe blootstelling in het vroege leven het darmmicrobioom vormt

Genen kunnen bepalen hoe blootstelling in het vroege leven het darmmicrobioom vormt

Uit een onderzoek bij muizen blijkt dat de gezondheidseffecten op de lange termijn van een vroege blootstelling aan voedingsstoffen en antibiotica niet alleen afhangen van wat er vroeg in het leven gebeurt, maar ook van van wie je je genen erft.

Studie:De invloed van vroege blootstelling op de groei en samenstelling van de samenstelling van het darmmicrobioom bij volwassenen hangt af van de genetische stam en de ouder van herkomst. Fotocredit: Nejron Photo/Shutterstock.com

Omgevingsfactoren in het vroege leven kunnen langetermijneffecten hebben op nakomelingen die zich uitstrekken tot in de volwassenheid, gedeeltelijk veroorzaakt door dysbiose. Een onlangs gepubliceerde studie inMicrobioomlaat zien dat genetische verschillen tussen individuen hen vatbaarder kunnen maken voor darmdysbiose door de gevoeligheid van de gastheer voor dergelijke omgevingsfactoren te veranderen.

invoering

Microbiële kolonisatie begint vóór de geboorte en wordt sterk beïnvloed door de genen van de moeder, de microbiota en omgevingsfactoren zoals blootstelling aan de voeding of antibiotica van de moeder. Eiwit- en vitamine D-tekorten komen relatief vaak voor tijdens de zwangerschap en borstvoeding en zijn in verband gebracht met dysbiose, die ook kan optreden na blootstelling aan antibiotica.

Genetische make-up beïnvloedt ook hoe omgevingsfactoren de nakomelingen beïnvloeden. Gastheergenen en fysiologie kunnen bijvoorbeeld de galzuurtabolieten, de niveaus van antimicrobiële verbindingen en de structuur van het darmslijmvlies beïnvloeden, die allemaal de gezondheid en microbiële gemeenschappen in de darmen beïnvloeden.

Bovendien kan de oorsprong van specifieke genen, zowel van de moeder als van de vader, het parent-of-origin (PO)-effect genoemd, de uiteindelijke samenstelling van de darmmicrobiota en de ontwikkelingsresultaten aanzienlijk beïnvloeden.

Er is niet veel bekend over hoe deze factoren de darmmicrobiota en de gezondheid van nakomelingen op de lange termijn beïnvloeden. Het huidige onderzoek had tot doel deze bevindingen te identificeren bij volwassen nakomelingen die werden blootgesteld aan antibiotica in hun vroege levensjaren, onvoldoende eiwitinname en vitamine D-tekort. Er zijn ook pogingen gedaan om de rol van de genetische achtergrond en het PO-effect op de dysbiose die met deze factoren geassocieerd is, te vinden.

Over de studie

Er werden drie groepen vrouwelijke samenwerkingskruismuizen (CC) en hun nakomelingen gebruikt, samen met een controlegroep. De term CC verwijst naar ingeteelde muizen waarvan de genen voortkomen uit recombinatie van acht stammen van muizen uit drie hoofdsoorten. Deze kunnen de effecten van gen-omgevingsinteracties in complexe fenotypes weerspiegelen.

In deze studie verwijst wederkerig kruisen naar het fokken van een vrouwelijke moeder (bijvoorbeeld CC001) met een mannelijke vader van een andere stam (bijvoorbeeld CC011) en vice versa. Hierdoor ontstonden genetisch identieke nakomelingen van de eerste generatie, met uitzondering van hun geslachtschromosomen en mitochondriaal DNA, waardoor onderzoekers het PO-effect konden isoleren terwijl bijna alle andere genetische factoren constant bleven.

Moederdieren werden vanaf vijf weken vóór de bevruchting op antibiotica-bevattende, eiwitarme of vitamine D-arme voeding geplaatst en dit voortgezet totdat de lactatie werd gestopt (dag 21). Na het spenen werden alle nakomelingen tot de leeftijd van acht weken overgeschakeld op een gestandaardiseerd dieet voor knaagdierenvoer.

Studieresultaten

Blootstelling aan antibiotica

De microbiële diversiteit werd verminderd over verschillende genetische achtergronden, waaronder CC011xcc001, CC004xcc017, CC017xcc004 en andere, afhankelijk van de gebruikte metriek.

Wederkerige kruisingen vertoonden vergelijkbare α-diversiteitsresultaten, behalve voor de controlegroep, waar CC011xcc001-nakomelingen een grotere diversiteit hadden dan hun wederzijdse tegenhangers. Echter,β-Diversiteit was afhankelijk van de genetische achtergrond, waarbij PO-triggers verantwoordelijk waren voor 20% tot 50% van de variabiliteit in de darmmicrobiota in de testgroep, versus 20% tot 40% in de controlegroep.

Er werden verschillen in overvloed waargenomenBacteroïdenCadeauMuribaculaceaeCadeauAkkermansiaEnBifidobacterie. Het effect varieerde tussen soorten; Sommige verdrievoudigden in overvloed, terwijl andere verdrievoudigden.

