An Propionic acid (PPA), sarong antifungal agent asin komun na additive sa pagkakan, ipinaheling na nagigin dahelan nin abnormal na neurodevelopment sa mga ilaga na may kaibang gastrointestinal dysfunction, na pwedeng dara kan gut dysbiosis. An koneksyon sa pag-oltanan kan pagkabantad sa PPA sa pagkakan asin dysbiosis kan gut microbiota isinusuherir, alagad dai pa direktang naimbestigaran. Digdi, inimbestigaran niamo an mga pagbabago na may relasyon sa PPA sa komposisyon kan gut microbiota na pwedeng magresulta sa dysbiosis. An mga mikrobyo sa bituka kan mga ilaga na pinakakan nin dai nabulong na pagkakan (n=9) asin sarong pagkakan na may PPA (n=13) pigsunod-sunod gamit an long-range metagenomic sequencing tanganing ma-assess an mga pagkakaiba sa komposisyon kan mikrobyo asin mga agihan nin metabolismo kan bakterya. An PPA sa pagkakan igwa nin koneksyon sa paglangkaw kan kadakolan kan mga mahalagang taxa, kabali an nagkapirang klase nin Bacteroides, Prevotella, asin Ruminococcus, na an mga miyembro kaini dati nang imbuelto sa produksyon nin PPA. An mga mikrobyo kan mga ilaga na nabantad sa PPA igwa man nin mas dakol na agihan na may relasyon sa metabolismo nin lipid asin steroid hormone biosynthesis. An samong mga resulta nagpapahiling na an PPA pwedeng makabago kan gut microbiota asin kan mga kaugnay na metabolikong agihan kaini. An mga naobserbaran na pagbabagong ini nagpapahiling na an mga preserbatibo na pigklasipikar na ligtas para sa pagkonsumo puedeng makaimpluwensya sa komposisyon kan mikrobiota sa bituka asin, sa huri, sa salud nin tawo.
An mikrobioma nin tawo parateng inaapod na "an huring organo kan hawak" asin igwa nin mahalagang papel sa salud nin tawo (Baquero asin Nombela, 2012). Sa partikular, an gut microbiome minimidbid para sa saiyang impluwensya sa bilog na sistema asin papel sa kadakol na mahalagang mga pagpunsyon. An mga bakteryang commensal abunda sa bituka, na nag-ookupar nin dakol na ekolohikal na nitso, naggagamit nin mga sustansya, asin nakikipagkumpetensya sa mga potensyal na pathogen (Jandhyala et al., 2015). An manlaen-laen na mga sangkap na bakterya kan gut microbiota may kakayahan na makaprodusir nin mga mahalagang sustansya arog kan mga bitamina asin nagpapauswag kan pagtunaw (Rowland et al., 2018). An mga metabolite kan bakterya ipinaheling man na nakakaimpluwensya sa pag-uswag kan tisyu asin nagpapauswag kan mga metaboliko asin immune pathways (Heijtz et al., 2011; Yu et al., 2022). An komposisyon kan microbiome kan bituka nin tawo labi-labi an pagkakaiba-iba asin nakadepende sa mga henetiko asin kapalibutan na mga bagay arog kan pagkakan, kasarian, mga bulong, asin estado nin salud (Kumbhare et al., 2019).
An pagkakan kan ina sarong kritikal na sangkap kan pag-uswag kan omboy asin omboy asin sarong pigtutubodan na pinagkukuanan nin mga compound na pwedeng makaimpluwensya sa pag-uswag (Bazer et al., 2004; Innis, 2014). An sarong siring na compound na interesante iyo an propionic acid (PPA), sarong short-chain fatty acid by-product na nakua gikan sa fermentasyon kan bakterya asin sarong additive sa kakanon (den Besten et al., 2013). An PPA igwa nin mga propyedad na antibacterial asin antifungal asin kun kaya ginagamit bilang preserbatibo sa kakanon asin sa mga aplikasyon sa industriya tanganing pugulan an pagtalubo kan amag asin bakterya (Wemmenhove et al., 2016). An PPA igwa nin manlaen-laen na epekto sa manlaen-laen na tisyu. Sa atay, an PPA igwa nin mga epekto na anti-inflammatory sa paagi nin pag-apektar sa ekspresyon kan cytokine sa mga macrophage (Kawasoe et al., 2022). An epektong ini sa regulasyon naobserbaran man sa ibang mga selula nin resistensya, na nagdadara sa pagbaba kan pag'alburuto (Haase et al., 2021). Alagad, an kabaliktaran na epekto naobserbaran sa hutok. An mga nakaaging pag-aadal nagpahiling na an pagkabantad sa PPA nag-iinduce nin gawi-gawi na garo autism sa mga ilaga (El-Ansary et al., 2012). An ibang pag-aadal nagpahiling na an PPA pwedeng mag-induce nin gliosis asin mag-aktibo nin mga pro-inflammatory pathways sa hutok (Abdelli et al., 2019). Nin huli ta an PPA sarong maluyang asido, ini pwedeng maglakop sa epithelium kan bituka pasiring sa agos kan dugo asin sa siring mag-agi sa mga restrictive barriers kabali an blood-brain barrier siring man an placenta (Stinson et al., 2019), na nagpapahiling kan importansya kan PPA bilang sarong regulatory metabolite na piggigibo kan bakterya. Dawa ngani an potensyal na papel kan PPA bilang sarong risk factor para sa autism presenteng pig-iimbestigaran, an mga epekto kaini sa mga indibidwal na may autism pwedeng maglampas pa sa pag-induce nin neural differentiation.
An mga sintomas sa gastrointestinal arog kan pag-ubo asin pag-ubo lakop sa mga pasyente na may mga diperensya sa pag-uswag kan neuro (Cao et al., 2021). An mga nakaaging pag-aadal nagpahiling na an mikrobyo kan mga pasyente na may autism spectrum disorders (ASD) iba sa mga indibidwal na marahay an salud, na nagsusuherir kan presensya kan gut microbiota dysbiosis (Finegold et al., 2010). Siring man, an mga karakteristiko kan mikrobyo kan mga pasyente na may mga helang na nakakapagabat sa bituka, obesity, helang na Alzheimer, asin iba pa, iba man sa mga tawong marahay an salud (Turnbaugh et al., 2009; Vogt et al., 2017; Henke et al., 2019). Alagad, sagkod ngonyan, mayo pang relasyon na naestablisar sa pag-ultanan kan gut microbiome asin mga helang o sintomas sa neurological (Yap et al., 2021), dawa ngani an nagkapirang klase nin bakterya pighuhuna na igwa nin papel sa nagkapira sa mga estadong ini nin helang. Halimbawa, an Akkermansia, Bacteroides, Clostridium, Lactobacillus, Desulfovibrio asin iba pang mga genera mas abunda sa mikrobiota kan mga pasyenteng may autism (Tomova et al., 2015; Golubeva et al., 2017; Cristiano et al., 2018; Zurita et al., 2020). Sa partikular, an mga miyembrong species kan nagkapira sa mga genera na ini midbid na igwa nin mga gene na may koneksyon sa produksyon nin PPA (Reichardt et al., 2014; Yun asin Lee, 2016; Zhang et al., 2019; Baur asin Dürre, 2023). Huli sa mga antimicrobial na propyedad kan PPA, an pagdagdag kan abundansya kaini pwedeng magin kapaki-pakinabang para sa pagtalubo kan mga bakterya na nagpoprodusir nin PPA (Jacobson et al., 2018). Kaya, an sarong kapalibutan na mayaman sa PFA pwedeng magdara nin mga pagbabago sa gut microbiota, kaiba an mga pathogen sa gastrointestinal, na pwedeng magin mga potensyal na bagay na nagdadara sa mga sintomas sa gastrointestinal.
An sarong sentral na hapot sa pagsiyasat sa mikrobyo iyo kun baga an mga pagkakaiba sa komposisyon kan mikrobyo sarong kawsa o sintomas kan mga nakatagong helang. An enot na lakdang pasiring sa pagpaliwanag kan komplikadong relasyon sa pag-ultanan kan pagkakan, an gut microbiome, asin mga helang sa neurological iyo an pag-assess kan mga epekto kan pagkakan sa komposisyon kan mikrobyo. Sa katuyuhan na ini, naggamit kami nin long-read metagenomic sequencing tanganing ikumparar an mga gut microbiomes kan mga aki kan mga ilaga na pinakakan nin PPA-rich o PPA-depleted na pagkakan. An mga aki pinakakan kan parehong pagkakan kan saindang mga ina. Nag-hipotesis kami na an pagkakan na mayaman sa PPA magbubunga nin mga pagbabago sa komposisyon kan mikrobyo sa bituka asin mga agihan nin pagpunsyon kan mikrobyo, partikularmente idtong mga may relasyon sa metabolismo kan PPA asin/o produksyon kan PPA.
