Summary

La evaluación de alteraciones hepáticas metabólicas durante la colonización progresiva de la libre de gérmenes de ratón por 1 H espectroscopía de RMN

Published: December 15, 2011
doi:

Summary

El procedimiento se describe la colonización progresiva de seguir evaluando su impacto sobre el metabolismo hepático de acogida. La colonización se controla de manera no invasiva mediante la evaluación de la excreción urinaria de los metabolitos microbianos co-mediante RMN basados ​​en los perfiles metabólicos, mientras que el metabolismo hepático es evaluado por alto ángulo Resolución Magic Spinning (MAS HR) de perfiles de RMN de la biopsia intactas.

Abstract

Es bien sabido que las bacterias intestinales contribuyen significativamente a la homeostasis de acogida, proporcionando una serie de beneficios tales como la protección inmunológica y la síntesis de la vitamina. También proveen el host con una considerable cantidad de nutrientes, por lo que este ecosistema un órgano metabólico esencial. En el contexto de la creciente evidencia de la relación entre la flora intestinal y el síndrome metabólico, la comprensión de la interacción metabólica entre el huésped y su microbiota intestinal se está convirtiendo en un reto importante de la biología moderna. 1-4

Colonización (también conocido como proceso de normalización) designa a la creación de micro-organismos en un antiguo libre de gérmenes de origen animal. Si bien es un proceso natural que ocurre al nacer, que también se utiliza en adultos libres de gérmenes animales de controlar el ecosistema floral intestinal y más determinar su impacto sobre el metabolismo de acogida. Un procedimiento común para controlar el proceso de colonización es utilizar el método de alimentación forzada con una single o una mezcla de microorganismos. Este método da como resultado una colonización muy rápida y presenta la desventaja de ser muy estresante 5. Por tanto, es útil para minimizar el estrés y para obtener un proceso de colonización más lenta para observar poco a poco el impacto de la creación de bacterias en el metabolismo de acogida.

En este artículo, se describe un procedimiento para evaluar la modificación del metabolismo hepático durante el proceso de colonización gradual mediante una técnica no destructiva del metabolismo de perfiles. Proponemos para controlar la colonización microbiana intestinal mediante la evaluación de la actividad metabólica microbiana intestinal refleja en la excreción urinaria de los metabolitos microbianos co-por un perfil de RMN basado metabólico. Esto permite una apreciación de la estabilidad de la actividad microbiana intestinal más allá del establecimiento estable del ecosistema microbiano intestinal suele evaluarse mediante el control de bacterias fecales por DGGE (electroforesis en gel de gradiente desnaturalizante). 6 Elcolonización se lleva a cabo en un ambiente abierto convencional y se inicia con una arena sucia contaminada con animales convencionales, que servirá como control. Los roedores son animales coprófagos, lo que garantiza una colonización homogénea a lo descrito previamente 7.

Perfiles metabólicos hepáticos se mide directamente a partir de una biopsia de hígado intacto con una H de alta resolución Magic Angle Spinning espectroscopía de RMN. Esta técnica semi-cuantitativa ofrece una forma rápida de evaluar, sin dañar la estructura celular, los principales metabolitos, como los triglicéridos, la glucosa y el glucógeno con el fin de estimar más la compleja interacción entre el proceso de colonización y el metabolismo hepático 70-10. Este método también se puede aplicar a cualquier tejido de la biopsia 11,12.

