Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tác động của Levilactobacillus brevis đến các thông số sinh lý và thành phần vi sinh vật đường ruột của chuột bạch bị rối loạn đồng hồ sinh học
Tóm tắt
Tất cả các sinh vật sống đều phát triển qua quá trình tiến hóa những đồng hồ sinh học phức tạp giúp chúng thích ứng với môi trường xung quanh. Nhịp sinh học hàng ngày (circadian rhythms) diễn ra theo chu kỳ gần 24 giờ. Những nhịp sinh học này bao gồm nhiều thay đổi trong cơ thể, từ mức hormone trong máu đến quá trình trao đổi chất, thành phần vi sinh vật đường ruột và nhiều yếu tố khác. Vi sinh vật đường ruột, ngược lại, ảnh hưởng đến phản ứng stress của vật chủ và những thay đổi sinh lý liên quan đến nó, làm cho nó trở thành một yếu tố quan trọng quyết định sức khỏe. Lactobacilli từ lâu đã được tiêu thụ vì lợi ích phòng bệnh và điều trị chống lại nhiều bệnh lý khác nhau, chẳng hạn như hội chứng ruột viêm, và gần đây đã nổi lên như những psychobiotics đầy triển vọng. Tuy nhiên, vai trò tiềm năng của lactobacilli trong việc bình thường hóa các nhịp sinh học vẫn chưa được nghiên cứu. Chuột rat đực hai tháng tuổi đã được chia ngẫu nhiên thành ba nhóm và nuôi trong ba chế độ ánh sáng/tối khác nhau trong ba tháng: ánh sáng tự nhiên, ánh sáng liên tục và bóng tối liên tục. Chủng Levilactobacillus brevis 47f đã được cho chuột ăn với liều 0,5 ml mỗi con trong một tháng và chúng được quan sát trong hai tháng tiếp theo. Kết quả cho thấy chúng tôi đã xác định được các chỉ số sinh học liên quan đến việc tiêu thụ L. brevis 47f. Thay đổi chế độ ánh sáng trong ba tháng đã làm cạn kiệt nguồn dự trữ của chất đệm chính trong tế bào - glutathione dạng khử. Việc tiêu thụ L. brevis 47f trong 30 ngày đã phục hồi nguồn dự trữ tế bào của glutathione dạng khử và thúc đẩy cân bằng redox. Kết quả của chúng tôi cho thấy mức độ catecholamines trong nước tiểu có mối tương quan với các chu kỳ ánh sáng/tối và bị ảnh hưởng bởi việc tiêu thụ L. brevis 47f. Vi sinh vật đường ruột của chuột cũng bị ảnh hưởng bởi những yếu tố này. Việc tiêu thụ L. brevis 47f có liên quan đến sự gia tăng độ phong phú tương đối của Faecalibacterium và Roseburia và giảm độ phong phú tương đối của Prevotella và Bacteroides. Kết quả của nghiên cứu này cho thấy việc uống L. brevis 47f trong một tháng cho chuột sống trong điều kiện ánh sáng bất thường (ánh sáng liên tục hoặc bóng tối liên tục) đã bình thường hóa các thông số sinh lý của chúng và thúc đẩy sự cân bằng của vi sinh vật đường ruột.
Từ khóa
#Lactobacilli #Levilactobacillus brevis #nhịp sinh học #vi sinh vật đường ruột #chuột bạchTài liệu tham khảo
Page AJ. The synchronized clocks of the host and microbiota. Acta Physiol. 2019;225: e13243. https://doi.org/10.1111/APHA.13243.
Voigt RM, Forsyth CB, Green SJ, Engen PA, Keshavarzian A. Circadian rhythm and the gut microbiome. Int Rev Neurobiol. 2016;131:193–205.
Asher G, Sassone-Corsi P. Time for food: the intimate interplay between nutrition, metabolism, and the circadian clock. Cell. 2015;161:84–92.
Mortaş H, Bilici S, Karakan T. The circadian disruption of night work alters gut microbiota consistent with elevated risk for future metabolic and gastrointestinal pathology. Chronobiol Int. 2020;37:1067–81. https://doi.org/10.1080/07420528.2020.1778717.