An pag-aadal na ini naggamit nin FVB/N-Tg(GFAP-GFP)14Mes/J transgenic na mga ilaga (Jackson Laboratories) na nag-overexpress nin berdeng fluorescent protein (GFP) sa irarom kan kontrol kan glia-specific GFAP promoter na nagsusunod sa mga giya kan University of Central Florida Institutional Animal Care and Use Committee (UCIA) (UF-CUse): Number nin Permit PROTO202000002). Pagkatapos kan paglutas, an mga ilaga ibinugtak nin indibidwal sa mga hawla na may 1-5 na ilaga kan lambang sekso kada hawla. An mga ilaga pinakakan nin ad libitum nin sarong pinadalisay na kontrol na pagkakan (binagong bukas na pamantayan na pagkakan, 16 kcal% taba) o sarong pagkakan na may dagdag na sodium propionate (binago na bukas na pamantayan na pagkakan, 16 kcal% taba, na igwa nin 5,000 ppm sodium propionate). An kantidad kan sodium propionate na ginamit katumbas kan 5,000 mg PFA/kg total na gabat kan kakanon. Ini an pinakahalangkaw na konsentrasyon nin PPA na inaprobaran para gamiton bilang preserbatibo sa kakanon. Tanganing makapag-andam para sa pag-aadal na ini, an mga magurang na ilaga pinakakan nin parehong mga pagkakan sa laog nin 4 na semana bago an pag-agom asin ipinadagos sa bilog na pagbados kan dam. An mga aki na ilaga [22 na ilaga, 9 na kontrol (6 na lalaki, 3 na babae) asin 13 na PPA (4 na lalaki, 9 na babae)] piglutas asin dangan ipinadagos sa parehong pagkakan kan mga dam sa laog nin 5 bulan. An mga ogbon na ilaga isinakripisyo sa edad na 5 bulan asin an saindang mga laog kan ati sa bituka tinipon asin enot na itinago sa 1.5 ml na mga tubo nin microcentrifuge sa -20°C dangan ibinalyo sa sarong -80°C na freezer sagkod na an DNA kan host naubos asin an mga microbial nucleic acid nakua.
An DNA kan host hinale susog sa sarong binagong protocol (Charalampous et al., 2019). Sa halipot na panahon, an mga laog kan fecal ibinalyo sa 500 μl InhibitEX (Qiagen, Cat#/ID: 19593) asin itinago na nagyelo. Iproseso an pinakahalangkaw na 1-2 na fecal pellets kada pagkua. An mga laog kan ati dangan mekanikal na pig-homogenize gamit an sarong plastik na pestle sa laog kan tubo tanganing makabilog nin sarong slurry. I-centrifuge an mga sample sa 10,000 RCF sa laog nin 5 min o sagkod na an mga sample nag-pellet, dangan i-aspirate an supernatant asin i-resuspend an pellet sa 250 μl 1× PBS. Magdagdag nin 250 μl 4.4% na solusyon nin saponin (TCI, numero nin produkto S0019) sa sample bilang sarong detergent tanganing maluwag an mga lamad kan selula kan eukaryotic. An mga sample pighalo nin maluway sagkod na magin makinis asin pig-inkubar sa temperatura kan kwarto sa laog nin 10 min. Sunod, tanganing madisturbo an mga selula nin eukaryotic, 350 μl na tubig na mayong nuclease an idinagdag sa sample, pig-inkubar sa laog nin 30 s, dangan 12 μl 5 M NaCl an idinagdag. An mga sample dangan pig-centrifuge sa 6000 RCF sa laog nin 5 min. I-aspirate an supernatant asin i-resuspend an pellet sa 100 μl 1X PBS. Tanganing mahale an DNA kan host, magdagdag nin 100 μl HL-SAN buffer (12.8568 g NaCl, 4 ml 1M MgCl2, 36 ml tubig na mayong nuclease) asin 10 μl HL-SAN enzyme (ArticZymes P/N 70910-202). An mga sample pighalo nin marhay sa paagi nin pag-pipet asin pig-inkubar sa 37 °C sa laog nin 30 min sa 800 rpm sa sarong EppendorfTM ThermoMixer C. Pagkatapos kan pag-inkubar, pig-centrifuge sa 6000 RCF sa laog nin 3 min asin pighugasan nin duwang beses gamit an 800 μl asin 1000 μl X1 PBS. Sa katapustapusi, i-resuspend an pellet sa 100 μl 1X PBS.
An total na DNA kan bakterya pig-isolate gamit an New England Biolabs Monarch Genomic DNA Purification Kit (New England Biolabs, Ipswich, MA, Cat# T3010L). An pamantayan na prosedimiento nin operasyon na itinatao sa kit medyo binago. Mag-inkubar asin magmantenir nin tubig na mayong nuclease sa 60°C bago an operasyon para sa huring elution. Magdagdag nin 10 μl Proteinase K asin 3 μl RNase A sa lambang sample. Dangan magdagdag nin 100 μl na Cell Lysis Buffer asin ihalo nin maluway. An mga sample dangan pig-inkubar sa sarong EppendorfTM ThermoMixer C sa 56°C asin 1400 rpm sa laog nin dai mababa sa 1 oras asin sagkod sa 3 oras. An mga inkubadong sample pig-centrifuge sa 12,000 RCF sa laog nin 3 minutos asin an supernatant gikan sa lambang sample pigbalyo sa sarong separadong 1.5 mL na tubo nin microcentrifuge na igwa nin 400 μL nin binding solution. An mga tubo dangan pig-pulse vortex sa laog nin 5-10 segundo sa 1 segundong agwat. Ibalyo an bilog na laog kan likido kan lambang sample (mga 600–700 μL) sa sarong filter cartridge na ibinugtak sa sarong flow-through collection tube. An mga tubo pig-centrifuge sa 1,000 RCF sa laog nin 3 minutos tanganing tugutan an enot na pagbugkos kan DNA dangan pig-centrifuge sa 12,000 RCF sa laog nin 1 minuto tanganing mahale an natatadang likido. An haligi kan sample ibinalyo sa sarong bagong tubo nin pagkolekta dangan hinugasan nin duwang beses. Para sa enot na paghugas, magdagdag nin 500 μL nin wash buffer sa lambang tubo. Ibaliktad an tubo nin 3-5 beses dangan i-centrifuge sa 12,000 RCF sa laog nin 1 minuto. Iapon an likido sa tubo nin pagkolekta asin ibalik an kartutso nin pagsara sa parehong tubo nin pagkolekta. Para sa ikaduwang paghugas, magdagdag nin 500 μL nin wash buffer sa filter na dai binabaliktad. An mga sample pig-centrifuge sa 12,000 RCF sa laog nin 1 minuto. Ibalyo an filter sa sarong 1.5 mL na LoBind® tube asin magdagdag nin 100 μL nin pre-warmed na tubig na mayong nuclease. An mga filter pig-inkubar sa temperatura kan kwarto sa laog nin 1 minuto dangan pig-centrifuge sa 12,000 RCF sa laog nin 1 minuto. An na-elute na DNA itinago sa -80°C.
An konsentrasyon kan DNA pig-quantify gamit an QubitTM 4.0 Fluorometer. An DNA pigpreparar gamit an QubitTM 1X dsDNA High Sensitivity Kit (Cat. No. Q33231) susog sa mga instruksyon kan paragibo. An distribusyon kan laba kan pidaso kan DNA sinusukol gamit an AglientTM 4150 o 4200 TapeStation. An DNA pigpreparar gamit an AgilentTM Genomic DNA Reagents (Cat. No. 5067-5366) asin Genomic DNA ScreenTape (Cat. No. 5067-5365). An pag-andam kan libreriya ginibo gamit an Oxford Nanopore TechnologiesTM (ONT) Rapid PCR Barcoding Kit (SQK-RPB004) susog sa mga instruksyon kan paragibo. An DNA pigsunod-sunod gamit an ONT GridIONTM Mk1 sequencer na may Min106D flow cell (R 9.4.1). An mga setting nin pagsunod-sunod iyo an: halangkaw na pagkaeksakto kan base calling, minimum na q value na 9, pag-setup kan barcode, asin pagputol kan barcode. An mga sample pigsunod-sunod sa laog nin 72 oras, pagkatapos kaini an mga datos kan base call isinumiter para sa dugang pang pagproseso asin pag-analisar.
