ГАМК-модулюючі бактерії мікробіоти кишечника людини

Предмети

Анотація

Параметри доступу

Підпишіться на журнал

Отримайте повний доступ до журналу протягом 1 року

лише 4,60 € за випуск

Усі ціни вказані у нетто-цінах.
ПДВ буде додано пізніше під час оплати.

Оренда або купівля статті

Отримайте обмежений за часом або повний доступ до статей на ReadCube.

Усі ціни вказані у нетто-цінах.

Наявність даних

Дані про послідовність 16S рРНК та геном для KLE1738 доступні у NCBI (MH636586 та PRJNA482656, відповідно). Дані про послідовність American Gut доступні в EBI за вступом ERP012803. Дані fMRI доступні на розсуд M.J.D. Усі інші дані, що підтверджують результати цього дослідження, можна отримати у відповідного автора за запитом.

Список літератури

Fung, T. C., Olson, C. A. & Hsiao, E. Y. Взаємодія мікробіоти, імунної та нервової систем у стані здоров'я та хвороб. Нат. Невроски. 20, 145–155 (2017).

Браун, Х. П. та ін. Культивування `` некультурної '' мікробіоти людини виявляє нові таксони та велике спороношення. Природа 533, 543–546 (2016).

Lagier, J. C. та співавт. Відродження культури в мікробіології на прикладі культуроміки для вивчення мікробіоти кишечника людини. Клін. Мікробіол. Преподобний. 28, 237–264 (2015).

Lagkouvardos, I., Overmann, J. & Clavel, T. Культурні мікроби представляють значну частку мікробіоти кишечника людини та миші. Кишкові мікроби 8, 493–503 (2017).

Д’Онофріо, А. та ін. Сидерофори із сусідніх організмів сприяють росту некультурних бактерій. Хім. Біол. 17, 254–264 (2010).

Фен, К. та співавт. Хінони є чинниками росту мікробіоти кишечника людини. Мікробіом 5, 161 (2017).

Carlier, J. P., Bedora-Faure, M., K’Ouas, G., Alauzet, C. & Mory, F. Пропозиція об'єднати Clostridium orbiscindens Вінтер та ін. 1991 та Eubacterium plautii (Сегін 1928) Хофстад і Аасйорд 1982, з описом Flavonifractor plautii ген. лист., греб. листопада та перепризначення Bacteroides capillosus до Pseudoflavonifractor capillosus ген. лист., греб. листопад. Міжнародний Дж. Сист. Евол. Мікробіол. 60, 585–590 (2010).

Кларинг, К. та співавт. Intestinimonas butyriciproducens ген. лист., сп. нов., бактерія, що продукує бутират, з кишечника миші. Міжнародний Дж. Сист. Евол. Мікробіол. 63, 4606–4612 (2013).

Ярза, П. та ін. Об'єднує класифікацію культивованих та некультурних бактерій та архей з використанням послідовностей генів 16S рРНК. Нат. Преподобний Мікробіол. 12, 635–645 (2014).

Фодор, А. А. та ін. "Найбільш розшукувані" таксони з мікробіома людини для секвенування цілого геному. PLOS ONE 7, e41294 (2012).

Лагкувардос, І. та ін. IMNGS: всеосяжний відкритий ресурс оброблених 16S-рРНК-мікробних профілів для досліджень екології та різноманітності. Наук. Респ. 6, 33721 (2016).

Гудман, А. Л. та ін. Широкі колекції особистих культур мікробіоти кишечника людини, що характеризуються та маніпулюються у мишей-гнотобіотиків. Proc. Natl Акад. Наук. США 108, 6252–6257 (2011).

Deutscher, J., Francke, C. & Postma, P. W. Як фосфорилювання фосфотрансферази, пов'язане з фосфорилюванням, регулює вуглеводний обмін у бактерій. Мікробіол. Мол. Біол. Преподобний. 70, 939–1031 (2006).

Feehily, C. & Karatzas, K. A. Роль метаболізму глутамату у реакціях бактерій на кислотні та інші стреси. J. Appl. Мікробіол. 114, 11–24 (2013).

Hardman, J. K. & Stadtman, T. C. Метаболізм омега-амінокислот. I. Ферментація гамма-аміномасляної кислоти шляхом Clostridium aminobutyricum n. sp. Дж. Бактеріол. 79, 544–548 (1960).

Fallingborg, J. Внутрішньопросвітній рН шлунково-кишкового тракту людини. Ден. Мед. Бик. 46, 183–196 (1999).

Азіз, Р. К. та ін. Сервер RAST: швидкі анотації з використанням технології підсистем. BMC Genomics 9, 75 (2008).