Rácz B, Dušková M, Stárka L, Hainer V, Kunešová M. Links between the circadian rhythm, obesity and the microbiome. Physiol Res. 2018;67:409–20. https://doi.org/10.33549/physiolres.934020.
Matenchuk BA, Mandhane PJ, Kozyrskyj AL. Sleep, circadian rhythm, and gut microbiota. Sleep Med Rev. 2020;53:101340.
Parkar SG, Kalsbeek A, Cheeseman JF. Potential role for the gut microbiota in modulating host circadian rhythms and metabolic health. Microorg. 2019;7:41. https://doi.org/10.3390/MICROORGANISMS7020041.
Lee C-C, Lu T-H, Lee I-C, Zou Y-F, Yu H-T, (Alen) S-KC. External light dark cycle shapes gut microbiota through intrinsically photosensitive retinal ganglion cells. bioRxiv. 2020. https://doi.org/10.1101/2020.10.23.351650.
Klimina KM, Batotsyrenova EG, Yunes RA, Gilyaeva EH, Poluektova EU, Kostrova TA, et al. The effects of desynchronosis on the gut microbiota composition and physiological parameters of rats. BMC Microbiol. 2019. https://doi.org/10.1186/S12866-019-1535-2.
Thaiss CA, Zeevi D, Levy M, Zilberman-Schapira G, Suez J, Tengeler AC, et al. Transkingdom control of microbiota diurnal oscillations promotes metabolic homeostasis. Cell. 2014;159:514–29.
Curtis AM, Bellet MM, Sassone-Corsi P, O’Neill LAJ. Circadian clock proteins and immunity. Immunity. 2014;40:178–86.
Hoogerwerf WA. Role of biological rhythms in gastrointestinal health and disease. Rev Endocr Metab Disord. 2009;2009(10):293–300. https://doi.org/10.1007/S11154-009-9119-3.
James GD. Understanding blood pressure variation and variability: biological importance and clinical significance. Adv Exp Med Biol. 2016;956:3–19. https://doi.org/10.1007/5584_2016_83.
Nobs SP, Tuganbaev T, Elinav E. Microbiome diurnal rhythmicity and its impact on host physiology and disease risk. EMBO Rep. 2019;20: e47129. https://doi.org/10.15252/EMBR.201847129.
Mistry P, Reitz CJ, Khatua TN, Rasouli M, Oliphant K, Young ME, et al. Circadian influence on the microbiome improves heart failure outcomes. J Mol Cell Cardiol. 2020;149:54–72.
Ruhljada NN, Taits AN, Romanova LA, Matukhin VI, Logunova MA, Sabyrzhanova KA. Bacterial vaginosis as a risk factor for preterm birth. Pediatr (St Petersburg). 2019;10:97–101.
Maki KA, Burke LA, Calik MW, Watanabe-Chailland M, Sweeney D, Romick-Rosendale LE, et al. Sleep fragmentation increases blood pressure and is associated with alterations in the gut microbiome and fecal metabolome in rats. Physiol Genomics. 2020;52:280–92. https://doi.org/10.1152/PHYSIOLGENOMICS.00039.2020.
Nishida K, Sawada D, Kawai T, Kuwano Y, Fujiwara S, Rokutan K. Para-psychobiotic Lactobacillus gasseri CP2305 ameliorates stress-related symptoms and sleep quality. J Appl Microbiol. 2017;123:1561–70. https://doi.org/10.1111/JAM.13594.
Marotta A, Sarno E, Del Casale A, Pane M, Mogna L, Amoruso A, et al. Effects of probiotics on cognitive reactivity, mood, and sleep quality. Front Psychiatry. 2019;10:164.
Tahara Y, Yamazaki M, Sukigara H, Motohashi H, Sasaki H, Miyakawa H, et al. Gut microbiota-derived short chain fatty acids induce circadian clock entrainment in mouse peripheral tissue. Sci Rep. 2018;8:1–12. https://doi.org/10.1038/s41598-018-19836-7.
Cheng WY, Lam KL, Pik-Shan Kong A, Chi-Keung CP. Prebiotic supplementation (beta-glucan and inulin) attenuates circadian misalignment induced by shifted light-dark cycle in mice by modulating circadian gene expression. Food Res Int. 2020;137:109437.