An pagproseso kan bioinformatics ginibo gamit an mga dati nang ilinadawan na mga paagi (Greenman et al., 2024). An mga FASTQ file na nakua sa pagsunod-sunod pinagbanga sa mga direktoryo para sa lambang sample. Bago an pag-analisar kan bioinformatics, an datos pigproseso gamit an minasunod na pipeline: enot, an mga FASTQ file kan mga sample pinagsararo sa sarong FASTQ file. Dangan, an mga pagbasa na mas halipot sa 1000 bp sinala gamit an Filtlong v. 0.2.1, na an solamenteng parametro na binago iyo an –min_length 1000 (Wick, 2024). Bago an dugang pang pagsala, an kalidad kan pagbasa pigkontrol gamit an NanoPlot v. 1.41.3 na may minasunod na mga parametro: –fastq –plots dot –N50 -o(De Coster asin Rademakers, 2023). An mga pagbasa pig-align sa mouse reference genome GRCm39 (GCF_000001635.27) gamit an minimap2 v. 2.24-r1122 tanganing mahale an mga pagbasa na kontaminado kan host na may minasunod na mga parametro: -L -ax map-ont(Lee, 2018). An mga nagigibo na mga file nin pag-align pigkombertir sa format na BAM gamit an samtools view -b (Danecek et al., 2021) sa samtools v. 1.16.1. An mga dai nakalinya na mga pagbasa dangan namidbid gamit an samtools view -b -f 4, na nagpapahiling na an mga pagbasa na ini bakong kabali sa host genome. An mga dai nakalinya na mga pagbasa pigkombertir pabalik sa format na FASTQ gamit an samtools bam2fq na may mga default na parametro. An NanoPlot pig-re-run sa mga dugang pang sinala na mga pagbasa gamit an mga setting na ilinadawan kaidto. Pagkatapos kan pagsala, an mga datos kan metagenomic pinagsararo gamit an metaflye v. 2.8.2-b1689 na may minasunod na mga parametro: –nano-raw–meta (Kolmogorov et al., 2020). Iwalat an natatadang mga parametro sa saindang mga default na halaga. Pagkatapos kan pag-asembliya, an mga sinala na pagbasa pig-mapa sa pag-asembliya gamit an minimap2, asin an -ax map-ont na parametro ginamit tanganing makagibo nin sarong alignment file sa SAM format. An asembleya enot na pino gamit an racon v. 1.4.20 na may minasunod na mga parametro: -m 8 -x -6 -g -8 -w 500 -u ( Vaser et al., 2017 ). Pagkatapos na matapos an racon, ini orog pang pino gamit an medaka v. 1.7.2, gamit an medaka_consesus, na an gabos na mga parametro apwera sa -m na parametro nawalat sa saindang mga default na halaga. An -m parameter nakabugtak sa r941_min_hac_g507 tanganing i-espesipikar an flow cell chemistry asin high-accuracy base calling na ginagamit para sa samong datos (nanoporetech/medaka, 2024). An sinala na datos (sa huri inaapod na datos nin mikrobyo) asin an pinal na lininig na asembleya ginamit para sa kasunod na pag-analisar.
Para sa klasipikasyon sa taksonomiya, an mga binasa asin pinagsararong mga contig pigklasipikar gamit an Kraken2 v. 2.1.2 ( Wood et al., 2019 ). Magmukna nin mga report asin mga file nin output para sa mga pagbasa asin mga asembleya, sunod-sunod. Gamiton an –use-names na opsyon tanganing analisaron an mga pagbasa asin mga asembleya. An –gzip-compressed asin –paired na mga opsyon pig-espesipikar para sa mga nababasa na mga segment. An relatibong kadakolan kan mga taxa sa mga metagenome pigtantiya gamit an Bracken v. 2.8 ( Lu et al., 2017 ). Enot kaming nagmukna nin kmer database na igwa nin 1000 na base gamit an bracken-build na may minasunod na mga parametro: -d-k 35 -l 1000 Kun naitugdok na, an bracken nagdadalagan base sa report na ginibo kan kraken2 asin sinasala an datos gamit an minasunod na mga opsyon: -d -I -O-p 1000 -l

Sa mga ini, an P, G o S an pinipili depende sa lebel nin klasipikasyon na inaanalisar. Tanganing maibanan an epekto kan mga falsong positibong klasipikasyon, sarong minimum na relatibong abundansya na threshold na 1e-4 (1/10,000 na pagbasa) an inadaptar. Bago an estadistikal na pag-analisar, an mga relatibong abundansya na ibinareta ni Bracken (fraction_total_reads) pigbago gamit an centered log-ratio (CLR) na pagbabago (Aitchison, 1982). An CLR na paagi pinili para sa pagbabago nin datos huli ta ini scale-invariant asin igo para sa mga bakong-sparse na mga dataset (Gloor et al., 2017). An pagbabago kan CLR naggagamit kan natural na logaritmo. An datos kan bilang na ibinareta ni Bracken pig-normalize gamit an relatibong log expression (RLE) (Anders asin Huber, 2010). An mga pigura ginibo gamit an kombinasyon kan matplotlib v. 3.7.1, seaborn v. 3.7.2 asin mga sunud-sunod na logaritmo (Gloor et al., 2017). 0.12.2 asin stantanotations v. 0.5.0 (Hunter, 2007; Waskom, 2021; Charlier et al., 2022). An ratio kan Bacillus/Bacteroidetes kinarkulo para sa lambang sample gamit an normalisadong bilang nin bakterya. An mga halaga na ibinareta sa mga talaan binibilog sa 4 na desimal na lugar. An Simpson diversity index kinarkulo gamit an alpha_diversity.py script na itinao sa KrakenTools v. 1.2 package (Lu et al., 2022). An report ni Bracken itinatao sa script asin an indeks kan Simpson na “Si” itinatao para sa -an na parametro. An mga makahulogan na pagkakaiba sa kadakolan tinawan nin kahulugan bilang mga pagkakaiba sa CLR ≥ 1 o ≤ -1. An mean CLR na pagkakaiba na ±1 nagpapahiling nin 2.7-fold na paglangkaw sa abundansya kan sarong klase nin sample. An senyales (+/-) nagpapahiling kun baga an taxon mas abunda sa sample kan PPA asin sa sample na kontrol, sunod-sunod. An kahulugan nadeterminaran gamit an Mann-Whitney U test (Virtanen et al., 2020). An Statsmodels v. 0.14 (Benjamini asin Hochberg, 1995; Seabold asin Perktold, 2010) ginamit, asin an prosedimiento ni Benjamini-Hochberg ginamit tanganing itama an para sa dakol na pag-eksamin. An pig-adjust na p-value ≤ 0.05 ginamit bilang threshold para sa pagdeterminar kan statistical significance.
