Roluri Arhivarea datelor, Analiza formală, Investigație, Vizualizare, Scriere - schiță originală, Scriere - revizuire și editare

filogenetică

Departamentul de afiliere medicină A, Universitatea Medicină Greifswald, Greifswald, Germania

Roluri Arhivarea datelor, Investigații, Scriere - revizuire și editare

Afilieri Departamentul de Medicină A, Universitatea de Medicină Greifswald, Greifswald, Germania, Departamentul de Medicină, Spitalul Cantonal Winterthur, Winterthur, Elveția

Roluri Arhivarea datelor, Investigații, Scriere - revizuire și editare

Departamentul de Genomică Funcțională, Institutul Interfacultății de Genetică și Genomică Funcțională, Universitatea de Medicină Greifswald, Greifswald, Germania, Catedra de Bioinformatică Experimentală, Școala de Științe ale Vieții Weihenstephan, Universitatea Tehnică din München, Freising-Weihenstephan, Germania

Investigații de roluri, scriere - recenzie și editare

Departamentul de afiliere Medicină A, Universitatea Medicină Greifswald, Greifswald, Germania

Roluri Arhivarea datelor, Scriere - revizuire și editare

Institutul de afiliere pentru biologie moleculară clinică, Universitatea Christian Albrechts din Kiel, Kiel, Germania

Roluri Curarea datelor

Institutul de afiliere pentru biologie moleculară clinică, Universitatea Christian Albrechts din Kiel, Kiel, Germania

Roluri Achiziție finanțare, supraveghere, scriere - revizuire și editare

Institutul de afiliere pentru biologie moleculară clinică, Universitatea Christian Albrechts din Kiel, Kiel, Germania

Roluri Achiziție finanțare, supraveghere, scriere - revizuire și editare

Departamentul de Afiliere Genomică Funcțională, Institutul Interfacultății pentru Genetică și Genomică Funcțională, Medicină Universitară Greifswald, Greifswald, Germania

Scrierea rolurilor - recenzie și editare

Departamentul de afiliere Medicină A, Universitatea Medicină Greifswald, Greifswald, Germania

Roluri de supraveghere, scriere - recenzie și editare

Departamentul de afiliere medicină A, Universitatea Medicină Greifswald, Greifswald, Germania

Roluri Conceptualizare, achiziție de fonduri, supraveghere, scriere - revizuire și editare

Afilieri Departamentul Medicină A, Universitatea Medicină Greifswald, Greifswald, Germania, Departamentul Medicină II, Spitalul Universitar, LMU München, München, Germania

Investigații de roluri, scriere - recenzie și editare

Departamentul de afiliere Medicină A, Universitatea Medicină Greifswald, Greifswald, Germania

Roluri de supraveghere, scriere - recenzie și editare

Departamentul de Afiliere Genomică Funcțională, Institutul Interfacultății pentru Genetică și Genomică Funcțională, Medicină Universitară Greifswald, Greifswald, Germania

Roluri Conceptualizare, achiziție de fonduri, supraveghere, scriere - proiect original, scriere - recenzie și editare

Departamentul de afiliere medicină A, Universitatea Medicină Greifswald, Greifswald, Germania

  • Fabian Frost,
  • Lena J. Storck,
  • Tim Kacprowski,
  • Simone Gärtner,
  • Malte Rühlemann,
  • Corinna Bang,
  • Andre Franke,
  • Uwe Völker,
  • Ali A. Aghdassi,
  • Antje Steveling

Cifre

Abstract

Înregistrarea procesului: ClinicalTrials.gov NCT02970838.

Citare: Frost F, Storck LJ, Kacprowski T, Gärtner S, Rühlemann M, Bang C, și colab. (2019) Un program structurat de scădere în greutate crește diversitatea filogenetică a microbiotei intestinale și reduce nivelurile de Collinsella la diabetici obezi de tip 2: Un studiu pilot. PLoS ONE 14 (7): e0219489. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0219489

Editor: Shahrad Taheri, Colegiul de medicină Weill Cornell din Qatar, QATAR

Primit: 24 iulie 2018; Admis: 23 iunie 2019; Publicat: 18 iulie 2019

Disponibilitatea datelor: Toate datele relevante se află în manuscris și în fișierele sale de informații suport.

