次の開発のための相乗効果と酸素適応

自然 (2023)この記事を引用

109 オルトメトリック

メトリクスの詳細

人間の腸内微生物叢は、健康や病気に寄与する可能性のある環境要因として関心を集めています1。 次世代プロバイオティクスの開発は、腸内細菌叢を調節し、人間の健康を改善するための有望な戦略です。 ただし、いくつかの重要な次世代プロバイオティクス候補は厳密に嫌気性であり 2、最適な増殖には他の細菌との相乗効果が必要となる可能性があります。 Faecalibacterium prausnitzii は、ヒトの健康に関連する非常に蔓延し、豊富に存在するヒト腸内細菌ですが、プロバイオティクス製剤としてはまだ開発されていません 2。 ここでは、F. prausnitzii と硫酸塩還元細菌である Desulfovibrio piger の同時分離、および増殖と酪酸生産のためのそれらの交雑摂食について説明します。 次世代のプロバイオティクス製剤を製造するために、F. prausnitzii を酸素曝露に耐えられるように適応させ、概念実証研究で、共生製品がマウスとヒトに耐えられることを実証しました (ClinicalTrials.gov 識別子: NCT03728868)。研究参加者の一部のヒトの腸内で検出されます。 私たちの研究では、潜在的な有益な特性を低下させることなく酸素曝露に耐えられるように完全に嫌気性の細菌を適応させることに基づいた、次世代のプロバイオティクスを生産する技術について説明します。 当社の技術は、次世代プロバイオティクスとして他の完全嫌気性菌株の開発に使用される可能性があります。

成人の腸内細菌叢は、体細胞および生殖細胞の総数と少なくとも同じ数の細菌細胞で構成されており 3、それらの集合ゲノム (マイクロバイオーム) には、ヒトゲノムの 500 倍を超える遺伝子が含まれています 4。 比較メタゲノミクスにより、2 型糖尿病 5,6,7、高脂血症 8、炎症性腸疾患 9,10 の患者のマイクロバイオームと比較して、健康なマイクロバイオームは微生物の多様性の増加と酪酸生成細菌の存在量の増加と関連していることが多いことが明らかになりました。フェカリバクテリウム・プラウスニッツィなど。 特に、F. prausnitzii は、その存在量が年齢やライフスタイルによって変化するキーストーン種であり、西洋世界に住む人々の腸内微生物叢では比較的枯渇しています11。

人間の腸内微生物は単独で活動するのではなく、腸の恒常性にとって重要な複雑な生態学的相互作用を形成します。 腸内微生物叢の重要な特性の 1 つは、炭水化物から酪酸などの短鎖脂肪酸 (SCFA) への発酵であり、これは宿主へのいくつかの利点と関連しています 12。 発酵は腸内微生物が利用する主要なエネルギー生成プロセスであり、乳酸や水素などの発酵電子シンク副産物の除去は発酵プロセスを維持するために不可欠です13。 したがって、メタン生成菌や硫酸塩還元細菌などの水素スカベンジャーは、腸の代謝ネットワークを確立するために重要です14。

今回我々は、硫酸塩還元剤Desulfovibrio pigerの新規株との共培養におけるF. prausnitziiの新規株の単離を報告する。 私たちは、次世代プロバイオティクスとして F. prausnitzii を生産する技術の開発について説明し、人間が摂取する場合の安全性を評価します。

微生物間の相互作用を保存し、電子シンクとして機能して乳酸を除去できる細菌を分離するために、我々は、健康な個人からの糞便物質を嫌気条件でポストゲート培地（PGM）の寒天プレート上に直接播種しました（方法）。 これらの条件下で、D. piger（DSM 32187）の株との共培養としてPGM中で増殖したF. prausnitzii（DSM32186）の株を単離しました（図1a、b）。 D. piger は偏性嫌気性、非発酵性のグラム陰性桿菌 15 であり、ヒトの腸内に広く存在する硫酸塩還元菌 16 であり、腸の外では単独で発生しないため、腸特異的な共生生物と考えられています 17。

a、グルコースまたは酢酸塩を添加しない、PGMプレート上でのF. prausnitzii DSM 32186およびD. piger DSM 32187の共培養。 b、F. prausnitzii DSM 32186 および D. piger DSM 32187 の単離から得たコロニーのグラム染色。矢印は F. prausnitzii (長い紡錘状桿体) (1) および D. piger (短い桿体) (2) を示します。 スケールバー、10μm。 c、D. piger DSM 32187と関連ゲノムの関係を示す樹状図。 d、F. prausnitzii DSM 32186 と関連ゲノムの関係を示す樹状図。 ｅ、ｍＰＧＭ（２５ｍＭのグルコースを含むＰＧＭ）中で嫌気条件下で２４時間の単培養およびＤ．ピガーＤＳＭ​​３２１８７との共培養におけるＦ．プラウスニツィイＤＳＭ３２１８６のコロニー形成単位の数。 P = 0.0003。 f、mPGM培地中で嫌気条件下で単培養または共培養として24時間培養したF. prausnitzii DSM 32186およびD. piger DSM 32187の代謝物プロファイル。 グルコース: P = 0.0000031 (F. prausnitzii + D. piger 対 D. piger)、P = 0.0000038 (F. prausnitzii + D. piger 対 F. prausnitzii)。 乳酸塩：P = 0.0000001 (F. prausnitzii + D. piger 対 D. piger)、P = 0.0000005 (F. prausnitzii 対 D. piger)、P = 0.00014 (F. prausnitzii + D. piger 対 F. prausnitzii); アセテート：P = 0.0000004 (F. prausnitzii + D. piger 対 D. piger)、P = 0.0000003 (F. prausnitzii 対 D. piger)。 酪酸塩: P = 0.000001(F. prausnitzii + D. piger 対 D. piger)、P = 0.0000031 (F. prausnitzii + D. piger 対 F. prausnitzii)。 y 軸上の「mM 変化」は、ベースラインでの接種培地からの濃度の差を示します。 g、mPGM での共培養としての F. prausnitzii と D. piger 間の提案された交配の概略図。 n = 3 回の独立した実験、***P < 0.001 両側 t 検定 (e) または一元配置分散分析 (f) によって決定。 データは平均値±標準誤差です