An anotasyon kan gene asin an relatibong pagtantiya kan abundansya ginibo gamit an sarong binago na bersyon kan protocol na ilinadawan ni Maranga et al. (Maranga et al., 2023). Enot, an mga contig na mas halipot sa 500 bp hinale sa gabos na mga asembleya gamit an SeqKit v. 2.5.1 (Shen et al., 2016). An mga piniling asembleya dangan pinagsararo sa sarong pan-metagenome. An mga bukas na frame nin pagbasa (ORFs) nabisto gamit an Prodigal v. 1.0.1 (sarong parallel na bersyon kan Prodigal v. 2.6.3) na may minasunod na mga parametro: -d-f gff-i -O-T 24 -p meta -C 10000 (Hyett et al., 2012; Jaenicke, 2024). An mga nagresultang nucleotide file dangan sinala gamit an Python tanganing mahale an gabos na bakong kumpletong gene. An CD-HIT v. 4.8.1 ginamit dangan tanganing i-cluster an mga gene na may minasunod na mga parametro: cd-hit-est -i -O-c 0.95 -s 0.85 -aS 0.9 -n 10 -d 256 -M 350000 -T 24 -l 100 -g 1 (Fu et al., 2012). An nagigibo na non-redundant gene catalog ginamit sa pagtantiya kan abundansya asin anotasyon kan gene. An relatibong kadakolan kan gene pigtantiya gamit an KMA v. 1.4.9 (Clausen et al., 2018). Enot, maggibo nin sarong index file gamit an KMA index na may minasunod na mga parametro: -i -ODangan, gamit an indeks na nagigibo kaiba an mga binasa kan mikrobyo para sa lambang sample siring sa ipinapaliwanag sa seksyon kan Bioinformatics Pipeline, an KMA pinadalagan gamit an minasunod na mga parametro: -i -O-t_db-bcNano -bc 0.7 -ef -t 24. Dangan, an mga bilang kan gene pig-normalize gamit an CLR, asin an klase nin principal component analysis (PCA) kan Sci-kit learn an ginamit (Pedregosa et al., 2011). An pigpreprediktar na gene annotation ginibo sa non-redundant gene catalog gamit an emapper.py script kan eggNOG v. 2.1.12 asin an eggNOG database version 5.0.2 na may minasunod na mga parametro: –itype CDS –cpu 24 -i– Katalogo nin datos–go_evidence Bakong elektroniko – output– Direktoryo nin pagluwas–target_orthologs all –seed_ortholog_evalue 0.001 –seed_ortholog_score 60 –query_cover 20 –subject_cover 0 –translate –override –temp_dir(Cantalapiedra et al., 2021). An mga resulta kan KMA pig-screen tanganing makapili nin mga gene na may supisyenteng sakop kan template asin template identity (≥ 90%) asin abundansya (rarom ≥ 3). An mga resulta kan rarom kan KMA pigbago gamit an CLR siring sa ipinaliwanag sa itaas. An mga resulta kan KMA dangan pigkumpara sa mga contig ID gikan sa mga resulta kan functional annotation asin klasipikasyon gamit an contig source para sa lambang gene. Siring sa mga taxa, an mga makahulogan na pagkakaiba sa kadakolan kan gene tinawan nin kahulugan bilang mga gene na may mean na pagkakaiba sa CLR ≥ 1 o ≤ -1, na may senyales (+/-) na nagpapahiling na an gene mas abunda sa PPA o mga sampol na kontrol, sunod-sunod.
An mga gene enot na pinaggrupo susog sa Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) ortholog (KO) identifiers na itinalaga kan eggNOG tanganing ikumparar an mga abundansya kan gene pathway. An mga gene na mayong knockout o mga gene na may dakol na knockout hinale bago an pag-analisar. An average na abundansya kan lambang KO kada sample dangan kinarkulo asin an estadistikal na pag-analisar ginibo. An mga gene sa metabolismo kan PPA tinawan nin kahulugan bilang arin man na gene na tinawan nin hilera ko00640 sa kolum kan KEGG_Pathway, na nagpapahiling nin papel sa metabolismo kan propionate susog sa KEGG. An mga gene na namidbid na may koneksyon sa produksyon nin PPA nakalista sa Supplementary Table 1 (Reichardt et al., 2014; Yang et al., 2017). An mga pag-eksamin sa permutasyon ginibo tanganing mamidbid an metabolismo kan PPA asin mga gene sa produksyon na mas dakol sa lambang klase nin sample. Sarong ribong permutasyon an ginibo para sa lambang gene na inaanalisar. An p-value na 0.05 ginamit bilang cutoff tanganing madeterminaran an estadistikal na kahulugan. An mga functional anotations itinalaga sa mga indibidwal na gene sa laog kan sarong cluster base sa mga anotasyon kan mga representanteng gene sa laog kan cluster. An mga taxa na may relasyon sa metabolismo kan PPA asin/o produksyon kan PPA pwedeng mamidbid sa paagi nin pagtugma kan mga contig ID sa mga output file kan Kraken2 na may parehong mga contig ID na napagdanay sa panahon kan functional annotation gamit an eggNOG. An pag-eksamin sa kahulugan ginibo gamit an Mann-Whitney U test na ipinaliwanag kaidto. An pagkorehir para sa dakol na pag-eksamin ginibo gamit an prosedimientong Benjamini-Hochberg. An p-value na ≤ 0.05 ginamit bilang sarong cutoff tanganing madeterminaran an estadistikal na kahulugan.
An pagkakaiba-iba kan gut microbiome kan mga ilaga pig-assess gamit an Simpson diversity index. Mayo nin mga makahulogan na pagkakaiba an naobserbaran sa pag-oltanan kan kontrol asin PPA na mga sampol sa mga termino nin genus asin pagkakaiba-iba nin mga klase (p-value para sa genus: 0.18, p-value para sa mga klase: 0.16) (Figure 1). An komposisyon kan mikrobyo dangan pigkumpara gamit an principal component analysis (PCA). An Pigura 2 nagpapahiling kan pag-iriba kan mga sample sa paagi kan saindang phyla, na nagpapahiling na igwa nin mga pagkakaiba sa komposisyon kan mga species kan mga microbiome sa pag-ultanan kan PPA asin mga sample na kontrol. An paggrupo na ini bakong gayong risang-risa sa lebel kan genus, na nagsusuherir na an PPA nakakaapektar sa nagkapirang bakterya (Supplementary Fig. 1).
Pigura 1. Alpha diversity kan genera asin species na komposisyon kan mouse gut microbiome. An mga box plot na nagpapahiling kan mga indeks nin pagkakaiba-iba kan Simpson kan genera (A) asin species (B) sa PPA asin mga sampol na kontrol. An kahulugan nadeterminaran gamit an Mann-Whitney U test, asin an multiple correction ginibo gamit an Benjamini-Hochberg na prosedimiento. ns, an p-value bakong makahulogan (p>0.05).
Pigura 2. Mga resulta kan pag-analisar kan prinsipal na sangkap kan komposisyon kan mikrobyo sa bituka kan daga sa lebel kan species. An plot kan pag-analisar kan prinsipal na sangkap nagpapahiling kan distribusyon kan mga sampol sa saindang enot na duwang prinsipal na sangkap. An mga kolor nagpapahiling kan klase nin sample: an mga ilaga na nabantad sa PPA kolor lila asin an mga kontrol na ilaga kolor dilaw. An mga pangenot na sangkap 1 asin 2 naka-plot sa x-axis asin y-axis, sunod-sunod, asin ipinapahayag bilang saindang ipinaliwanag na variance ratio.
Gamit an RLE transformed count data, sarong signipikanteng pagbaba sa median Bacteroidetes/Bacilli ratio an naobserbaran sa kontrol asin PPA na mga ilaga (kontrol: 9.66, PPA: 3.02; p-value = 0.0011). An pagkakaiba na ini huli sa mas halangkaw na abundansya kan Bacteroidetes sa mga ilaga na PPA kumpara sa mga kontrol, dawa ngani an pagkakaiba bakong makahulogan (control mean CLR: 5.51, PPA mean CLR: 6.62; p-value = 0.054), mantang an abundansya kan Bacteroidetes kapareho (control mean CLR: 7.76, P-value: p-value: p-value 0.66. = 0.18).
An pag-analisar kan kadakolan kan mga miyembro kan taxonomic kan gut microbiome nagbuyagyag na 1 phylum asin 77 na species an magkakalaen na gayo sa pag-ultanan kan PPA asin mga sample na kontrol (Supplementary Table 2). An abundansya kan 59 na species sa mga sample kan PPA mas halangkaw nanggad kisa sa mga sample na kontrol, mantang an abundansya kan 16 sanang species sa mga sample na kontrol mas halangkaw kisa sa mga sample na PPA (Figure 3).
Pigura 3. Pagkakaiba kan kadakolan kan mga taxa sa gut microbiome kan PPA asin kontrol na mga ilaga. An mga plot kan bulkan nagpapahiling nin mga pagkakaiba sa kadakolan kan genera (A) o species (B) sa pag-ultanan kan PPA asin mga sampol na kontrol. An mga tuldok na abohon nagpapahiling na mayo nin mahalagang pagkakaiba sa kadakolan kan mga taxa. An mga kolor na tuldok nagpapahiling nin mga mahalagang pagkakaiba sa kadakolan (p-value ≤ 0.05). An pinakahalangkaw na 20 na taxa na may pinakadakulang pagkakaiba sa kadakolan sa pag-ultanan kan mga klase nin sample ipinapahiling sa pula asin light blue (mga sampol na kontrol asin PPA), sunod-sunod. An mga tuldok na dilaw asin lila dai mababa sa 2.7 na beses na mas abunda sa mga sampol na kontrol o PPA kisa sa mga kontrol. An mga itom na tuldok nagrerepresentar nin mga taxa na may laen-laen na abundansya, na may mga pagkakaiba sa CLR sa pag-ultanan kan -1 asin 1. An mga halaga kan P kinarkulo gamit an Mann-Whitney U test asin itinanos para sa dakol na pag-eksamin gamit an Benjamini-Hochberg na prosedimiento. An mga pagkakaiba kan bold mean CLR nagpapahiling nin mga mahalagang pagkakaiba sa kadakolan.
Pagkatapos na analisaron an komposisyon kan mikrobyo sa bituka, naggibo kami nin sarong functional annotation kan mikrobyo. Pagkatapos na ma-filter an mga gene na hababa an kalidad, may total na 378,355 na mga kakaibang gene an namidbid sa gabos na sample. An naliwat na kadakolan kan mga gene na ini ginamit para sa pag-analisar kan prinsipal na sangkap (PCA), asin an mga resulta nagpahiling nin halangkaw na grado nin pag-iriba kan mga klase nin sample base sa saindang mga profile sa pagpunsyonar (Figure 4).
Pigura 4. Mga resulta kan PCA gamit an functional profile kan mouse gut microbiome. An PCA plot nagpapahiling kan distribusyon kan mga sample sa saindang enot na duwang prinsipal na mga sangkap. An mga kolor nagpapahiling kan klase nin sample: an mga ilaga na nabantad sa PPA kolor lila asin an mga kontrol na ilaga kolor dilaw. An mga pangenot na sangkap 1 asin 2 naka-plot sa x-axis asin y-axis, sunod-sunod, asin ipinapahayag bilang saindang ipinaliwanag na variance ratio.
Sunod ming siniyasat an kadakolan kan mga KEGG knockout sa manlaen-laen na klase nin sample. Sarong total na 3648 na mga pambihirang knockout an namidbid, na kun saen 196 an mas abunda sa mga sample na kontrol asin 106 an mas abunda sa mga sample na PPA (Figure 5). Sarong total na 145 na gene an nadetektaran sa mga sample na kontrol asin 61 na gene sa mga sample na PPA, na may magkakalaen na marhay na abundansya. An mga agihan na may relasyon sa metabolismo kan lipid asin aminosugar mas mayaman sa mga sample kan PPA (Supplementary Table 3). An mga agihan na may relasyon sa metabolismo nin nitroheno asin mga sistema nin relay nin asupre mas mayaman sa mga sampol na kontrol (Supplementary Table 3). An kadakolan kan mga gene na may relasyon sa metabolismo kan aminosugar/nucleotide (ko:K21279) asin metabolismo kan inositol phosphate (ko:K07291) mas halangkaw nanggad sa mga sampol kan PPA (Figure 5). An mga sampol na kontrol igwa nin mas dakol na gene na may relasyon sa metabolismo kan benzoate (ko:K22270), metabolismo nin nitroheno (ko:K00368), asin glycolysis/gluconeogenesis (ko:K00131) ( Pigura 5 ).
Fig. 5. Pagkakaiba-iba kan kadakolan kan mga KO sa gut microbiome kan PPA asin kontrol na mga ilaga. An plot kan bulkan naglaladawan kan mga pagkakaiba sa kadakolan kan mga grupong functional (KOs). An mga tuldok na abohon nagpapahiling nin mga KO na an abundansya bakong gayong magkaiba sa pag-oltanan kan mga klase nin sample (p-value > 0.05). An mga kolor na tuldok nagpapahiling nin mga mahalagang pagkakaiba sa kadakolan (p-value ≤ 0.05). An 20 KOs na may pinakadakulang pagkakaiba sa kadakolan sa pag-ultanan kan mga klase nin sample ipinapahiling sa pula asin light blue, na katumbas kan mga sample na kontrol asin PPA, sunod-sunod. An mga tuldok na dilaw asin lila nagpapahiling nin mga KO na dai mababa sa 2.7-fold na mas abunda sa mga sampol na kontrol asin PPA, sunod-sunod. An mga itom na tuldok nagpapahiling nin mga KO na may laen-laen na abundansya, na may mga pagkakaiba sa CLR sa pag-ultanan kan -1 asin 1. An mga halaga kan P kinarkulo gamit an Mann-Whitney U test asin pig-adjust para sa dakol na pagkumpara gamit an Benjamini-Hochberg na prosedimiento. An NaN nagpapahiling na an KO bakong kabali sa sarong agihan sa KEGG. An mga halaga nin pagkakaiba kan CLR na bold mean nagpapahiling nin mga mahalagang pagkakaiba sa kadakolan. Para sa detalyadong impormasyon sa mga agihan na kun saen kabali an mga nakalista na KO, hilingon an Supplementary Table 3.
Sa mga naka-annotate na gene, 1601 na gene an igwa nin magkakalaen na abundansya sa pag-ultanan kan mga klase nin sample (p ≤ 0.05), na an lambang gene igwa nin dai mababa sa 2.7-fold na mas abunda. Sa mga gene na ini, 4 na gene an mas abunda sa mga sample na kontrol asin 1597 na gene an mas abunda sa mga sample na PPA. Nin huli ta an PPA igwa nin mga propyedad na antimikrobyo, siniyasat niamo an kadakolan kan metabolismo kan PPA asin mga gene sa produksyon sa pag-oltanan kan mga klase nin sample. Sa 1332 na mga gene na may relasyon sa metabolismo kan PPA, 27 na gene an mas abunda sa mga sample na kontrol asin 12 na gene an mas abunda sa mga sample kan PPA. Sa 223 na mga gene na may relasyon sa produksyon kan PPA, 1 gene an mas dakol sa mga sampol kan PPA. An Figure 6A orog pang nagpapahiling kan mas halangkaw na kadakolan kan mga gene na imbuelto sa metabolismo kan PPA, na may mas halangkaw na kadakolan sa mga sample na kontrol asin darakulang sukol nin epekto, mantang an Figure 6B nagpapahiling kan mga indibidwal na gene na may mas halangkaw na kadakolan na naobserbaran sa mga sample kan PPA.
Fig. 6. Pagkakaiba-iba kan kadakolan kan mga gene na may relasyon sa PPA sa mikrobyo kan bituka kan daga. An mga plot kan bulkan naglaladawan kan mga pagkakaiba sa kadakolan kan mga gene na may relasyon sa metabolismo kan PPA (A) asin produksyon kan PPA (B). An mga abohon na tuldok nagpapahiling nin mga gene na an abundansya bakong gayong magkaiba sa pag-oltanan kan mga klase nin sample (p-value > 0.05). An mga kolor na tuldok nagpapahiling nin mga mahalagang pagkakaiba sa kadakolan (p-value ≤ 0.05). An 20 na gene na may pinakadakulang pagkakaiba sa kadakolan ipinapahiling sa pula asin light blue (mga sampol na kontrol asin PPA), sunod-sunod. An kadakolan kan mga tuldok na dilaw asin lila dai mababa sa 2.7 na beses na mas dakula sa mga sampol na kontrol asin PPA kisa sa mga sampol na kontrol. An mga itom na tuldok nagrerepresentar nin mga gene na may laen-laen na abundansya, na may mga pagkakaiba sa CLR sa pag-ultanan kan -1 asin 1. An mga halaga kan P kinarkulo gamit an Mann-Whitney U test asin itinanos para sa dakol na pagkumpara gamit an prosedimiento nin Benjamini-Hochberg. An mga gene katumbas kan mga representanteng gene sa non-redundant gene catalog. An mga pangaran nin gene igwa nin simbolong KEGG na nagpaparisa nin sarong gene na KO. An mga pagkakaiba kan bold mean CLR nagpapahiling nin mga magkalaen na abundansya. An dash (-) nagpapahiling na mayo nin simbolo para sa gene sa KEGG database.
An mga taxa na may mga gene na may relasyon sa metabolismo asin/o produksyon kan PPA nabisto sa paagi nin pagtugma kan taxonomic identity kan mga contig sa contig ID kan gene. Sa lebel kan genus, 130 genera an nakuang igwa nin mga gene na may relasyon sa metabolismo kan PPA asin 61 genera an nakua na igwa nin mga gene na may relasyon sa produksyon kan PPA (Supplementary Table 4). Alagad, mayo nin mga genera na nagpahiling nin mga makahulogan na pagkakaiba sa kadakolan (p > 0.05).
