Name: applying advanced in vitro culturing technology to study the human gut microbiota
Uploaded: 2019-02-15T14:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Applying Advanced In Vitro Culturing Technology to Study the Human Gut Microbiota at JoVE.com

السيدة أودري توماس-جارينج المسلم للعمل لها GC/MS. كما نود أن نشكر ماسيمو مارزوراتي لتحرير المخطوطة.

1-المواد والأعمال التحضيرية
ملاحظة: يتم شراء وسيلة محددة كمسحوق (انظر الجدول للمواد). تكوين وسيلة محددة في غرام/لتر هي التالية: أرابينوجالاكتان (1.2)، البكتين (2.0)، زيلان (0.5)، والسكر (0.4)، خلاصة الخميرة (3.0)، ببتون الخاصة (1.0)، الميوسين (2.0)، L-سيستين-HCl (0.2).
<ol><li>
<stro...

<ol>
	<li>Johansson, M., Larsson, J., Hansson, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+two+mucus+layers+of+colon+are+organized+by+the+MUC2+mucin,+whereas+the+outer+layer+is+a+legislator+of+host-microbial+interactions.">The two mucus layers of colon are organized by the MUC2 mucin, whereas the outer layer is a legislator of host-microbial interactions.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (1), 4659-4665 (2011).</li><li>Xu, J., Gordon, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Honor+thy+symbionts.">Honor thy symbionts.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (18), 10452-10459 (2003).</li><li>Jandhyala, S., Talukdar, R., Subramanyam, C., Vuyyuru, H., Sasikala, M., Reddy, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+the+normal+gut+microbiota.">Role of the normal gut microbiota.</a> World Journal of Gastroenterology. 21 (29), 8787-8803 (2015).</li><li>Macfarlane, G., Macfarlane, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Models+for+intestinal+fermentation:+association+between+food+components,+delivery+systems,+bioavailability+and+functional+interactions+in+the+gut.">Models for intestinal fermentation: association between food components, delivery systems, bioavailability and functional interactions in the gut.</a> Current Opinion in Biotechnology. 18 (2), (2007).</li><li>McDonald, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simulating+distal+gut+mucosal+and+luminal+communities+using+packed-column+biofilm+reactors+and+an+in+vitro+chemostat+model.">Simulating distal gut mucosal and luminal communities using packed-column biofilm reactors and an in vitro chemostat model.</a> Journal of Microbiological Methods. 108, 36-44 (2015).</li><li>Van den Abbeele, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Arabinoxylans,+inulin+and+Lactobacillus+reuteri+1063+repress+the+adherent-invasive+Escherichia+coli+from+mucus+in+a+mucosa-comprising+gut+model.">Arabinoxylans, inulin and Lactobacillus reuteri 1063 repress the adherent-invasive Escherichia coli from mucus in a mucosa-comprising gut model.</a> NPJ Biofilms and Microbiomes. 27 (2), 16016 (2016).</li><li>Van den Abbeele, P., Van de Wiele, T., Verstraete, W., Possemiers, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+host+selects+mucosal+and+luminal+associations+of+coevolved+gut+microorganisms:+a+novel+concept.">The host selects mucosal and luminal associations of coevolved gut microorganisms: a novel concept.</a> FEMS Microbiology Reviews. 35 (4), 681-704 (2011).</li><li>Van den Abbeele, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Incorporating+a+mucosal+environment+in+a+dynamic+gut+model+results+in+a+more+representative+colonization+by+lactobacilli.">Incorporating a mucosal environment in a dynamic gut model results in a more representative colonization by lactobacilli.</a> Microbial Biotechnology. 5 (1), 106-115 (2012).</li><li>Kinross, J., Darzi, A., Nicholson, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gut+microbiome-host+interactions+in+health+and+disease.">Gut microbiome-host interactions in health and disease.</a> Genome Medicine. 3 (3), 14 (2011).</li><li>Wissenbach, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+metabolomics+of+defined+in+vitro+gut+microbial+ecosystems.">Optimization of metabolomics of defined in vitro gut microbial ecosystems.</a> International Journal of Medical Microbiology. 306 (5), 280-289 (2016).</li><li>McDonald, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+microbial+community+reproducibility,+stability+and+composition+in+a+human+distal+gut+chemostat+model.">Evaluation of microbial community reproducibility, stability and composition in a human distal gut chemostat model.</a> Journal of Microbiological Methods. 95 (2), 167-174 (2013).</li><li>Venema, K., van den Abbeele, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+models+of+the+gut+microbiome.">Experimental models of the gut microbiome.</a> Best Practice and Research. Clinical Gastroenterology. 27 (1), 115-126 (2013).</li><li>Krishnan, S., Alden, N., Lee, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pathways+and+functions+of+gut+microbiota+metabolism+impacting+host+physiology.">Pathways and functions of gut microbiota metabolism impacting host physiology.</a> Current Opinion in Biotechnology. 36, 137-145 (2015).</li><li>Lach, G., Schellekens, H., Dinan, T., Cryan, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anxiety,+Depression,+and+the+Microbiome:+A+Role+for+Gut+Peptides.">Anxiety, Depression, and the Microbiome: A Role for Gut Peptides.</a> Neurotherapeutics. 15 (1), 36-59 (2018).</li><li>Arias-Jayo, N., Alonso-Saez, L., Ramirez-Garcia, A., Pardo, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Zebrafish+Axenic+Larvae+Colonization+with+Human+Intestinal+Microbiota.">Zebrafish Axenic Larvae Colonization with Human Intestinal Microbiota.</a> Zebrafish. 00 (00), (2017).</li><li>Zhu, W., Lin, K., Li, K., Deng, X., Li, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reshaped+fecal+gut+microbiota+composition+by+the+intake+of+high+molecular+weight+persimmon+tannin+in+normal+and+high-cholesterol+diet-fed+rats.">Reshaped fecal gut microbiota composition by the intake of high molecular weight persimmon tannin in normal and high-cholesterol diet-fed rats.</a> Food and Function. 9 (1), 541-551 (2018).</li><li>Nguyen, T., Vieira-Silva, S., Liston, A., Raes, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+informative+is+the+mouse+for+human+gut+microbiota+research.">How informative is the mouse for human gut microbiota research.</a> Disease Model Mechanisms. 8 (1), 1-16 (2015).</li><li>Hale, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diet+Versus+Phylogeny:+a+Comparison+of+Gut+Microbiota+in+Captive+Colobine+Monkey+Species.">Diet Versus Phylogeny: a Comparison of Gut Microbiota in Captive Colobine Monkey Species.</a> Microbial Ecology. 75 (2), 515-527 (2018).</li><li>Lu, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Host+contributes+to+longitudinal+diversity+of+fecal+microbiota+in+swine+selected+for+lean+growth.">Host contributes to longitudinal diversity of fecal microbiota in swine selected for lean growth.</a> Microbiome. 6 (1), 4 (2018).</li><li>Payne, A., Zihler, A., Chassard, C., Lacroix, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+and+perspectives+in+in+vitro+human+gut+fermentation+modeling.">Advances and perspectives in in vitro human gut fermentation modeling.</a> Trends in Biotechnology. 30 (1), 17-25 (2012).</li><li>Muegge, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diet+drives+convergence+in+gut+microbiome+functions+across+mammalian+phylogeny+and+within+humans.">Diet drives convergence in gut microbiome functions across mammalian phylogeny and within humans.</a> Science. 332 (6032), 970-974 (2011).</li><li>Santiago-Rodriguez, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemostat+culture+systems+support+diverse+bacteriophage+communities+from+human+feces.">Chemostat culture systems support diverse bacteriophage communities from human feces.</a> Microbiome. 9 (3), 58 (2015).</li><li>Sousa, T., Paterson, R., Moore, V., Carlsson, A., Abrahamsson, B., Basit, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+gastrointestinal+microbiota+as+a+site+for+the+biotransformation+of+drugs.">The gastrointestinal microbiota as a site for the biotransformation of drugs.</a> International Journal of Pharmaceutics. 363 (1-2), 1-25 (2008).</li><li>Pferschy-Wenzig, E., Koskinen, K., Moissl-Eichinger, C., Bauer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Combined+LC-MS+Metabolomics-+and+16S+rRNA+Sequencing+Platform+to+Assess+Interactions+between+Herbal+Medicinal+Products+and+Human+Gut+Bacteria+in+Vitro:+a+Pilot+Study+on+Willow+Bark+Extract.">A Combined LC-MS Metabolomics- and 16S rRNA Sequencing Platform to Assess Interactions between Herbal Medicinal Products and Human Gut Bacteria in Vitro: a Pilot Study on Willow Bark Extract.</a> Frontiers in Pharmacology. 8 (893), (2017).</li><li>Cueva, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+fermentation+of+grape+seed+flavan-3-ol+fractions+by+human+faecal+microbiota:+changes+in+microbial+groups+and+phenolic+metabolites.">In vitro fermentation of grape seed flavan-3-ol fractions by human faecal microbiota: changes in microbial groups and phenolic metabolites.</a> FEMS Microbiology Ecology. 83 (3), 792-805 (2013).</li><li>Molly, K., Van de Woestyne, M., Verstraete, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+5-step+multi-chamber+reactor+as+a+simulation+of+the+human+intestinal+microbial+ecosystem.">Development of a 5-step multi-chamber reactor as a simulation of the human intestinal microbial ecosystem.</a> Applied Microbiology and Biotechnology. 39 (2), 254-258 (1993).</li><li>Wang, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Apigenin+Impacts+the+Growth+of+the+Gut+Microbiota+and+Alters+the+Gene+Expression+of+Enterococcus.">Apigenin Impacts the Growth of the Gut Microbiota and Alters the Gene Expression of Enterococcus.</a> Molecules. 22 (8), (2017).</li><li>Caporaso, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=QIIME+allows+analysis+of+high-throughput+community+sequencing+data.">QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data.</a> Nature Methods. 7 (5), 335-336 (2010).</li><li>Edgar, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Search+and+clustering+orders+of+magnitude+faster+than+BLAST.">Search and clustering orders of magnitude faster than BLAST.</a> Bioinformatics. 26 (19), 2460-2461 (2010).</li><li>Cole, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ribosomal+Database+Project:+data+and+tools+for+high+throughput+rRNA+analysis.">Ribosomal Database Project: data and tools for high throughput rRNA analysis.</a> Nucleic Acids Research. 42 (database issue), 633-642 (2014).</li><li>McDonald, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+improved+Greengenes+taxonomy+with+explicit+ranks+for+ecological+and+evolutionary+analyses+of+bacteria+and+archaea.">An improved Greengenes taxonomy with explicit ranks for ecological and evolutionary analyses of bacteria and archaea.