Thompson RS, Gaffney M, Hopkins S, Kelley T, Gonzalez A, Bowers SJ, et al. Ruminiclostridium 5, Parabacteroides distasonis, and bile acid profile are modulated by prebiotic diet and associate with facilitated sleep/clock realignment after chronic disruption of rhythms. Brain Behav Immun. 2021;1864:2927.
Kovač U, Žužek Z, Dall’Olio LR, Pohar K, Ihan A, Moškon M, et al. Escherichia coli affects expression of circadian clock genes in human hepatoma cells. Microorg. 2021;9:869. https://doi.org/10.3390/MICROORGANISMS9040869.
Yunes RA, Poluektova EU, Dyachkova MS, Klimina KM, Kovtun AS, Averina OV, et al. GABA production and structure of gadB/gadC genes in Lactobacillus and Bifidobacterium strains from human microbiota. Anaerobe. 2016;42:197–204.
Marsova M, Abilev S, Poluektova E, Danilenko V. A bioluminescent test system reveals valuable antioxidant properties of lactobacillus strains from human microbiota. World J Microbiol Biotechnol. 2018;34:1–9. https://doi.org/10.1007/S11274-018-2410-2.
Marsova M, Odorskaya M, Novichkova M, Polyakova V, Abilev S, Kalinina E, et al. The Lactobacillus brevis 47 f strain protects the murine intestine from enteropathy induced by 5-fluorouracil. Microorg. 2020;8:876. https://doi.org/10.3390/MICROORGANISMS8060876.
Morton JT, Marotz C, Washburne A, Silverman J, Zaramela LS, Edlund A, et al. Establishing microbial composition measurement standards with reference frames. Nat Commun. 2019;10:1–11. https://doi.org/10.1038/s41467-019-10656-5.
Biondi M, Picardi A. Psychological stress and neuroendocrine function in humans: the last two decades of research. Psychother Psychosom. 1999;68:114–50. https://doi.org/10.1159/000012323.
Dickerson SS, Kemeny ME. Acute stressors and cortisol responses: a theoretical integration and synthesis of laboratory research. Psychol Bull. 2004;130:355–91. https://doi.org/10.1037/0033-2909.130.3.355.
Kirschbaum C, Pirke KM, Hellhammer DH. The “Trier social stress test”—a tool for investigating psychobiological stress responses in a laboratory setting. Neuropsychobiology. 1993;28:76–81. https://doi.org/10.1159/000119004.
Miller DB, O’Callaghan JP. Neuroendocrine aspects of the response to stress. Metabolism. 2002;51:5–10.
Boatright JH, Rubim NM, Iuvone PM. Regulation of endogenous dopamine release in amphibian retina by melatonin: the role of GABA. Vis Neurosci. 1994;11:1013–8. https://doi.org/10.1017/S0952523800003941.
Thomas KB, Iuvone PM. Circadian rhythm of tryptophan hydroxylase activity in chicken retina. Cell Mol Neurobiol. 1991;11:511–27. https://doi.org/10.1007/BF00734813.
Wu Y, Tang D, Liu N, Xiong W, Huang H, Li Y, et al. Reciprocal regulation between the circadian clock and hypoxia signaling at the genome level in mammals. Cell Metab. 2017;25:73–85.
Arendt J. Melatonin, circadian rhythms, and sleep. N Engl J Med. 2009;343:1114–6. https://doi.org/10.1056/NEJM200010123431510.
O’Neill JS, Reddy AB. Circadian clocks in human red blood cells. Nature. 2011;469:498–503. https://doi.org/10.1038/nature09702.
van Ooijen G, Millar AJ. Non-transcriptional oscillators in circadian timekeeping. Trends Biochem Sci. 2012;37:484–92. https://doi.org/10.1016/J.TIBS.2012.07.006.
Moroz VV, Golubev AM, Afanasyev AV, Kuzovlev AN, Sergunova VA, Gudkova OE. The Structure and function of a red blood cell in health and critical conditions. Gen Reanimatol. 2012;8:52.
