Characterisation of the gut microbiota in three porcine models of obesity and metabolic syndrome:The impact of diet‐induced obesity on the dynamic and profile of gut microbiota

摘要

På verdensplan, er fedme stigende i et alarmerende tempo, der har nået epidemiske proportioner. Fedme og dens følgesygdomme såsom hjertekarsygdomme, type‐2 diabetes og kræft er en enorm økonomiskbyrde for de berørte lande. Der er gjort bestræbelser på at identificere de kausale faktorer, der fører til fedme og vedligeholdelse af den fede tilstand. For nylig har forskning vist, at sammensætningen af tarmens mikrobiota kan være en medvirkende faktor til fedme. Derfor er tarmens mikrobiota et potentielt mål for modulering af fedme og dens co‐associerede morbiditeter ved hjælp af diæt med tilsætning af præ‐og probiotika.For at undersøge virkningen af kost og fedme på tarmens mikrobiota og omvendt, er der behov for translationelle dyremodeller, der kan bidrage til forståelsen af fedme og dens følgesygdomme. Grise anvendes ofte i interventionsstudier, primært på grund af lighed af deres anatomi og fysiologi til mennesker.Hovedfokus i denne Ph.d. afhandling var at belyse ændringerne i tarmens mikrobiota i løbet af kostinduceret fedme i tre grisemodeller og at relatere deres mikrobielle profiler til et fænotypisktræk, nemlig normalvægtige eller fede grise. Endvidere er disse grisemodeller blevet evalueret for deres potentiale som dyremodel, der kan anvendes i kost‐induceret fedme‐tarm mikrobiota relaterede undersøgelser i fremtiden.I denne Ph.d. afhandling blev mikrobiotaen i fæces og forskellige steder i tarmen undersøgt i tre forskellige racer af grise, der blev brugt som dyremodeller for fedme: Danske produktionssvin (Landrace x Yorkshire), Göttingen minigrise og Ossabaw minigrise. L x Y svin blev inddelt i to grupper; klonede grise, og ikke‐klonede grise der blev brugt som kontrolgruppe for de klonede grise.Tarmens mikrobiota blev primært undersøgt med molekylære metoder, såsom terminal restriktion fragment længde polymorfisme (T‐RFLP), fluorescerende in situ hybridisering (FISH), næste generation sekventering ved Illumina og to kvantitative real‐time PCR metoder ved brug af Rotor‐Gene Q instrument og high‐throughput mikrofluid‐dynamisk array (Fluidigm).Sammensætningen af mikrobiotaen i fæces, kolon og ileum i tynde og fede, klonede og ikke‐klonede grise blev undersøgt ved T‐RFLP, og resultaterne viste, at tarmens mikrobiota var påvirket af diet med højt‐fedt/høj‐energi indhold og fedme. En positiv korrelation mellem kropsvægt og procent kropsfedt blev observeret hos overvægtige klonede og ikke‐klonede grise. Baseret på tarmen mikrobielle profil, har de klonede grise ikke mindre variation i sammensætningen af deres tarm mikrobiota blandt dem end ikke‐klonede grise. Den bakterielle diversitet var det samme mellem klonede og ikke‐klonede grise over tid i både tynde og fede grise. Mikrobiotaen i kolon af de tynde klonede grise indeholdt relativt flere bakterier fra phylum Firmicutes og færre bakterier fra phylum Bacteroidetes end fede klonede grise. I de fede klonede og ikke‐klonede grise, korrelerede kropsvægt positivt med den relative forekomst af Firmicutes og negativt med Bacteroidetes, men den negative korrelation med Bacteroidetes blev kun observeret i de klonede grise.Sammensætningen af mikrobiotaen i Göttingen minigrise blev undersøgt ved næste generations sekventering af V5‐regionen af 16S rRNA‐genet. De fede Göttingen minigrises’ cecum mikrobiota var karakteriseret ved signifikant højere mængder af Spirochaetes, Tenericutes og Verrucomicrobia på phyla niveau end tynde Göttingen minigrise. Generelt blev de fleste forskelle i bakterielle grupper observeret i cecum mikrobiotaen. Baseret på qPCR analyser der var 7.6 fold mere Clostridium cluster XIV i cecum mikrobiotaen i de fede Göttingen minigrise end de tynde. Den cecum mikrobiota i slanke Göttingen minigrise havde signifikant højere mængde af phylum Firmicutes og slægterne Clostridium, Akkermensia og Methanovibribacter sammenlignet med fede Göttingen minigrise. Generelt blev de mest signifikante forskelle mellem tynde og fede Göttingen minigrises cecum mikrobiota observeret hos Gram‐negative bakterier på såvel phyla som slægt taksonomiske niveauer.Den intestinale mikrobiota af tynde og fede Ossabaw minigrise blev ligeledes undersøgt ved næste generations sekventering som i Göttingen undersøgelsen. Resultaterne viste, at den intestinale mikrobiota af de fede Ossabaw minigrise havde højere mængde af Firmicutes og lavere forekomst af Bacteroidetes i kolon og terminal ileum end de slanke Ossabaw minigrise. Endvidere fandtes en signifikant højere forekomst af slægten Clostridium, observeret i mikrobiota fra kolon og terminal ileum fra fede Ossabaw minigrise. I slanke Ossabaw minigrise var forekomsten af bakterier tilhørende slægterne Prevotella og Lactobacillus væsentligt højere i både kolon og terminal ileum end hos de fede Ossabaw minigrise. Den høje ratio af Firmicutes til Bacteroidetes er tidligere blevet knyttet til den fede fænotype. Mens mindre mængder af Lactobacillus er blevet rapporteret i fedme og er blevet forbundet til dysmetabolisme hos muse.Som konklusion, har de klonede grise ikke en mindre variation i sammensætningen af deres tarm mikrobiota i forhold til ikke‐klonede grise, i hverken den fede eller tynde tilstand. Tarm mikrobielle analyser af tynde og fede produktionssvin tyder på, at kost med højt indhold af fedt og energi, både i begrænsede mængder og ad libitum, er forbundet med ændringer i tarmens mikrobiota. Samlet set, påvirker kost med højt indhold af fedt og energi sammensætningen af tarmens mikrobiota anderledes end normalt føde, som det blev observeret hos både de klonede/ikke‐klonede L x Y grise, Ossabaw ogGöttingen minigrise.