</a> The ISME Journal. 6 (3), 610-618 (2012).</li><li>Liu, L. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Establishing+a+mucosal+gut+microbial+community+in+vitro+using+an+artificial+simulator.">Establishing a mucosal gut microbial community in vitro using an artificial simulator.</a> PLoS ONE. 13 (7), e0197692 (2018).</li><li>Van de Wiele, T., Van den Abbeele, P., Ossieur, W., Possemiers, S., Marzorati, M., Verhoeckx, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+27:+The+Simulator+of+the+Human+Intestinal+Microbial+Ecosystem+(SHIME+&#174;).">Chapter 27: The Simulator of the Human Intestinal Microbial Ecosystem (SHIME &#174;).</a> The Impact of Food Bio-Actives on Gut Health. , (2015).</li><li>Van den Abbeele, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Butyrate-producing+Clostridium+cluster+XIVa+species+specifically+colonize+mucins+in+an+in+vitro+gut+model.">Butyrate-producing Clostridium cluster XIVa species specifically colonize mucins in an in vitro gut model.</a> The ISME Journal. 7 (5), 949-961 (2013).</li><li>Possemiers, S., Verth&#233;, K., Uyttendaele, S., Verstraete, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PCR-DGGE-based+quantification+of+stability+of+the+microbial+community+in+a+simulator+of+the+human+intestinal+microbial+ecosystem.">PCR-DGGE-based quantification of stability of the microbial community in a simulator of the human intestinal microbial ecosystem.</a> FEMS Microbiology Ecology. 49 (3), 495-507 (2004).</li><li>Tan, J., McKenzie, C., Potamitis, M., Thorburn, A., Mackay, C., Macia, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+short-chain+fatty+acids+in+health+and+disease.">The role of short-chain fatty acids in health and disease.</a> Advances in Immunology. 121, 91-119 (2014).</li><li>Yang, J., Kweon, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+gut+microbiota:+a+key+regulator+of+metabolic+diseases.">The gut microbiota: a key regulator of metabolic diseases.</a> BMB Reports. 49 (10), 536-541 (2016).</li><li>Sonnenburg, J., B&#228;ckhed, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diet-microbiota+interactions+as+moderators+of+human+metabolism.">Diet-microbiota interactions as moderators of human metabolism.</a> Nature. 535 (7610), 56-64 (2016).</li></ol>

وقد وضعت نظم تثقيف في المختبر لدراسة الحجمية الأمعاء الغليظة. وهم يستخدمون أجهزة مصممة لمحاكاة الظروف الفسيولوجية المعدي المعوي، تعزيز نمو مجتمع الميكروبية القناة الهضمية ناضجة لكل منطقة في القولون33. في حين أن مفهوم منطقية ومفهومة، يتطلب تشغيل الفعلي لنظم تثقيف في المختبر ?...

الحجمية القناة الهضمية هو مجتمع كائنات الحية الدقيقة الموجودة في القناة الهضمية البشرية (GIT).  ويصل هذا المجتمع إلى التركيز الأقصى في القولون، حيث يقدر أن يعقد البكتيريا-1014 1013، 500-1,000 الأنواع، التي تعيش في التعايش مع القولون الوسط1،2. تغيير تكوين ووظائف الحجمية القناة الهضمية مكانياً على طول جيت، تشكيل مجتمعات المنطقة المحددة، مع تنوع معظم وجدت ديستالي2،3،،من45. لكل منطقة التشريحية، تتواجد المجتمعات الميكروبية منفصلة في التجويف و البطانة المخاطية6. أن المجتمع التجويف لديه الوصول المباشر للمواد الغذائية ركائز التحرك من خلال حجرة لومينال7. وعلى الرغم من ذلك، يقيم بعض البكتيريا تفضيلي في طبقة المخاط، الاستفادة من الميوسين التي تنتجها خلايا القولون كمصدر الطاقة1،،من58. الفرق في ميكرونفيرونمينتس بين نتائج المراحل لومينال والأغشية المخاطية في الاختلاف وتنمية المجتمعات مرحلة محددة. معا، هذه المجتمعات وتوفير وظائف التمثيل الغذائي، مثل استقلاب المواد الغذائية وإنتاج الفيتامينات، والوظائف المناعية، مثل منع الاستعمار من مسببات الأمراض البشرية1،3، 9-الحجمية الأمعاء كما تعمل وظيفيا بالاقتران مع خلايا القولون البشرية3.