Subczynski WK, Hopwood LE, Hyde JS. Is the mammalian cell plasma membrane a barrier to oxygen transport? J Gen Physiol. 1992;100:69–87. https://doi.org/10.1085/JGP.100.1.69.
Anderson BB, Clements JE, Perry GM, Studds C, Vullo C, Salsini G. Glutathione reductase activity and its relationship to pyridoxine phosphate activity in G6PD deficiency. Eur J Haematol. 1987;38:12–20. https://doi.org/10.1111/J.1600-0609.1987.TB01417.X.
Corbucci GG. The role of reduced glutathione during the course of acute haemolysis in glucose-6-phosphate dehydrogenase deficient patients: clinical and pharmacodynamic aspects. Int J Clin Pharmacol Res. 1990;10:305–10.
Meister A, Anderson ME. Glutathione. Annu Rev Biochem. 2003;52:711–60. https://doi.org/10.1146/ANNUREV.BI.52.070183.003431.
La Rosa SL, Leth ML, Michalak L, Hansen ME, Pudlo NA, Glowacki R, et al. The human gut Firmicute Roseburia intestinalis is a primary degrader of dietary β-mannans. Nat Commun. 2019;10:1–14. https://doi.org/10.1038/s41467-019-08812-y.
Ryan KK, Tremaroli V, Clemmensen C, Kovatcheva-Datchary P, Myronovych A, Karns R, et al. FXR is a molecular target for the effects of vertical sleeve gastrectomy. Nature. 2014;509:183–8. https://doi.org/10.1038/nature13135.
Bahrami-Nejad Z, Zhao ML, Tholen S, Hunerdosse D, Tkach KE, van Schie S, et al. A transcriptional circuit filters oscillating circadian hormonal inputs to regulate fat cell differentiation. Cell Metab. 2018;27:854-868.e8. https://doi.org/10.1016/J.CMET.2018.03.012.
Wu GD, Chen J, Hoffmann C, Bittinger K, Chen Y-Y, Keilbaugh SA, et al. Linking long-term dietary patterns with gut microbial enterotypes. Science. 2011;334:105–8. https://doi.org/10.1126/SCIENCE.1208344.
Ley RE. Prevotella in the gut: choose carefully. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2016;13:69–70. https://doi.org/10.1038/nrgastro.2016.4.
Duar RM, Lin XB, Zheng J, Martino ME, Grenier T, Pérez-Muñoz ME, et al. Lifestyles in transition: evolution and natural history of the genus Lactobacillus. FEMS Microbiol Rev. 2017;41(Supp_1):S27-48. https://doi.org/10.1093/FEMSRE/FUX030.
Ait Chait Y, Gunenc A, Hosseinian F, Bendali F. Antipathogenic and probiotic potential of Lactobacillus brevis strains newly isolated from Algerian artisanal cheeses. Folia Microbiol. 2021;66:429–40. https://doi.org/10.1007/S12223-021-00857-1.
Song MW, Chung Y, Kim KT, Hong WS, Chang HJ, Paik HD. Probiotic characteristics of Lactobacillus brevis B13–2 isolated from kimchi and investigation of antioxidant and immune-modulating abilities of its heat-killed cells. LWT. 2020;128:109452.
Pourbaferani M, Modiri S, Norouzy A, Maleki H, Heidari M, Alidoust L, et al. A Newly characterized potentially probiotic strain, Lactobacillus brevis MK05, and the toxicity effects of its secretory proteins against MCF-7 breast cancer cells. Probiotics Antimicrob Proteins. 2021;13:982–92. https://doi.org/10.1007/S12602-021-09766-8.
Li L, Yang B, Humza M, Geng H, Wang G, Zhang C, et al. A novel strain Lactobacillus brevis 8–2B inhibiting Aspergillus carbonarius growth and ochratoxin a production. LWT. 2021;136:110308.
Everson CA, Toth LA. Systemic bacterial invasion induced by sleep deprivation. Am J Physiol Regul. 2000;278:47–54. https://doi.org/10.1152/AJPREGU.2000.278.4.R905.