Het lichaamsgewicht van deze nakomelingen was 15% lager dan dat van de controles en varieerde ook bij onderlinge kruisingsparen.

Eiwit tekort

Eiwitgebrek veranderde de diversiteitsindices tussen de test- en controlegroepen niet. Echter, zoals soortenAkkermansiaEnBifidobacteriekwamen significant minder vaak voor bij nakomelingen met een laag eiwitgehalte dan bij controles.

Onderlinge kruisscores brachten verminderde α en verminderde kruisscores aan het lichtβ-Diversiteit bij de nakomelingen van CC001xcc011, waaruit het effect van genetische verschillen blijkt. De diversiteit op soortniveau verschilde in onderlinge paren van nakomelingen en was verantwoordelijk voor 14% tot 20% van de variabiliteit in de microbiota.

Het eiwitarme dieet verminderde het lichaamsgewicht van volwassen nakomelingen met 15% in alle testgroepen, onafhankelijk van veranderingen in de microbiële diversiteit. Dit komt overeen met eerdere onderzoeken die aantonen dat een tekort aan eiwitten geassocieerd is met een verminderde opname van voedingsstoffen.

Nakomelingen uit drie kruisingen waren lichter dan de controles, maar de onderlinge kruisingen niet. Bovendien was het nageslacht van CC011xcc001 zwaarder dan dat van zijn onderlinge CC001xCC011, wat wijst op het PO-effect.

Opvallend is dat sommige kruisingen, zoals CC041xcc051 en CC051XCC041, een verminderd lichaamsgewicht vertoonden ondanks een niet-significante verandering in de diversiteit van de microbiota, wat suggereert dat groei-effecten ook kunnen optreden via niet-microbiota-gerelateerde mechanismen.

Vitamine D-tekort

Vitamine D-tekort verminderde het lichaamsgewicht of de microbiële diversiteit niet in vergelijking met controles, wat eerdere onderzoeken bevestigde. Het PO-effect veroorzaakte echter verschillen in diversiteit tussen onderlinge paren van nakomelingen, wat erop wijst dat ontwikkelingstekorten in vitamine D verschillende belangrijke darmbacteriën kunnen veranderen.

De nakomelingen van CC011xcc001 hadden bijvoorbeeld een significant grotere microbiële diversiteit en lichaamsgewicht dan hun tegenhangers in dezelfde groep, hoewel het algehele vitamine D-tekort alleen deze resultaten niet beïnvloedde.

Hoewel vitamine D-tekort bij volwassen muizen geen vermindering van het lichaamsgewicht veroorzaakte, waren de nakomelingen van één kruising zwaarder dan die van hun kruising.

Billen, lichaamsgewicht en darmmicrobioom

PO was verantwoordelijk voor 20% tot 58% van de variabiliteit in de microbiota tussen onderlinge kruisingsparen binnen testgroepen. Het microbioom beïnvloedt het lichaamsgewicht, dat varieert tussen de vier groepen en zelfs binnen onderlinge paren van nakomelingen.AkkermansiaEnBlautiakwamen vaker voor bij CC051XCC041-nakomelingen bij respectievelijk lichtere en zwaardere muizen.

Het PO-effect werd aangetoond in zowel de eiwitarme als de vitamine D-diëten, aangezien de nakomelingen van CC011xcc001-muizen zwaarder warenFecalibaculumvergeleken met die van de onderlinge CC001XCC011. Deze bacterie beschermt tegen inflammatoire darmziekten, darmkanker en diabetes, wat het belang ervan bij het voorkomen van darmdysbiose benadrukt.

Uit deze studie bleek dat PO-gedreven verschillen in lichaamsgewicht en microbiota het meest consistent waren in de CC001xCC011-kruisparen, wat de effecten van genetische bijdragen van de moeder en mogelijk epigenetische of mitochondriale mechanismen benadrukte.

Het PO-effect kan te wijten zijn aan verschillen in mitochondriaal DNA of geslachtschromosomen, epigenetische regulatie of effecten op de placenta of de baarmoeder als gevolg van maternale genen.

Conclusies

Blootstelling aan antibiotica in het vroege leven of tekorten aan eiwitten of vitamine D kunnen langetermijneffecten hebben op de groei en de darmmicrobiota bij volwassen muizen, gemodificeerd door PO-effectgenen van de gastheer. Dit is de eerste keer dat deze resultaten zijn aangetoond voor ontwikkelingseiwitdeficiëntie op volwassen leeftijd.

Lichaamsgewicht en vetgehalte variëren afhankelijk van het microbioom tussen groepen. Er werden ook verschillen in lichaamsgewicht waargenomen binnen een onderling paar in de controle-, eiwitarme en vitamine D-arme groepen. Deze studie toont dus voor het eerst ook het effect van PO op het lichaamsgewicht en de darmmicrobiota bij volwassen nakomelingen.

De resultaten suggereren dat vroege blootstelling aan het milieu een wisselwerking heeft met erfelijke factoren van de moeder om levenslange gezondheidstrajecten vorm te geven en benadrukken de noodzaak van meer aandacht voor voeding en medicijnen van de moeder tijdens de zwangerschap.

Download nu uw PDF-exemplaar!

Bronnen: