Влияние пробиотических добавок на концентрацию короткоцепочечных жирных кислот в фекалиях здоровых людей: систематический обзор и мета-анализ рандомизированных контролируемых испытаний.

Соляной стресс серьезно ограничивает рост пшеницы, нарушая фотосинтез, осмотический баланс и клеточный редокс-гомеостаз. В данном исследовании оценивалось, могут ли агматин и N-гидроксипипеколовая кислота, применяемые отдельно или в комбинации, улучшить толерантность пшеницы при стрессе от 200 мМ NaCl. Пшеница выращивалась в тепличных условиях и подвергалась обработке агматином (100 мкМ), N-гидроксипипеколовой кислотой (0,01 мкМ) или их совместным применением. Соляной стресс снижал рост, площадь листьев, относительное содержание воды в листьях, содержание хлорофилла, газообмен, активность Рубиско и накопление биомассы, одновременно увеличивая уровень перекиси водорода, перекисное окисление липидов и утечку электролитов. Оба вещества улучшали характеристики пшеницы при засолении, но их комбинированное применение дало наилучший результат по всем измеренным параметрам роста, фотосинтетическим, осмотическим и антиоксидантным признакам. Комбинированная обработка повысила рост корней и побегов, поддерживала более высокое содержание хлорофилла и активность Рубиско, способствовала газообмену и увеличивала накопление растворимого сахара. Также было снижено окислительное повреждение за счет увеличения активности каталазы, пероксидазы, супероксиддисмутазы и глутатионредуктазы. Кроме того, комбинированное лечение увеличивало накопление пролина и активировало ключевые ферменты, участвующие в метаболизме пролина, что указывает на улучшение осмотической регуляции при солевом стрессе. Эти результаты свидетельствуют о том, что агматин и N-гидроксипипеколовая кислота действуют через взаимодополняющие физиологические и биохимические пути для улучшения солеустойчивости пшеницы. Комбинированное лечение может предложить полезную фольярную стратегию для улучшения характеристик пшеницы в условиях солености, однако перед практическим применением необходимо провести валидацию в полевых условиях и оптимизацию дозировки.

Бифидобактерии являются распространёнными членами микробиоты кишечника человека и ассоциированы со здоровьем хозяев. Подвид () присутствует у людей разных возрастов и может использовать разнообразные углеводы растительного происхождения, включая ксилоолигосахариды (Кос), которые не перевариваются человеком. В данной работе мы показываем, что использование Кос зависит от штамма среди членов . В NCIMB 8809 рост на Кос индуцировал транскрипцию генов, кодирующих три гликозидные гидролазы (XouA, XouB и XouC), а также соседних генов (), предсказанных как кодирующие систему захвата углеводов типа ABC. Биохимические анализы продемонстрировали, что XouA и XouC являются β-ксилозидазами, в то время как XouB является α-арабинозидозой. Эксперименты по нарушению и комплементации генов показали, что XouA и система захвата XouDEF необходимы для роста на Кос. Таким образом, эти результаты определяют генетические и ферментативные основы использования Кос в и подчеркивают, как вариации на уровне штаммов в метаболизме углеводов могут информировать о разработке целенаправленных пре- и синбиотических стратегий для улучшения здоровья кишечника.

Хроническое воздействие неорганического мышьяка (iAs) остается серьезной проблемой для здоровья и связано с существенными расстройствами желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), включая гастроэнтерит, диарею и симптомы, сходные с воспалительными заболеваниями кишечника. Кишечная микробиота играет критическую роль в снижении токсичности мышьяка, поскольку стерильные или обработанные антибиотиками мыши демонстрируют уменьшение экскреции мышьяка с фекалиями и большее накопление в тканях. Мы ранее показали, что метаболит микроорганизмов уролитин А (UroA) защищает от цитотоксичности, апоптоза, окислительного стресса и продукции ROS, вызванных iAs, в in vitro условиях. В этом исследовании, используя человека-мишу (с геном мышиного мышьяк-метилтрансферазы, замененным на человеческий), мы оценили влияние iAs и UroA на функцию кишечного барьера. Долгосрочное воздействие iAs (100 ppb в течение 28 недель) значительно снижало экспрессию белков плотных соединений, что указывало на нарушение целостности кишечного барьера. Лечение UroA защищало мышей hAS3MT от проницаемости кишечника, вызванной iAs, воспаления, укорочения толстой кишки и увеличения отношения веса толстой кишки к ее длине. UroA также снижал уровень воспалительных цитокинов, активность миелопероксидазы (MPO) и поддерживал экспрессию белков плотных соединений эпителиальных клеток кишечника. Более того, анализ микробиоты и метаболомов показал, что лечение UroA защищало от дисбиоза кишечной микробиоты, вызванного iAs, особенно восстанавливая несколько полезных штаммов бактерий и короткоцепочных жирных кислот (например, ацетат и бутират), что приводило к гомеостазу кишечника. В совокупности эти результаты демонстрируют, что UroA смягчает токсичность iAs для кишечника и восстанавливает гомеостаз микробиоты.