Protocol

1. La colonización de animales libres de gérmenes y la recogida de muestras Eliminar animales libres de gérmenes de aisladores y de la casa en una sala de cría en jaulas convencionales equipados con filtro delante de los animales convencionales que servirán como controles (Figura 1). Mezclar medio de la camada (3 días) tomado de la caja de control convencional con la materia fecal de los animales libres de gérmenes. Siempre mantenga un tercio de la basura convencional sucia cada vez que hay q…

Discussion

En este protocolo, que describe un procedimiento de colonización progresiva en un entorno abierto para seguir investigando el impacto de la microbiota intestinal en el metabolismo hepático evaluado por 1 H RMN de perfiles de recursos humanos del MAS intacta biopsia. Varios métodos de colonización han sido descritos en la literatura. Los métodos más comunes para colonizar los animales con una microbiota definida son una sonda nasogástrica o beber agua contaminada 19,20. Inoculación fecal tam…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Todos los espectros de RMN utiliza como ejemplos ilustrativos se derivan de un estudio publicado anteriormente 7, que fue apoyado financieramente por 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

  1. 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).
  2. Ley, R. E., Turnbaugh, P. J., Klein, S., Gordon, J. I. Microbial ecology: human gut microbes associated with obesity. Nature. 444, 1022-1023 (2006).
  3. Raoult, D. Obesity pandemics and the modification of digestive bacterial flora. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 27, 631-634 (2008).
  4. 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).
  5. Balcombe, J. P., Barnard, N. D., Sandusky, C. Laboratory routines cause animal stress. Contemp. Top. Lab. Anim. Sci. 43, 42-51 (2004).
  6. 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).
  7. Claus, S. P. Colonization-induced host-gut microbial metabolic interaction. MBio. 2, (2011).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Meiboom, S., Gill, D. Modified spin-echo method for measuring nuclear relaxation times. The review of scientific instruments. 29, 688-691 (1958).
  14. Nicholson, J. K., Holmes, E., Wilson, I. D. Gut microorganisms, mammalian metabolism and personalized health care. Nat. Rev. Microbiol. 3, 431-438 (2005).
  15. 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).
  16. Swann, J. R. Variation in Antibiotic-Induced Microbial Recolonization Impacts on the Host Metabolic Phenotypes of Rats. J. Proteome. Res. , (2011).
  17. 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).
  18. Beckonert, O. High-resolution magic-angle-spinning NMR spectroscopy for metabolic profiling of intact tissues. Nat. Protoc. 5, 1019-1032 (2010).
  19. Hooper, L. V., Sansonetti, P., Zychlinsky, A. . Methods in microbiology. 31, 559-589 (2002).
  20. Rahija, R. J., Fox, J. G. Ch. 7. The mouse in biomedical research. , 217-234 (2007).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. Aue, W. P., Bartholdi, E., Ernst, R. R. Two-dimensional spectroscopy. Application to nuclear magnetic resonance. J. Chem. Phys. 64, 2229-2246 (1975).
  30. Bodenhausen, G., Ruben, D. J. Natural abundance 15N NMR by enhanced heteronuclear spectroscopy. Chemical. Physics. Letters. 69, 185-189 (1980).
  31. 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).
  32. Fan, T., Lane, A. Structure-based profiling of metabolites and isotopomers by NMR. Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. 52, 48-48 (2008).
  33. 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).
  34. Merrifield, C. A. A metabolic system-wide characterisation of the pig: a model for human physiology. Mol. Biosyst. , (2011).
  35. Tugnoli, V. Molecular characterization of human gastric mucosa by HR-MAS magnetic resonance spectroscopy. International Journal of Molecular Medicine. 14, 1065-1071 (2004).
  36. Sitter, B. Comparison of HR MAS MR spectroscopic profiles of breast cancer tissue with clinical parameters. NMR Biomed. 19, 30-40 (2006).
  37. Beckonert, O. Metabolic profiling, metabolomic and metabonomic procedures for NMR spectroscopy of urine, plasma, serum and tissue extracts. Nat. Protoc. 2, 2692-2703 (2007).

Play Video

Cite This Article
Heath, P., Claus, S. P. Assessing Hepatic Metabolic Changes During Progressive Colonization of Germ-free Mouse by 1H NMR Spectroscopy. J. Vis. Exp. (58), e3642, doi:10.3791/3642 (2011).

View Video