Sa lebel kan mga klase, 144 na mga klase nin bakterya an nakuang igwa nin mga gene na may relasyon sa metabolismo kan PPA asin 68 na klase nin bakterya an nakua na igwa nin mga gene na may relasyon sa produksyon nin PPA (Supplementary Table 5). Sa mga PPA metabolizers, walong bakterya an nagpahiling nin mga signipikanteng paglangkaw sa abundansya sa pag-ultanan kan mga klase nin sample, asin gabos nagpahiling nin signipikanteng mga pagbabago sa epekto (Supplementary Table 6). An gabos na namidbid na mga PPA metabolizer na may mga makahulogan na pagkakaiba sa kadakolan mas kadakol sa mga sample nin PPA. An klasipikasyon sa lebel nin mga klase nagbuyagyag nin mga representante kan mga genera na dai man gayong magkaiba sa pag-oltanan kan mga klase nin sample, kabali an nagkapirang klase nin Bacteroides asin Ruminococcus, siring man an Duncania dubois, Myxobacterium enterica, Monococcus pectinolyticus, asin Alcaligenes polymorpha. Sa mga bakterya na nagpoprodusir nin PPA, apat na bakterya an nagpahiling nin mga mahalagang pagkakaiba sa kadakolan sa pag-ultanan kan mga klase nin sample. An mga species na may mga pagkakaiba sa kadakolan kabali an Bacteroides novorossi, Duncania dubois, Myxobacterium enteritidis, asin Ruminococcus bovis.
Sa pag-aadal na ini, siniyasat niamo an mga epekto kan pagkakalantad sa PPA sa gut microbiota kan mga ilaga. An PPA pwedeng magpukaw nin manlaen-laen na simbag sa bakterya huli ta ini piggigibo kan nagkapirang klase, ginagamit bilang pinagkukuanan nin kakanon kan ibang klase, o igwa nin mga epektong antimikrobyo. Kaya, an pagdagdag kaini sa kapalibutan kan bituka sa paagi nin suplementasyon sa pagkakan pwedeng magkaigwa nin manlaen-laen na epekto depende sa pagtolerar, pagkasensitibo, asin an kakayahan na gamiton ini bilang sarong pinagkukuanan nin sustansya. An mga sensitibong klase nin bakterya pwedeng haleon asin salidahan kan mga mas resistente sa PPA o kayang gamiton ini bilang pinagkukuanan nin kakanon, na nagbubunga nin mga pagbabago sa komposisyon kan mikrobiota sa bituka. An samong mga resulta nagpahiling nin mga mahalagang pagkakaiba sa komposisyon kan mikrobyo alagad mayo nin epekto sa kabilogan na pagkakaiba-iba kan mikrobyo. An pinakadakulang epekto naobserbaran sa lebel kan mga species, na may labing 70 na taxa na magkaiba an kadakolan sa pag-ultanan kan PPA asin mga sampol na kontrol (Supplementary Table 2). An dugang pang ebalwasyon kan komposisyon kan mga sampol na nabantad sa PPA naghayag nin mas dakulang pagkakaiba-iba kan mga klase nin mikrobyo kumpara sa mga sampol na dai nabantad, na nagsusuherir na an PPA puedeng magpauswag kan mga karakteristiko kan pagtalubo kan bakterya asin limitaran an mga populasyon nin bakterya na puedeng mabuhay sa mga kapalibutan na mayaman sa PPA. Kaya, an PPA pwedeng mapili na mag-induce nin mga pagbabago imbes na magcausa nin lakop na pagkadisturbo kan pagkakaiba-iba kan gut microbiota.
An mga preserbatibo sa kakanon arog kan PPA dati nang ipinaheling na nakakabago kan kadakolan kan mga sangkap kan gut microbiome na dai nakakaapektar sa kabilogan na pagkakaiba-iba (Nagpal et al., 2021). Digdi, naobserbaran niamo an pinaka-makangangalas na mga pagkakaiba sa pag-oltanan kan mga klase nin Bacteroidetes sa laog kan phylum na Bacteroidetes (na dati midbid bilang Bacteroidetes), na nagin mas mayaman sa mga ilaga na nabantad sa PPA. An paglangkaw kan kadakolan kan mga klase nin Bacteroides igwa nin koneksyon sa paglangkaw kan pagkaraot kan mucus, na pwedeng maglangkaw kan peligro nin impeksyon asin magpalakop nin pag'alburuto (Cornick et al., 2015; Desai et al., 2016; Penzol et al., 2019). Sarong pag-aadal an nakadiskobre na an mga neonatal na lalaking ilaga na tinawan nin Bacteroides fragilis nagpahiling nin mga sosyal na gawi-gawi na nagpapagirumdom kan autism spectrum disorder (ASD) (Carmel et al., 2023), asin an ibang mga pag-aadal nagpahiling na an mga klase nin Bacteroides puedeng magbago kan aktibidad kan resistensya asin magresulta sa autoimmune inflammatory cardiompathy (Carmel et al., 2023). 2019). An mga species na kabali sa genera Ruminococcus, Prevotella, asin Parabacteroides naglangkaw man nin dakula sa mga ilaga na nabantad sa PPA (Coretti et al., 2018). An nagkapirang klase nin Ruminococcus igwa nin koneksyon sa mga helang arog kan Crohn's disease sa paagi kan produksyon nin mga proinflammatory cytokines (Henke et al., 2019), mantang an mga klase nin Prevotella arog kan Prevotella humani igwa nin relasyon sa mga helang sa metabolismo arog kan hypertension asin insulin sensitivity (Pedersen et al., 2016; Li et al., 2017). Sa katapustapusi, nanompongan niamo na an ratio kan Bacteroidetes (na dati midbid bilang Firmicutes) sa Bacteroidetes mas hababa nanggad sa mga ilaga na nabantad sa PPA kisa sa mga ilaga na kontrol huli sa mas halangkaw na total na abundansya kan mga species nin Bacteroidetes. An ratio na ini dati nang ipinaheling na sarong importanteng indikasyon kan intestinal homeostasis, asin an mga disturbo sa ratio na ini nakatakod sa manlaen-laen na estado nin helang (Turpin et al., 2016; Takezawa et al., 2021; An et al., 2023), kaiba an mga helang sa bituka (Stojanov et al., 2020). Sa kabilogan, an mga klase kan phylum Bacteroidetes minalataw na pinaka-apektado kan halangkaw na PPA sa pagkakan. Ini pwedeng huli sa mas halangkaw na pagtolerar sa PPA o an kakayahan na gamiton an PPA bilang sarong pinagkukuanan nin enerhiya, na napatunayan na totoo para sa dawa sarong klase, an Hoylesella enocea (Hitch et al., 2022). Sa ibong na lado, an pagkabantad sa PPA kan ina puedeng magpauswag kan pagtalubo kan fetus sa paagi nin paggibo kan bituka kan mga aki nin daga na mas madaling mabiktima nin kolonisasyon kan Bacteroidetes; alagad, an samong disenyo nin pag-aadal dai nagtugot nin siring na pagtasa.