Finanțarea: Programul standardizat de pierdere în greutate OPTIFAST a fost utilizat cu acordul Nestlé Health Science Germania, care a oferit, de asemenea, finanțare parțială pentru acest studiu și a acordat o reducere de 15% participanților la studiu. Activitatea revizuită a fost susținută în continuare de subvenții de la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG GRK 1947/A3), Ministerul Federal al Educației și Cercetării (BMBF GANI-MED 03IS2061A, 0314107, 01ZZ9603, 01ZZ0103, 01ZZ0403, 03ZIK012, FKZ: 01EK15 (EU-FP-7: EPC-TM, V-630-S-150-2012/132/133, ESF/14-BM-A55-0045/16, TBI-V-242-VBW-084 și TBI-V -1-245-VBW-085). Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului.

Interese concurente: Nestlé Health Science Germania a acordat participanților la studiu o reducere de 15% la dieta cu formulă Optifast. LS a primit o bursă Gerhard Domagk de la University Medicine Greifswald, posibilă printr-o subvenție educațională nerestricționată de la Baxter Deutschland GmbH (Unterschleissheim, Germania), Profusio GmbH (Greven, Germania) și Nutricia GmbH (Erlangen, Germania). Acest lucru nu modifică aderarea noastră la toate politicile PLOS ONE privind schimbul de date și materiale.

Abrevieri: IMC, indicele de masă corporală; FT, test Friedman; HDL, lipoproteine ​​de înaltă densitate; LDL, lipoproteine ​​cu densitate mică; N2, numărul diversității Simpson; OTU, unitate taxonomică operațională; PCoA, analiza coordonatelor principale; PD, diversitate filogenetică; SHIP, Study of Health in Pomerania; VLDL, lipoproteine ​​cu densitate foarte mică; WT, testul Wilcoxon semnat.

Introducere

Materiale și metode

Subiecte de studiu

Program standardizat de slăbire

Date fenotipice

Indicele de masă corporală (IMC) a fost calculat ca kilograme pe metru pătrat. Sângele pentru determinarea HbA1c, glucozei în post, insulină, colesterol total, lipoproteine ​​cu densitate mică (LDL), lipoproteine ​​cu densitate mare (HDL), trigliceride și acid uric a fost obținut dimineața după o perioadă minimă de post de opt ore.

Secvențierea genei ARNr 16S

Rezultate

Compoziția microbiotei fecale bazată pe secvențierea genei ARNr 16S.

Analiza datelor și statisticilor

Pierderea în greutate este asociată cu o diversitate filogenetică crescută

Indicii de diversitate alfa descriu variația speciilor într-o comunitate sau eșantion. Pentru a evalua efectul pierderii în greutate asupra diversității alfa a microbiotei intestinale, au fost calculate două valori diferite, și anume „Diversitatea filogenetică” (PD) [24] și „Numărul diversității Simpson” (N2) [25], comparate cu valoarea inițială (Fig. 2). PD, care se bazează pe relația filogenetică între diferite taxe dintr-un eșantion, a crescut semnificativ de la 54,4 (43,0-60,3) la momentul inițial la 63,9 (47,5-72,4) după șase săptămâni și 60,3 (43,1-75,3) după cincisprezece săptămâni (global: p = 0,039, FT; 0 vs. 6 săptămâni: p = 0,009, WT post-hoc; 0 vs. 15 săptămâni: p = 0,034, WT post-hoc). N2, care se bazează pe datele și diversitatea abundenței taxonilor, a fost de 22,2 (18,5-24,9) la momentul inițial și a crescut la 28,8 (14,4-33,8) după șase săptămâni și 23,5 (18,6-33,1) după cincisprezece săptămâni. Cu toate acestea, acesta din urmă nu a fost semnificativ (p = 0,097, FT).

Parcele prezintă modificările indicelui de masă corporală (IMC, stânga), diversității filogenetice (PD, mijlociu) și numărul diversității Simpson (N2, dreapta) la momentul inițial/0 săptămâni, după șase săptămâni de dietă cu formulă hipocalorică și după hrana obișnuită reintroducere la cincisprezece săptămâni. La fiecare moment au fost evaluate probe perechi de 12 participanți. Probele corespunzătoare unei persoane sunt conectate printr-o linie neagră. + semnele indică mijloacele. Scăderea IMC în timpul studiului a fost asociată cu o creștere a PD. * indică o diferență semnificativă determinată de testul Friedman.

