Valutare alterazioni metaboliche epatiche durante la colonizzazione progressiva di Germe senza mouse da 1 H spettroscopia NMR
Summary
Una procedura di progressiva colonizzazione è descritto per valutare ulteriormente il suo impatto sul metabolismo epatico ospitante. La colonizzazione è monitorato non invasivo, valutando l'escrezione urinaria di co-metaboliti microbici da NMR basati su profili metabolici, mentre il metabolismo epatico viene valutata ad alta risoluzione Angle Spinning Magic (MAS HR) profilazione NMR di intatto biopsia.
Abstract
E 'noto che i batteri intestinali contribuiscono significativamente alla omeostasi host, fornendo una serie di benefici come la protezione immunitaria e la sintesi della vitamina. Essi hanno inoltre fornire l'host con una notevole quantità di sostanze nutritive, facendo di questo ecosistema un organo metabolico essenziale. Nel contesto di una crescente evidenza del legame tra la flora intestinale e la sindrome metabolica, comprendere l'interazione metabolica tra l'host e la sua flora intestinale sta diventando una sfida importante della biologia moderna. 1-4
Colonizzazione (noto anche come processo di normalizzazione), designa la creazione di micro-organismi in un antico animale privo di germi. Mentre è un processo naturale che si verificano al momento della nascita, è utilizzato anche in adulti privo di germi animali per controllare l'ecosistema intestinale floreali e ulteriormente determinare il suo impatto sul metabolismo host. Una procedura comune per controllare il processo di colonizzazione è quello di utilizzare il metodo gavage con un singlE o una miscela di microrganismi. Questo metodo comporta una colonizzazione molto veloce e presenta lo svantaggio di essere estremamente stressante 5. E 'quindi utile per ridurre al minimo lo stress e per ottenere un processo di colonizzazione lento ad osservare gradualmente l'impatto di stabilimento sul metabolismo batterico ospite.
In questo manoscritto, si descrive una procedura per valutare la modifica del metabolismo epatico durante un processo di colonizzazione graduale utilizzando una tecnica non distruttiva profili metabolici. Noi proponiamo di monitorare la colonizzazione microbica intestinale, mediante la valutazione dell'attività microbica intestinale metabolica riflette l'escrezione urinaria di metaboliti microbici co-profilatura di 1 H NMR basati metabolica. Questo consente un apprezzamento della stabilità dell'attività microbica intestinale al di là della sede stabile l'ecosistema microbico intestinale solitamente valutata attraverso il monitoraggio dei batteri fecali da DGGE (gel elettroforesi denaturante gradiente). 6 Ilcolonizzazione si svolge in un ambiente convenzionale aperta ed è iniziata da una cucciolata sporca sporca da animali convenzionali, che servirà come controlli. Roditori sono animali coprofagi, questo garantisce una colonizzazione omogenea come descritto in precedenza 7.
Profiling metabolico epatico viene misurato direttamente da una biopsia del fegato intatto con 1 H ad alta risoluzione Magic Angle Spinning spettroscopia NMR. Questo semi-quantitativa tecnica offre un modo rapido per valutare, senza danneggiare la struttura delle cellule, i metaboliti importanti come trigliceridi, glucosio e glicogeno al fine di ulteriormente valutare la complessa interazione tra il processo di colonizzazione e il metabolismo epatico 7-10. Questo metodo può essere applicato a qualsiasi tessuto bioptico 11,12.
Protocol
Discussion
In questo protocollo, abbiamo descritto una procedura di progressiva colonizzazione in un ambiente aperto di approfondire l'impatto della flora intestinale sul metabolismo epatico valutate di 1 profiling H NMR HR MAS di intatto biopsia. Vari metodi di colonizzazione sono state descritte in letteratura. I metodi più comuni per colonizzare gli animali con un microbiota definiti sono sonda gastrica o l'acqua potabile contaminata 19,20. Inoculazione fecale può essere utilizzato anche come des…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Tutti gli spettri NMR utilizzati come esempi illustrativi sono derivati da uno studio precedentemente pubblicato con il 7 che è stato sostenuto finanziariamente dalla Nestlé.