An pag-assess kan laog kan metagenomic naghayag nin mga mahalagang pagkakaiba sa kadakolan kan mga gene na may relasyon sa metabolismo asin produksyon kan PPA, na an mga ilaga na nabantad sa PPA nagpapahiling nin mas halangkaw na kadakolan kan mga gene na responsable sa produksyon kan PPA, mantang an mga ilaga na dai nabantad sa PPA nagpahiling nin mas halangkaw na kadakolan kan mga gene na responsable sa metabolismo kan PAA (Figure 6). An mga resultang ini nagsusuherir na an epekto kan PPA sa komposisyon kan mikrobyo tibaad bako sanang huli sa paggamit kaini, ta kun bako an kadakolan kan mga gene na may relasyon sa metabolismo kan PPA dapat na nagpahiling nin mas halangkaw na kadakolan sa gut microbiome kan mga ilaga na nabantad sa PPA. An sarong paliwanag iyo na an PPA nagmemediate kan abundansya kan bakterya sa pangenot sa paagi kan mga epekto kaini na antimicrobial imbes na sa paagi kan paggamit kaini kan bakterya bilang sustansya. An mga nakaaging pag-aadal nagpahiling na an PPA nag-uulang sa pagtalubo kan Salmonella Typhimurium sa paaging nakadepende sa dosis (Jacobson et al., 2018). An pagkabantad sa mas halangkaw na konsentrasyon kan PPA pwedeng magpili para sa mga bakterya na resistente sa mga antimicrobial properties kaini asin pwedeng dai man nanggad kayang mag-metabolize o magprodusir kaini. Halimbawa, nagkapirang klase nin Parabacteroides an nagpahiling nin mas halangkaw na abundansya sa mga sampol nin PPA, alagad mayo nin mga gene na may relasyon sa metabolismo o produksyon kan PPA an nadetektaran (Supplementary Tables 2, 4, asin 5). Dugang pa, an produksyon kan PPA bilang sarong byproduct kan permentasyon lakop na nakalakop sa manlaen-laen na bakterya (Gonzalez-Garcia et al., 2017). An mas halangkaw na pagkakaiba-iba kan bakterya pwedeng iyo an rason para sa mas halangkaw na kadakolan kan mga gene na may relasyon sa metabolismo kan PPA sa mga sample na kontrol (Averina et al., 2020). Dugang pa, 27 (2.14%) sana kan 1332 na mga gene an pigprediktar na mga gene na eksklusibong asosyado sa metabolismo kan PPA. Dakul na mga gene na may relasyon sa metabolismo kan PPA an imbuelto man sa ibang mga agihan nin metabolismo. Ini orog pang nagpapahiling na an kadakolan kan mga gene na imbuelto sa metabolismo kan PPA mas halangkaw sa mga sampol na kontrol; an mga gene na ini pwedeng magpunsyonar sa mga agihan na dai nagreresulta sa paggamit o pagporma kan PPA bilang sarong byproduct. Sa kasong ini, saro sanang gene na asosyado sa henerasyon nin PPA an nagpahiling nin mga mahalagang pagkakaiba sa kadakolan sa pag-oltanan kan mga klase nin sample. Sa kabaliktaran kan mga gene na may relasyon sa metabolismo kan PPA, an mga gene na marker para sa produksyon nin PPA pinili huli ta sinda direktang imbuelto sa agihan kan bakterya para sa produksyon nin PPA. Sa mga ilaga na nabantad sa PPA, an gabos na klase nakua na igwa nin dakulang paglangkaw sa abundansya asin kapasidad na makaprodusir nin PPA. Ini nagsusuporta sa prediksyon na an mga PPA mapili nin mga paraprodusir nin PPA asin kun kaya mahuhula na an kapasidad nin produksyon kan PPA madudugangan. Alagad, an kadakolan kan gene dai man nanggad magkakaigwa nin koneksyon sa ekspresyon kan gene; kaya, dawa ngani an kadakolan kan mga gene na may relasyon sa metabolismo kan PPA mas halangkaw sa mga sample na kontrol, an rate kan ekspresyon pwedeng magkaiba (Shi et al., 2014). Tanganing makumpirma an relasyon sa pag-ultanan kan pagkalakop kan mga gene na nagpoprodusir nin PPA asin produksyon nin PPA, kaipuhan an mga pag-aadal kan ekspresyon kan mga gene na imbuelto sa produksyon nin PPA.
An functional annotation kan PPA asin control metagenomes naghayag nin nagkapirang pagkakaiba. An pag-analisar kan PCA kan laog kan gene naghayag nin mga magkasuhay na grupo sa pag-ultanan kan PPA asin mga sampol na kontrol (Figure 5). An pag-grupo sa laog kan sample naghayag na an laog kan gene na kontrol mas manlaen-laen, mantang an mga sample kan PPA nag-iribahan. An paggrupo sosog sa laog kan gene kapareho kan paggrupo sosog sa komposisyon nin mga species. Kaya, an mga pagkakaiba sa kadakolan kan agihan magkakasundo sa mga pagbabago sa kadakolan kan mga partikular na species asin strain sa laog ninda. Sa mga sample kan PPA, duwang agihan na may mas halangkaw na abundansya an may relasyon sa aminosugar/nucleotide sugar metabolism (ko:K21279) asin multiple lipid metabolism pathways (ko:K00647, ko:K03801; Supplementary Table 3). An mga gene na may koneksyon sa ko:K21279 aram na may relasyon sa genus Bacteroides, saro sa mga genera na may mas halangkaw na bilang nin mga species sa mga sample kan PPA. An enzyme na ini makakalikay sa immune response sa paagi nin pagpahayag nin mga capsular polysaccharides (Wang et al., 2008). Ini an pwedeng magin dahilan kan paglangkaw kan Bacteroidetes na naobserbaran sa mga ilaga na nabantad sa PPA. Ini nakakadagdag sa paglangkaw kan fatty acid synthesis na naobserbaran sa PPA microbiome. An mga bakterya naggagamit kan FASIIko:K00647 (fabB) na agihan tanganing makaprodusir nin mga fatty acid, na pwedeng makaimpluwensya sa mga agihan nin metabolismo kan host (Yao asin Rock, 2015; Johnson et al., 2020), asin an mga pagbabago sa metabolismo kan lipid pwedeng magkaigwa nin papel sa neurodevelopment (Yu et al., 2020). An saro pang agihan na nagpapahiling nin mas halangkaw na abundansya sa mga sampol nin PPA iyo an steroid hormone biosynthesis (ko:K12343). Igwa nin nagdadakol na ebidensya na igwa nin baliktad na relasyon sa pag-ultanan kan kakayahan kan gut microbiota na maimpluwensyahan an lebel nin hormone asin maimpluwensiyahan kan mga hormone, kaya an halangkaw na lebel nin steroid pwedeng magkaigwa nin mga konsekwensya sa salud sa ibaba (Tetel et al., 2018).
An pag-aadal na ini mayo nin mga limitasyon asin konsiderasyon. An sarong importanteng pagkakaiba iyo na dai kami naggibo nin mga pagtasa sa pisyolohiya kan mga hayop. Kaya, dai pwedeng direktang magkonklusyon kun baga an mga pagbabago sa mikrobyo may koneksyon sa anuman na helang. An saro pang konsiderasyon iyo na an mga ilaga sa pag-aadal na ini pinakakan nin parehong pagkakan kan saindang mga ina. An mga pag-aadal sa maabot na panahon pwedeng magdeterminar kun an pagbalyo gikan sa sarong pagkakan na mayaman sa PPA pasiring sa sarong pagkakan na mayong PPA nagpapauswag kan mga epekto kaini sa mikrobyo. An sarong limitasyon kan samong pag-aadal, arog kan kadaklan, iyo an limitadong sample size. Dawa ngani an mga balidong konklusyon pwedeng magibo, an mas dakulang sample size matao nin mas dakulang estadistikal na kapangyarihan kun inaanalisar an mga resulta. Maingat man kami sa paggibo nin mga konklusyon manungod sa asosasyon sa pag-ultanan kan mga pagbabago sa gut microbiome asin anuman na helang (Yap et al., 2021). An mga nakakaribong na bagay kabali an edad, kasarian, asin pagkakan puedeng makaimpluwensya nin dakula sa komposisyon kan mga mikroorganismo. An mga bagay na ini pwedeng magpaliwanag kan mga dai pagkakapareho na naobserbaran sa literatura manungod sa asosasyon kan gut microbiome sa mga komplikadong helang (Johnson et al., 2019; Lagod asin Naser, 2023). Halimbawa, an mga miyembro kan genus Bacteroidetes ipinaheling na naglangkaw o nagbaba sa mga hayop asin tawo na may ASD (Angelis et al., 2013; Kushak et al., 2017). Siring man, an mga pag-aadal sa komposisyon kan bituka sa mga pasyente na may mga helang na nakakapagabat sa bituka nakanompong nin parehong mga paglangkaw asin pagbaba sa parehong taxa (Walters et al., 2014; Forbes et al., 2018; Upadhyay et al., 2023). Tanganing limitaran an epekto kan gender bias, hiningoa ming seguradohon an pantay na representasyon kan mga sekso tanganing an mga pagkakaiba posibleng marhay na huli sa pagkakan. An sarong angat kan functional annotation iyo an paghale kan mga redundant gene sequences. An samong paagi nin pag-grupo nin gene nangangaipo nin 95% na pagkamidbid kan pagkasunod-sunod asin 85% na pagkakapareho sa laba, siring man 90% na sakop nin pag-align tanganing mahale an salang pag-grupo. Alagad, sa nagkapirang kaso, naobserbaran niamo an mga COG na may parehong mga anotasyon (halimbawa, MUT) (Fig. 6). Kaipuhan an dugang pang pag-aadal tanganing madeterminaran kun baga an mga ortholog na ini magkakalaen, may koneksyon sa mga partikular na genera, o kun baga ini sarong limitasyon kan paagi nin pag-grupo nin gene. An saro pang limitasyon kan functional annotation iyo an potensyal na salang klasipikasyon; an gene kan bakterya na mmdA sarong midbid na enzyme na imbuelto sa paggibo nin propionate, alagad an KEGG dai ini inaasosyar sa propionate metabolic pathway. Sa kabaliktaran, an scpB asin mmcD na mga ortologo magkapareho. An dakulang bilang nin mga gene na mayong itinalaan na mga knockout pwedeng magresulta sa dai kakayahan na mamidbid an mga gene na may relasyon sa PPA kun pig-aases an kadakolan kan gene. An mga pag-aadal sa maabot na panahon makikinabang sa pag-analisar kan metatranscriptome, na makakatao nin mas hararom na pakasabot sa mga karakteristiko kan pagpunsyonar kan gut microbiota asin makakakonektar kan ekspresyon kan gene sa mga potensyal na epekto sa ibaba. Para sa mga pag-aadal na may kalabot na mga partikular na diperensya sa neurodevelopmental o mga helang sa bituka na may pag'alburuto, an mga pagtasa sa pisyolohiya asin gawi-gawi kan mga hayop kaipuhan tanganing maikonektar an mga pagbabago sa komposisyon kan mikrobyo sa mga diperensya na ini. An mga dagdag na pag-aadal na nagbabalyo kan mikrobyo sa bituka sa mga ilaga na mayong mikrobyo magigin kapaki-pakinabang man tanganing madeterminaran kun baga an mikrobyo sarong paramaneho o karakteristiko nin helang.