Симбиотические отношения между прокариотами влияют на взаимодействия в микрообществе, что сказывается на колонизации, выживании и организации. В отличие от конкуренции, виды консорциума способствуют росту путем обмена метаболитами. Данное исследование изучило взаимодействия между двумя первыми колонизаторами кишечника человека: частично аэротолерантным spp. и строгими анаэробами spp. с использованием методов омников. Поддержка роста spp. со стороны subsp. была продемонстрирована с помощью экспериментов по совместной культуре в анаэробных условиях. Метаболомный анализ выявил более 150 уникальных метаболитов, присутствующих в супернатантах subsp., которые отсутствуют у других видов, включая 3-гидроксикаприковую кислоту, D-аланил-D-аланин, 2-изопропилмалиновую кислоту и D-глюкозу 2-фосфат. Эти соединения служили питательными субстратами, включая источники углерода и азота, значительно усиливающими рост spp. В опытах на мышах ранняя колонизация subsp. консолидации колонизации (1,7 × 10 до 9,7 × 10 основание кода/g фекальной пробы) путем предоставления этих метаболитов как ниши. Эти выводы подчеркивают, что subsp. играет важную роль в колонизации кишечника spp. благодаря своему эксклюзивному метаболическому профилю, предлагая понимание распределенной метаболической активности в кишечных сообществах и подчеркивая значимость специфических метаболитов в раннем установлении микробов.

Появляющиеся данные свидетельствуют о том, что желчные кислоты, традиционно признанные за их роль в пищеварении, также влияют на функции мозга и память. Данное исследование изучало влияние двух вторичных желчных кислот, полученных из микробиоты, дезоксихолевой кислоты (DCA) и гликодезоксихолевой кислоты (GDCA), на память у мышей и связанные молекулярные механизмы. Самцы и самки мышей ежедневно получали пероральное введение DCA, GDCA или контролируемого вещества, и оценивалась пространственная рабочая и референсная память (в тесте Y-лабиринте) и память на распознавание (в тесте на распознавание нового объекта). После тестирования оценивалось выражение генов и активность сигнальных путей в лобной коре и гиппокампе. Введение GDCA после 10 дней нарушало память на распознавание, в то время как прием DCA в течение 12 дней ухудшал пространственную референсную память. Ни одна из желчных кислот, вводившихся в течение 5 дней, не повлияла на пространственную рабочую память. GDCA снизила уровень мРНК субъединиц NMDA-рецепторов (GluN1, GluN2A) и мРНК фактора нейротрофического происхождения головного мозга (BDNF) и ослабила сигнальную активность CREB в лобной коре, что соответствует наблюдаемому дефициту памяти на распознавание. GDCA не изменяла количество транскриптов, кодирующих рецепторы желчных кислот (FXR или TGR5), или их соответствующий уровень белка. В отличие от этого, DCA модифицировала мРНК и белки FXR и TGR5 по регионально специфическому принципу и снижала сигнальную активность CREB в гиппокампе, вероятно, способствуя дефициту пространственной памяти. В лобной коре DCA увеличивала фосфорилирование GluA1 и снижала экспрессию IL-1β и IL-6, что могло помочь сохранить память на распознавание. Исследование метагеномики фекальных образцов не выявило значительных микробиологических отличий, хотя тонкие, незначительные функциональные изменения генов указывали на ранние адаптации. Эти данные показывают, что DCA и GDCA оказывают различные эффекты на когнитивные функции, специфичные к рецепторам и регионам, идентифицируя желчные кислоты как модификаторы коммуникации между микробиомом, кишечником и мозгом.

Микробиомы и их окружающая среда формируют сложные взаимосвязанные экосистемы. Микробные виды внутри микробиома, с одной стороны, конкурируют за ресурсы, а с другой — обмениваются важными метаболитами, поддерживающими их выживание. Эти взаимодействия зависят от генетического репертуара микроорганизмов, условий окружающей среды и доступности питательных веществ. Мы разработали EcoGS (http://www.github.com/KaletaLab/EcoGS) — инструмент метаболического моделирования, предназначенный для предсказания экологических взаимодействий между парами микробов. Применение EcoGS к микробиомам двух различных человеческих когорт показало переход от совместных к эксплуататорским экологическим взаимодействиям, связанным с увеличением потребления простых сахаров (глюкозы и фруктозы) у диабетиков и людей, ведущих индустриализированный образ жизни. С другой стороны, употребление кобаламина (витамина B12), фитонандиона (витамина K1) и биотина (витамина B7) и других соединений было связано с увеличением уровня сотрудничества в кишечном микробиоме. Мы пришли к выводу, что обилие простых сахаров как источника энергии снижает необходимость сотрудничества между микробами, тем самым увеличивая конкуренцию и враждебность между членами микробиома. Более того, наше исследование предлагает несколько соединений, таких как урат, дезоксаденозин, дезоксигуанозин и гипоксантин, для in vitro тестов на валидацию в качестве диетических вмешательств, которые могут восстановить экологический баланс в сообществе. EcoGS служит ценным инструментом для изучения динамики микробиома и их связи с изменениями в окружающей среде и болезнями.