Analiza diversității beta relevă schimbări distincte de microbiote fecale în timpul studiului

Indicii de diversitate beta evaluează variația compoziției între diferite comunități sau eșantioane. Pentru a stabili dacă diferențele dintre microbiota intestinală la diferite momente de timp au fost detectabile, am calculat diferența Bray-Curtis [25] și ulterior am efectuat o analiză principală a coordonatelor. Fig 3 prezintă primele două axe principale de coordonate explicând 36,2% din variația microbiană totală. Microbiota fecală sa schimbat semnificativ după sfârșitul dietei cu conținut scăzut de calorii (șase săptămâni). Cu toate acestea, la sfârșitul studiului (cincisprezece săptămâni) s-au întors din nou către linia de bază. Efectuarea analizei permutaționale a varianței utilizând diferențierea Bray-Curtis a confirmat schimbări semnificative în diversitatea microbiotei între diferitele puncte de timp (r 2 = 0,08, p Fig 3. Analiza coordonatelor principale (PCoA) a diferenței Bray-Curtis.

PCoA a 36 de probe de microbiotă intestinală aparținând a doisprezece participanți la trei momente de timp diferite (momentul inițial/0 săptămâni, șase săptămâni și cincisprezece săptămâni). Sunt afișate cele două PCo1 majore și PCo2. Toate eșantioanele sunt conectate la centroul (afișat drept pătrat) al punctului lor de timp respectiv. Comunitățile microbiene s-au schimbat semnificativ între momentul inițial și șase săptămâni, apoi s-au întors spre linia de bază după cincisprezece săptămâni.

Majoritatea modificărilor abundenței taxonilor nu sunt susținute după întreruperea dietei cu formulă hipocalorică

Graficele cu bare stivuite care prezintă compoziția medie a eșantionului grupului de studiu (n = 12) la momentul inițial/0 săptămâni, după șase săptămâni de dietă cu conținut scăzut de calorii și după reintroducerea regulată a alimentelor la cincisprezece săptămâni. Modificările abundenței taxonului au fost cele mai importante la șase săptămâni, dar mai ales nu au fost susținute la cincisprezece săptămâni.

Parcele prezintă modificările relative ale abundenței grupului de studiu (n = 12), incluzând toate genurile modificate semnificativ la momentul inițial/0 săptămâni, după șase săptămâni de dietă cu conținut scăzut de calorii și după reintroducerea regulată a alimentelor la cincisprezece săptămâni. Probele corespunzătoare unei persoane sunt conectate printr-o linie neagră. La sfârșitul studiului, au fost susținute doar modificări abundente ale Collinsella. inc. sed.: incertae sedis.

Discuţie

Acest studiu a investigat efectul unui program structurat de scădere în greutate asupra compoziției microbiotei intestinale determinat de secvențierea genei 16S rRNA la diabetici obezi de tip 2. În acest scop, s-au analizat probe fecale de douăsprezece persoane la momentul inițial, după șase săptămâni de dietă cu conținut scăzut de calorii și, în cele din urmă, după reintroducerea unei diete obișnuite la cincisprezece săptămâni după începerea programului. Toți participanții selectați au prezentat o pierdere continuă în greutate pe tot parcursul programului, însoțită de modificări ale microbiotei fecale. Aceste modificări au fost mai pronunțate după șase săptămâni, dar parțial inversate până la sfârșitul studiului.

Deși mai multe studii au abordat modificările microbiotei intestinale în timpul și după pierderea în greutate, unele dintre rezultate nu au fost consistente și uneori contradictorii. Rezultate diferite între studii ar putea fi explicate de fondul genetic eterogen al populațiilor studiate, regimuri dietetice diverse, structura comunității microbiene de bază diferite [15] sau metodologia diferită (secvențierea) [38]. Limitările studiului actual includ dimensiunea redusă a eșantionului și perioada limitată de cincisprezece săptămâni. Rămâne necunoscut dacă modificările raportate ale microbiotei persistă pe termen lung.

Pentru a rezuma, confirmăm rapoartele anterioare privind creșterea diversității microbiene după scăderea în greutate, care în prezentul studiu a fost însoțită de o scădere a Collinsella, un gen care a fost asociat recent cu stări metabolice slabe, diabet zaharat de tip 2 și ateroscleroză. Studiile de intervenție viitoare vor trebui să determine relevanța Collinsella în patogeneza tulburărilor metabolice. Acest studiu arată, de asemenea, că intervențiile dietetice au potențialul de a modifica direct compoziția comunității microbiene. Studiile viitoare ar trebui, prin urmare, să compare diferite formulări ale dietelor hipocalorice pentru a caracteriza modificările lor asociate microbiotei și, astfel, potențialul lor de a face programele de slăbire mai eficiente.