Materials
Table of specific reagents and equipment:
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
|---|---|---|---|
| 2.5 mm microtube | New Era | NE-H5/2.5-V-Br | |
| 1.7 mm capillary tube | Sigma-Aldrich | NORS175001 | |
| Capillary adapter | New Era | NE-325-5/1.7 | |
| Extraction rod | New Era | NE-341-5 | |
| HR-MAS rotor BL4 with 50 μL spherical Teflon spacer kit |
Bruker | HZ07213 | |
| Tool kit for 50 μL inserts | Bruker | B2950 | |
| Advance III 600 MHz NMR | Bruker | ||
| 1H HR MAS NMR solid probe | Bruker | ||
| Deuterium oxide 99.9 % | Sigma-Aldrich | 530867-1L | |
| 3-(trimethylsilyl)propionic acid-d4 (TSP) |
Sigma-Aldrich | 269913 |
References
- Cani, P. D., Delzenne, N. M. Gut microflora as a target for energy and metabolic. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care. 10, 729-734 (2007).
- Ley, R. E., Turnbaugh, P. J., Klein, S., Gordon, J. I. Microbial ecology: human gut microbes associated with obesity. Nature. 444, 1022-1023 (2006).
- Raoult, D. Obesity pandemics and the modification of digestive bacterial flora. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 27, 631-634 (2008).
- Turnbaugh, P. J., Backhed, F., Fulton, L., Gordon, J. I. Diet-induced obesity is linked to marked but reversible alterations in the mouse distal gut microbiome. Cell. Host. Microbe. 3, 213-223 (2008).
- Balcombe, J. P., Barnard, N. D., Sandusky, C. Laboratory routines cause animal stress. Contemp. Top. Lab. Anim. Sci. 43, 42-51 (2004).
- Muyzer, G., Smalla, K. Application of denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) and temperature gradient gel electrophoresis (TGGE) in microbial ecology. Antonie van Leeuwenhoek. 73, 127-141 (1998).
- Claus, S. P. Colonization-induced host-gut microbial metabolic interaction. MBio. 2, (2011).
- Waters, N. J. High-resolution magic angle spinning 1H NMR spectroscopy of intact liver and kidney: optimization of sample preparation procedures and biochemical stability of tissue during spectral acquisition. Anal. Biochem. 282, 16-23 (2000).
- Bollard, M. E. High-resolution 1H and 1H-13C magic angle spinning NMR spectroscopy of rat liver. Magnetic resonance in medicine. 44, 201-207 (2000).
- Lindon, J. C., Holmes, E., Nicholson, J. Pattern recognition methods and applications in biomedical magnetic resonance. Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. 39, 1-40 (2001).
- Tate, A. R. Distinction between normal and renal cell carcinoma kidney cortical biopsy samples using pattern recognition of (1)H magic angle spinning (MAS) NMR spectra. NMR. Biomed. 13, 64-71 (2000).
- Wang, Y. Topographical variation in metabolic signatures of human gastrointestinal biopsies revealed by high-resolution magic-angle spinning 1H NMR spectroscopy. Journal of Proteome Research. 6, 3944-3951 (2007).
- Meiboom, S., Gill, D. Modified spin-echo method for measuring nuclear relaxation times. The review of scientific instruments. 29, 688-691 (1958).
- Nicholson, J. K., Holmes, E., Wilson, I. D. Gut microorganisms, mammalian metabolism and personalized health care. Nat. Rev. Microbiol. 3, 431-438 (2005).
- Martin, F. P. Effects of probiotic Lactobacillus paracasei treatment on the host gut tissue metabolic profiles probed via magic-angle-spinning NMR spectroscopy. Journal of Proteome Research. 6, 1471-1481 (2007).
- Swann, J. R. Variation in Antibiotic-Induced Microbial Recolonization Impacts on the Host Metabolic Phenotypes of Rats. J. Proteome. Res. , (2011).