Sa sumaryo, ipinaheling niamo na an PPA sa pagkakan nagseserbing sarong bagay sa pagbabago kan komposisyon kan gut microbiota. An PPA sarong preserbatibo na inaprobaran kan FDA na lakop na makukua sa manlaen-laen na kakanon na, sa halawig na pagkakalantad, pwedeng magresulta sa pagkadisturbo kan normal na flora kan bituka. Nakakua kami nin mga pagbabago sa kadakolan kan nagkapirang bakterya, na nagsusuherir na an PPA puedeng makaimpluwensya sa komposisyon kan gut microbiota. An mga pagbabago sa mikrobiota pwedeng magdara nin mga pagbabago sa lebel kan nagkapirang metabolikong agihan, na pwedeng magdara nin mga pagbabago sa pisyolohiya na may kinaaraman sa salud kan host. Kaipuhan an dugang pang pag-aadal tanganing madeterminaran kun baga an mga epekto kan PPA sa pagkakan sa komposisyon kan mikrobyo puedeng magresulta sa dysbiosis o iba pang mga helang. An pag-aadal na ini nagbubugtak kan pundasyon para sa mga pag-aadal sa maabot na panahon kun pano an mga epekto kan PPA sa komposisyon kan bituka puedeng makaapektar sa salud nin tawo.
An mga dataset na iprinesentar sa pag-aadal na ini makukua sa mga online repository. An pangaran kan repository asin numero nin pag-access iyo an: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/, PRJNA1092431.
An pag-aadal na ini sa hayop inaprobaran kan University of Central Florida Institutional Animal Care and Use Committee (UCF-IACUC) (Animal Use Permit Number: PROTO202000002). An pag-aadal na ini nagsusunod sa mga lokal na ley, regulasyon, asin mga kahagadan kan institusyon.
NG: Konseptuwalisasyon, Pag-ataman nin datos, Pormal na pag-analisar, Pagsiyasat, Metodolohiya, Software, Pag-imahinar, Pagsurat (orihinal na draft), Pagsurat (pagrepaso asin pag-edit). LA: Konseptuwalisasyon, Pag-ataman nin Datos, Metodolohiya, Mga Rekurso, Pagsurat (pagrepaso asin pag-edit). SH: Pormal na pag-analisar, Software, Pagsurat (pagrepaso asin pag-edit). SA: Pagsiyasat, Pagsurat (pagrepaso asin pag-edit). Pangenot na Huwes: Pagsiyasat, Pagsurat (pagrepaso asin pag-edit). SN: Konseptuwalisasyon, Administrasyon kan Proyekto, Mga Rekurso, Superbisyon, Pagsurat (pagrepaso asin pag-edit). TA: Konseptuwalisasyon, Administrasyon kan Proyekto, Superbisyon, Pagsurat (pagrepaso asin pag-edit).
An mga kagsurat nagdeklara na dai sinda nakaresibe nin pinansiyal na suporta para sa pagsiyasat, pagkasurat, asin/o pagpublikar kan artikulong ini.
An mga kagsurat nagdedeklara na an pagsiyasat ginibo sa kawaran nin anuman na komersyal o pinansyal na relasyon na pwedeng interpretaron bilang sarong potensyal na iriwal nin interes. dai aplikado.
An gabos na opinyon na ipinahayag sa artikulong ini iyo sana an mga kagsurat asin dai man nanggad nagpapahiling kan mga opinyon kan saindang mga institusyon, parapublikar, editor, o pararepaso. An anuman na mga produkto na pig-ebalwar sa artikulong ini, o an anuman na mga paghihingako na ginibo kan saindang mga paragibo, dai ginagarantiyahan o inendorso kan publisher.
An mga dagdag na materyal para sa artikulong ini makukua sa online: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frmbi.2024.1451735/full#supplementary-material
Abdelli LS, Samsam A, Nasser SA (2019). An propionic acid nag-iinduce nin gliosis asin neuroinflammation sa paagi nin pagregulate kan PTEN/AKT pathway sa mga helang sa autism spectrum. Mga report sa siyensya 9, 8824–8824. doi: 10.1038/s41598-019-45348-z
Aitchison, J. (1982). Estadistikal na pag-analisar kan datos kan komposisyon. JR Stat Soc Ser B Methodol. 44, 139–160. doi: 10.1111/j.2517-6161.1982.tb01195.x
Ahn J, Kwon H, Kim YJ (2023). Firmicutes/Bacteroidetes ratio bilang sarong risk factor para sa kanser sa suso. Journal of Clinical Medicine, 12, 2216. doi: 10.3390/jcm12062216
Anders S., Huber W. (2010). Pag-analisar kan pagkakaiba kan ekspresyon kan datos kan bilang kan pagkasunod-sunod. Nat Prev. 1–1, 1–10. doi: 10.1038/npre.2010.4282.1
Angelis, MD, Piccolo, M., Vannini, L., Siragusa, S., Giacomo, AD, Serrazanetti, DI, et al. (2013). An fecal microbiota asin an metabolome sa mga kaakian na may autism asin pervasive developmental disorder na dai man pig-espesipikar. PloS One 8, e76993. doi: 10.1371/journal.pone.0076993
Averina OV, Kovtun AS, Polyakova SI, Savilova AM, Rebrikov DV, Danilenko VN (2020). Mga karakteristiko kan neurometabolikong bakterya kan mikrobyo sa bituka sa mga saradit na aki na may mga diperensya sa autism spectrum. Journal of Medical Microbiology 69, 558–571. doi: 10.1099/jmm.0.001178
Baquero F., Nombela K. (2012). An mikrobyo bilang sarong organo nin tawo. Klinikal na Mikrobiolohiya asin Impeksyon 18, 2–4. doi: 10.1111/j.1469-0691.2012.03916.x
Baur T., Dürre P. (2023). Mga bagong pananaw sa pisyolohiya kan mga bakterya na nagpoprodusir nin propionic acid: Anaerotignum propionicum asin Anaerotignum neopropionicum (dating Clostridium propionicum asin Clostridium neopropionicum). Microorganisms 11, 685. doi: 10.3390/microorganisms11030685
Bazer FW, Spencer TE, Wu G, Cudd TA, Meininger SJ (2004). Nutrisyon kan ina asin pag-uswag kan omboy. J Nutr. 134, 2169–2172. doi: 10.1093/jn/134.9.2169
Benjamini, Y., asin Hochberg, J. (1995). Pagkontrol kan false-positive rate: Sarong praktikal asin episyente na paagi sa dakol na pag-eksamin. JR Stat Soc Ser B Methodol. 57, 289–300. doi: 10.1111/j.2517-6161.1995.tb02031.x