Poroyko VA, Carreras A, Khalyfa A, Khalyfa AA, Leone V, Peris E, et al. Chronic sleep disruption alters gut microbiota, induces systemic and adipose tissue inflammation and insulin resistance in mice. Sci Rep. 2016;6:1–11. https://doi.org/10.1038/srep35405.
van de Wouw M, Boehme M, Lyte JM, Wiley N, Strain C, O’Sullivan O, et al. Short-chain fatty acids: microbial metabolites that alleviate stress-induced brain–gut axis alterations. J Physiol. 2018;596:4923–44. https://doi.org/10.1113/JP276431.
Maltz RM, Keirsey J, Kim SC, Mackos AR, Gharaibeh RZ, Moore CC, et al. Prolonged restraint stressor exposure in outbred CD-1 mice impacts microbiota, colonic inflammation, and short chain fatty acids. PLoS ONE. 2018;13: e0196961. https://doi.org/10.1371/JOURNAL.PONE.0196961.
Maltz RM, Keirsey J, Kim SC, Mackos AR, Gharaibeh RZ, Moore CC, et al. Social stress affects colonic inflammation, the gut microbiome, and short-chain fatty acid levels and receptors. J Pediatr Gastroenterol Nutr. 2019;68:533–40. https://doi.org/10.1097/MPG.0000000000002226.
Huang T-T, Lai J-B, Du Y-L, Xu Y, Ruan L-M, Hu S-H. Current understanding of gut microbiota in mood disorders: an update of human studies. Front Genet. 2019;10:98.
Ellman GL. Tissue sulfhydryl groups. Arch Biochem Biophys. 1959;82:70–7.
Habig WH, Jakoby WB. [51] Assays for differentiation of glutathione S-Transferases. Methods Enzymol. 1981;77C:398–405.
Summa KC, Voigt RM, Forsyth CB, Shaikh M, Cavanaugh K, Tang Y, et al. Disruption of the circadian clock in mice increases intestinal permeability and promotes alcohol-induced hepatic pathology and inflammation. PLoS ONE. 2013;8: e67102. https://doi.org/10.1371/JOURNAL.PONE.0067102.
Uchiyama M, Mihara M. Determination of malonaldehyde precursor in tissues by thiobarbituric acid test. Anal Biochem. 1978;86:271–8.
Callahan BJ, McMurdie PJ, Rosen MJ, Han AW, Johnson AJA, Holmes SP. DADA2: high-resolution sample inference from illumina amplicon data. Nat Methods. 2016;13:581–3. https://doi.org/10.1038/nmeth.3869.
Callahan BJ, Sankaran K, Fukuyama JA, McMurdie PJ, Holmes SP. Bioconductor workflow for microbiome data analysis: from raw reads to community analyses. F1000Research. 2016;5:1492. https://doi.org/10.12688/f1000research.8986.2.
Quast C, Pruesse E, Yilmaz P, Gerken J, Schweer T, Yarza P, et al. The SILVA ribosomal RNA gene database project: improved data processing and web-based tools. Nucleic Acids Res. 2013;41:D590–6. https://doi.org/10.1093/NAR/GKS1219.
McMurdie PJ, Holmes S. phyloseq: an R package for reproducible interactive analysis and graphics of microbiome census data. PLoS ONE. 2013;8: e61217. https://doi.org/10.1371/JOURNAL.PONE.0061217.
Fedarko MW, Martino C, Morton JT, González A, Rahman G, Marotz CA, et al. Visualizing ’omic feature rankings and log-ratios using Qurro. NAR Genomics Bioinforma. 2020. https://doi.org/10.1093/NARGAB/LQAA023.
Bolyen E, Rideout JR, Dillon MR, Bokulich NA, Abnet CC, Al-Ghalith GA, et al. Reproducible, interactive, scalable and extensible microbiome data science using QIIME 2. Nat Biotechnol. 2019;37:852–7. https://doi.org/10.1038/s41587-019-0209-9.
Oksanen, Jari Blanchet, F. Guillaume Kindt, Roeland Legendre, P Minchin, Peter O’Hara, RB Simpson, Gavin Solymos, Peter Stevens, MHH Wagner, Helene; 2013. Vegan: Community Ecology Package. R Package Version. 2.0–10. CRAN.
Team, R. Core. R: a language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna. www.R-project.org; 2018.