Бейтман, А. та ін. UniProt: центр для інформації про білки. Нуклеїнові кислоти Res. 43, D204 – D212 (2015).

Макдональд, Д. та ін. Американська кишка: відкрита платформа для досліджень мікробіомів для наук про громадян. mSystems 3, e00031–18 (2018).

Сніт, П. Х. Принципи бактеріальної таксономії. Proc. Р. Соц. Мед. 65, 851–852 (1972).

Аркін, А. П. та ін. База знань Міністерства енергетичних систем біології США. Нат. Біотехнол. 36, 566–569 (2018).

Ni, Y., Li, J. & Panagiotou, G. Молекулярний ландшафт взаємодії мікробіомів дієта-кишечник: до дієтичних втручань, спрямованих на гени бактерій. mBio 6, e01263-15 (2015).

Хаас, Б. Дж. Та ін. Реконструкція послідовності транскриптів De novo з РНК-послідовності за допомогою платформи Trinity для генерації та аналізу посилань. Нат. Проток. 8, 1494–1512 (2013).

Мацумото, М. та співавт. Всмоктування товстої кишки низькомолекулярними метаболітами під впливом мікробіому кишечника: пілотне дослідження. PLOS ONE 12, e0169207 (2017).

ван Берло, C. L. та співавт. Виробництво гамма-аміномасляної кислоти в тонкому і товстому кишечнику нормальних щурів Wistar, що не містять мікробів. Вплив споживання їжі та кишкової флори. Гастроентерологія 93, 472–479 (1987).

Фудзісака, С. та ін. Дієта, генетика та мікробіом кишечника зумовлюють динамічні зміни метаболітів плазми. Клітинний представник. 22, 3072–3086 (2018).

Luscher, B., Shen, Q. & Sahir, N. Гіпотеза дефіциту GABAergic про основний депресивний розлад. Мол. Психіатрія 16, 383–406 (2011).

Девідсон, Р. Дж., Піццагаллі, Д., Ніцке, Дж. Б. і Путнам, К. Депресія: перспективи афективної нейронауки. Анну. Преподобний Психол. 53, 545–574 (2002).

Грейцій, М. Proc. Natl Акад. Наук. США 100, 253–258 (2003).

Greicius, M. D. та співавт. Функціональна зв’язок у стані спокою при великій депресії: аномально збільшений внесок підродової цингуляльної кори та таламуса. Біол. Психіатрія 62, 429–437 (2007).

Шеліне, Ю. І. та ін. Типовий режим мережі та самореференційні процеси при депресії. Proc. Natl Акад. Наук. США 106, 1942–1947 (2009).

Лістон, К. та співавт. Мережеві механізми транскраніальної магнітної стимуляції в режимі за замовчуванням при депресії. Біол. Психіатрія 76, 517–526 (2014).

Кехлін, Е. та Гіафіл, А. Передня передньофронтальна функція та межі прийняття рішень людиною. Наука 318, 594–598 (2007).

Wager, T. D., Davidson, M. L., Hughes, B. L., Lindquist, M. A. & Ochsner, K. N. Префронтально-підкіркові шляхи, що опосередковують успішну регуляцію емоцій. Нейрон 59, 1037–1050 (2008).

Тілліш, К. та співавт. Структура мозку та реакція на емоційні подразники, пов’язані з профілями мікробів кишечника у здорових жінок. Психосом. Мед. 79, 905–913 (2017).

Хасан, А. М. та ін. Дієта з високим вмістом жиру викликає депресію у мишей, пов’язану зі змінами мікробіому, нейропептиду Y та метаболому мозку. Nutr. Невроски. https://doi.org/10.1080/1028415X.2018.1465713 (2018).

Браво, Дж. А. та ін. Проковтування Лактобактерії штам регулює емоційну поведінку та експресію центральних рецепторів ГАМК у миші через блукаючий нерв. Proc. Natl Акад. Наук. США 108, 16050–16055 (2011).

Янік, Р. та ін. Магнітно-резонансна спектроскопія виявляє усну Лактобактерії сприяння збільшенню ГАМК мозку, N-ацетил аспартат і глутамат. Нейровізуалізація 125, 988–995 (2016).

Лін, Q. Занурене бродіння Lactobacillus rhamnosus YS9 для виробництва гамма-аміномасляної кислоти (ГАМК). Браз. Дж. Мікробіол. 44, 183–187 (2013).

Barrett, E., Ross, R. P., O’Toole, P. W., Fitzgerald, G. F. & Stanton, C. Виробництво гамма-аміномасляної кислоти культивованими бактеріями з кишечника людини. J. Appl. Мікробіол. 113, 411–417 (2012).

Покусаєва, К. та ін. Виробництво ГАМК Bifidobacterium dentium модулює вісцеральну чутливість в кишечнику. Нейрогастроентерол. Мотиль. 29, e12904 (2017).

Kootte, R. S. та співавт. Поліпшення чутливості до інсуліну після нежирних донорських калів при метаболічному синдромі зумовлене базовим складом мікробіоти кишечника. Клітинка. Метаб. 26, 611–619 (2017).

Стаматакіс, А. RAxML, версія 8: інструмент для філогенетичного аналізу та пост-аналізу великих філогеній. Біоінформатика 30, 1312–1313 (2014).

Ваттам, А. Р. та ін. Вдосконалення PATRIC, загальнобактеріальної бази даних біоінформатики та ресурсного центру аналізу. Нуклеїнові кислоти Res. 45, D535 – D542 (2017).

Віксон, Дж. І Келл, Д. Кіотська енциклопедія генів і геномів - KEGG. Дріжджі 17, 48–55 (2000).

Кітагава, М. та ін. Повний набір клонів ORF кишкова паличка Бібліотека ASKA (повний набір Кишкова паличка Архів K-12 ORF): унікальні ресурси для біологічних досліджень. ДНК Res. 12, 291–299 (2005).

Хаятт, Д. та ін. Блудний: розпізнавання генів прокаріотичних ідентифікація місця ініціювання трансляції. BMC Біоінформатика 11, 119 (2010).

Капорасо, Дж. Г. та ін. QIIME дозволяє аналізувати високопродуктивні дані послідовності спільнот. Нат. Методи 7, 335–336 (2010).

Амір, А. та ін. Deblur швидко вирішує схеми послідовностей однонуклеотидних спільнот. mSystems 2, e00191–16 (2017).

Амір, А. та ін. Виправлення мікробного цвітіння у зразках фекалій під час доставки при кімнатній температурі. mSystems 2, e00199–16 (2017).

Чанг, С. та Гловер, Г. Х. Ефекти модельованої фізіологічної корекції шуму на антикореляції та кореляції мережевого режиму за замовчуванням. Нейровізуалізація 47, 1448–1459 (2009).

Ширер, В. Р., Рялі, С., Рихлевська, Е., Менон, В. та Грейцій, М. Д. Розшифровка когнітивних станів, керованих суб'єктами, з моделями зв'язків цілого мозку. Цереб. Кортекс 22, 158–165 (2012).

Подяки

Автори висловлюють подяку С. Рубіну за допомогу у вирощуванні KLE1738 та Дж. Вангу з Маломолекулярної установки масової спектрометрії, відділ Гарвардського факультету мистецтв і наук (FAS) Відділу наукових основних робіт, за аналіз GC/Зразки РС. Ця робота була підтримана грантами R01HG005824 для K.L., R01GM086158 для J.C. та F32GM108415 для T.R.R.

Інформація про автора

Ці автори внесли однаковий внесок: Філіп Страндвіц, Кі Хён Кім.

Приналежності

Центр антимікробних досліджень, кафедра біології, Північно-Східний університет, Бостон, Массачусетс, США

Філіп Страндвіц, Асама Лекбуа, Надер Мару, Ерік Дж. Стюарт та Кім Льюїс

Кафедра біологічної хімії та молекулярної фармакології Гарвардської медичної школи, Бостон, Массачусетс, США

Кі Хьон Кім, Девід Дітріх, Тімоті Р. Рамадхар та Джон Кларді

Фармацевтична школа Університету Сунгкюнкван, Сувон, Республіка Корея

Кафедра психіатрії та досліджень мозку та розуму, Медичний коледж Weill Cornell, Нью-Йорк, Нью-Йорк, США

Дар’я Терехова, Конор Лістон та Марк Дж. Дубін

Програма біоінформатики та системної біології, Каліфорнійський університет, Сан-Дієго, Ла-Холла, Каліфорнія, США

Кафедра хірургії Чиказького університету, Чикаго, Іллінойс, США

Анукріті Шарма та Джек А. Гілберт

Відділ біологічних наук (BIO), Національна лабораторія Аргонна, Аргонна, Іллінойс, США

Анукріті Шарма та Джек А. Гілберт

Центр інновацій мікробіомів, Каліфорнійський університет, Сан-Дієго, Ла-Холла, Каліфорнія, США

Дженніфер Леверінг, Карстен Зенглер і Роб Найт

Кафедра педіатрії, Каліфорнійський університет, Сан-Дієго, Ла-Холла, Каліфорнія, США