- Jacobs, D. M., Gaudier, E., van Duynhoven, J., Vaughan, E. E. Non-digestible food ingredients, colonic microbiota and the impact on gut health and immunity: a role for metabolomics. Curr. Drug. Metab. 10, 41-54 (2009).
- Beckonert, O. High-resolution magic-angle-spinning NMR spectroscopy for metabolic profiling of intact tissues. Nat. Protoc. 5, 1019-1032 (2010).
- Hooper, L. V., Sansonetti, P., Zychlinsky, A. . Methods in microbiology. 31, 559-589 (2002).
- Rahija, R. J., Fox, J. G. Ch. 7. The mouse in biomedical research. , 217-234 (2007).
- Goodwin, B. L., Ruthven, C. R., Sandler, M. Gut flora and the origin of some urinary aromatic phenolic compounds. Biochemical Pharmacology. 47, 2294-2297 (1994).
- Koopman, J. P. ‘Normalization’ of germfree mice after direct and indirect contact with mice having a ‘normal’ intestinal microflora. Lab Anim. 20, 286-290 (1986).
- Nishikata, N., Shikata, N., Kimura, Y., Noguchi, Y. Dietary lipid-dependent regulation of de novo lipogenesis and lipid partitioning by ketogenic essential amino acids in mice. Nutrition and Diabetes. 1, 1-12 (2011).
- Spagou, K. A GC-MS metabolic profiling study of plasma samples from mice on low- and high-fat diets. J. Chromatogr. B. Analyt. Technol. Biomed. Life. Sci. 879, 1467-1475 (2011).
- Sanchez-Patan, F., Monagas, M., Moreno-Arribas, M. V., Bartolome, B. Determination of microbial phenolic acids in human faeces by UPLC-ESI-TQ MS. J. Agric. Food. Chem. 59, 2241-2247 (2011).
- Roux, A., Lison, D., Junot, C., Heilier, J. F. Applications of liquid chromatography coupled to mass spectrometry-based metabolomics in clinical chemistry and toxicology: A review. Clin. Biochem. 44, 119-135 (2011).
- Ryan, D., Robards, K., Prenzler, P. D., Kendall, M. Recent and potential developments in the analysis of urine: a review. Anal. Chim. Acta. 684, 8-20 (2011).
- Nagayama, K., Wuthrich, K., Bachmann, P., Ernst, R. R. Two-dimensional J-resolved 1H n.m.r. spectroscopy for studies of biological macromolecules. Biochem. Biophys. Res. Commun. 78, 99-105 (1977).
- Aue, W. P., Bartholdi, E., Ernst, R. R. Two-dimensional spectroscopy. Application to nuclear magnetic resonance. J. Chem. Phys. 64, 2229-2246 (1975).
- Bodenhausen, G., Ruben, D. J. Natural abundance 15N NMR by enhanced heteronuclear spectroscopy. Chemical. Physics. Letters. 69, 185-189 (1980).
- Fan, T. W. -. M. Metabolite profiling by one- and two-dimensional NMR analysis of complex mixtures. Progress in nuclear magnetic resonance spectroscopy. 28, 161-219 (1996).
- Fan, T., Lane, A. Structure-based profiling of metabolites and isotopomers by NMR. Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. 52, 48-48 (2008).
- Fonville, J. M. The evolution of partial least squares models and related chemometric approaches in metabonomics and metabolic phenotyping. Journal of Chemometrics. 24, 636-649 (2010).
- Merrifield, C. A. A metabolic system-wide characterisation of the pig: a model for human physiology. Mol. Biosyst. , (2011).
- Tugnoli, V. Molecular characterization of human gastric mucosa by HR-MAS magnetic resonance spectroscopy. International Journal of Molecular Medicine. 14, 1065-1071 (2004).
- Sitter, B. Comparison of HR MAS MR spectroscopic profiles of breast cancer tissue with clinical parameters. NMR Biomed. 19, 30-40 (2006).
- Beckonert, O. Metabolic profiling, metabolomic and metabonomic procedures for NMR spectroscopy of urine, plasma, serum and tissue extracts. Nat. Protoc. 2, 2692-2703 (2007).
