Die Auswirkungen eines Konsortiums fermentierter Milchsäure-Stämme auf das Mikrobiom des Darms von gnotobiotischen Mäusen und monozygoten Zwillingen

Das Verständnis davon, wie die menschliche Darmmikrobiota und der Wirt von probiotischen Bakterienstämmen beeinflusst werden, erfordert sorgfältig kontrollierte Studien an Menschen und in Mausmodellen des Darmökosystems, wo potenziell störende Variablen, die bei Menschen schwer zu kontrollieren sind, eingeschränkt werden können. Daher charakterisierten wir die fäkalen Mikrobiome und Metatranskriptome von erwachsenen weiblichen monozygoten Zwillingspaaren durch wiederholtes Sampling 4 Wochen vor, 7 Wochen während und 4 Wochen nach dem Verzehr eines kommerziell erhältlichen fermentierten Milchprodukts (FMP), das ein Konsortium aus Bifidobacterium animalis subsp. lactis, zwei Stämmen von Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Lactococcus lactis subsp. cremoris und Streptococcus thermophilus enthielt. Darüber hinaus wurden gnotobiotische Mäuse untersucht, die ein 15-Arten-Modell der menschlichen Darmmikrobiota beherbergen, deren Genome 58,399 bekannte oder vorhergesagte protein-kodierende Gene enthalten, bevor und nachdem sie mit allen fünf sequenzierten FMP-Stämmen gefüttert wurden. Es wurden keine signifikanten Veränderungen in der bakteriellen Artenzusammensetzung oder in der proportionalen Vertretung von Genen, die für bekannte Enzyme kodieren, in den Fäkalien von Menschen, die das FMP konsumierten, beobachtet. Nur minimale Veränderungen in der Mikrobiota-Konfiguration wurden bei Mäusen nach einmaliger oder wiederholter Fütterung mit dem FMP-Konsortium festgestellt. Eine RNA-Seq-Analyse von Stuhlproben und eine anschließende Massenspektrometrie von Urinmetaboliten zeigten jedoch, dass die Einführung der FMP-Stämme in Mäusen zu signifikanten Veränderungen in der Expression von mikrobiom-kodierten Enzymen führt, die an zahlreichen Stoffwechselwegen beteiligt sind, insbesondere solchen, die mit dem Kohlenhydratstoffwechsel zusammenhängen. B. animalis subsp. lactis, das dominante persistente Mitglied des FMP-Konsortiums in gnotobiotischen Mäusen, reguliert in vivo ein Locus hoch, das am Katabolismus von Xylooligosacchariden beteiligt ist, einer Klasse von Glykankomponenten, die weit verbreitet in Obst, Gemüse und anderen Lebensmitteln vorkommen, was die Wichtigkeit dieser Zucker für diese Bakterienart unterstreicht. Das menschliche fäkale Metatranskriptom zeigte signifikante Veränderungen, die auf den Zeitraum des FMP-Verzehrs beschränkt waren und Veränderungen in gnotobiotischen Mäusen widerspiegeln, einschließlich solcher, die mit dem Pflanzenpolysaccharidstoffwechsel zusammenhängen. Diese Experimente illustrieren eine translational wissenschaftliche Pipeline zur Charakterisierung der Effekte von FMPs auf das menschliche Darmmikrobiom.