Даніель Макдональд, Карстен Зенглер та Роб Найт

Хімічний факультет університету Говарда, Вашингтон, округ Колумбія, США

Тімоті Р. Рамадгар

Кафедра обчислювальної техніки та техніки Каліфорнійського університету Сан-Дієго, Ла-Холла, Каліфорнія, США

Морська біологічна лабораторія, Вудс Хоул, Массачусетс, США

Ви також можете шукати цього автора в PubMed Google Scholar

Внески

P.S. та К.Л. спланував дослідження, проаналізував дані та написав роботу. P.S. провели скринінг спільної культури для залежних від хелперів пар та загального вирощування KLE1738. P.S., J.C. та K.H.K. розробив та виконав скринінг на ГАМК на основі біопроби. P.S. та Н.М. проводили експерименти з виключення медіа. P.S., E.J.S. та Д.Д. проаналізував геном KLE1738. P.S., D.D. та Т.Р.Р. провів 13 експериментів з годуванням. P.S. культивується B. fragilis та Д.Д. аналізували супернатант для ГАМК та глутамату. P.S. розроблений та разом з A.L. виконаний скринінг бактерій, що продукують ГАМК. P.S. підготував супернатант виробників ГАМК, ідентифікованих на екрані спільних культур KLE1738, а Д.Д. проаналізували ці супернатанти для виробництва ГАМК. P.S., D.M., R.K., J.L., J.K.L. та К.З. виконали метагеномічний аналіз для виробників та споживачів ГАМК, а П.С., А.С. та J.A.G. проаналізував набір даних транскриптома людини. P.S., K.L., D.T. та M.J.D. розробив дослідження MDD, і P.S., K.L., A.S., J.A.G., D.T., C.L. та M.J.D. проаналізував дані MDD. Усі автори допомогли редагувати рукопис.

Автори-кореспонденти

Декларації про етику

Конкуруючі інтереси

P.S. та К.Л. заявляють конкуруючі фінансові інтереси, оскільки вони є засновниками Holobiome, Inc. Усі інші автори не мають конкуруючих інтересів.

Додаткова інформація

Примітка видавця: Springer Nature залишається нейтральним щодо юрисдикційних вимог в опублікованих картах та інституційних приналежностей.

Додаткова інформація

Додаткові рисунки 1–8, додаткові таблиці 1–4 та 6–8.

Підсумок звітності

Додаткова таблиця 5

Аналіз геному модулюючого потенціалу ГАМК 1159 геномів бактерій кишечника, що складається з 919 видів.

Права та дозволи

Про цю статтю

Цитуйте цю статтю

Страндвіц П., Кім К.Х., Терехова Д. та ін. ГАМК-модулюючі бактерії мікробіоти кишечника людини. Nat Microbiol 4, 396–403 (2019). https://doi.org/10.1038/s41564-018-0307-3

Отримано: 03 червня 2018 р

Прийнято: 26 жовтня 2018 року

Опубліковано: 10 грудня 2018 року

Дата випуску: березень 2019 р

Подальше читання

Модуляція мікробіоти кишечника як Lactobacillus fermentum MSK 408, так і кетогенною дієтою на мишачій моделі гострого нападу, спричиненого пентилентетразолом

Джу Янг Еор
, Пей Лей Тан
, Юн Джи Сон
, Мін Джин Квак
& Сае Хун Кім

Дослідження епілепсії (2021)

Орієнтація на вісь мікробіом-кишечник-мозок для поліпшення пізнання при шизофренії та основних розладах настрою: оглядовий огляд

Мікель Біоке
, Олександр Гонсалес-Родрігес
, Клементе Гарсія-Різо
, Хесус Кобо
, Хосе Антоніо Монреаль
, Джудіт Усалл
, Вірджинія Сорія
& Хав'єр Лабад

Прогрес у нейро-психофармакології та біологічній психіатрії (2021)

Нейро-вроджені імунні взаємодії в імунітеті слизової оболонки кишечника

Субхаш Кулкарні
, Sravya Kurapati
& Мілена Богунович

Сучасна думка в галузі імунології (2021)

Диференціальна зміна профілів мікробіомів кишечника під час придбання, відмирання та відновлення морфіну індукованого CPP

Цзяньбо Чжан
, Куола Деджі
, Цзінна Фан
, Ляо Чанг
, Сіняо Мяо
, Іфан Сяо
, Йоншен Чжу
& Шенбін Лі

Прогрес у нейро-психофармакології та біологічній психіатрії (2021)