كجزء هام من بوابة البشرية، فإنه ليس من المستغرب أن يعرف الحجمية القناة الهضمية للمساهمة في كلا المضيف الصحة والمرض حالة3،9،10،،من1112. تحولاً في السكان الميكروبية الأمعاء ارتبطت بأمراض الإنسان متعددة، بما في ذلك الاضطرابات بوابة مثل أمراض الأمعاء الأمعاء (بنك التنمية بين الأمريكتين) ومتلازمة الأمعاء الأمعاء (IBS)، ولكن أيضا الأمراض الأخرى، مثل السمنة وأمراض الدورة الدموية، والتوحد 3 , 9 , 10 , 11 , 12-نواتج الأيض المنتجة من الحجمية القناة الهضمية لها تأثير عالمي، الوصول إلى مواقع بعيدة عن ال12،القناة الهضمية13. على سبيل المثال، محور الأمعاء والدماغ المرتبطة باضطرابات نفسية مثل القلق والاكتئاب14. ولذلك، تدرس الحجمية القناة الهضمية المهم إلى حقول متعددة للبحوث، وينطبق على العديد من الأمراض، حتى تلك التي كثيرا ما لا المقترنة بوابة.
في حين أن من المسلم به على نطاق واسع أن من المهم دراسة الحجمية القناة الهضمية، مسعى معقد. نماذج حيوانية متعددة متاحة، من الحيوانات الصغيرة مثل الزرد والجرذان والفئران، إلى الأكبر حجماً مثل القردة والخنازير15-19. ومع ذلك، تطبيق هذه الحيوانات من حيث الحجمية القناة الهضمية البشرية لا واضحة، منذ هذه الحيوانات لديها مجتمع بكتيرية فريدة من نوعها التي تطورت على أساس البيئة والنظام الغذائي، وهم تشريحيا متميزة من البشر20 , 21-استخدام البشر إزالة مسألة ذات صلة حتى الآن تقدم مجموعة أخرى من التحديات. الدراسات الإنسانية هي مكلفة وتستغرق وقتاً طويلاً، وهي مقيدة أخلاقيا11. وعلاوة على ذلك، تؤثر عوامل التباس الحجمية القناة الهضمية في الدراسات الإنسانية، بما في ذلك العمر أو مرحلة النمو والبيئة والنظام الغذائي، الأدوية والعوامل الوراثية2،،من422.  وهناك أيضا قيود على ما يمكن أن يكون اختبار في البشر، وأي نوع من العينات يمكن أن تحصد ما هي الأوقات4.
أحد العيوب الحرجة لاستخدام نظام في فيفو لدراسة الحجمية القناة الهضمية هو وجود مكونات الثدييات. الحجمية الأمعاء والخلايا البشرية التي تتفاعل مع بعضها البعض، وفي في فيفو الإعداد، من المستحيل التمييز بين الاثنين. وتؤخذ نواتج الأيض التي تنتجها الحجمية القناة الهضمية خلايا القولون، حيث لا يمكن حساب القياسات بدقة. ولذلك، يجب أن يكون أي دراسة ميكانيكية محدودة إلى نقطة النهاية القياسات11. هو عيب رئيسي آخر للدراسات المجراة في عجز عن حصاد العينات من مناطق مختلفة بوابة طوليا23. وهذا لا يسمح بتقييم التغيرات التي قد تحدث في ميكرونفيرونمينتس القولون على مدى الساعة12.  في فيفو دراسات كثيرة، بما في ذلك الدراسات الإنسانية، تعتمد على تحليل عينات البراز للكشف عن التغيرات الحجمية القناة الهضمية12. بينما هذا مفيدة، لا تقدم بيانات عن الحجمية القناة الهضمية عبر بوابة ولا يفرق بين المجتمعات لومينال والأغشية المخاطية5،6،،من78.
الحجمية القناة الهضمية، مطلوب تطبيق أسلوب في المختبر لدراسة ديناميات المجتمع البكتيرية، ودون تدخل من مكونات الثدييات. يسمح استخدام أسلوب في المختبر لمراقبة مشددة من الظروف البيئية10واختبار معلمات متعددة في وقت واحد، والقدرة على أخذ عينات طوليا، وفي أحجام كبيرة11. نظراً لأسلوب في المختبر يستخدم أحد الأجهزة ميكانيكية ولا مضيف، تلزم لا اعتبارات السن، والبيئة، والنظام الغذائي، أو الخلفية الوراثية. هذه النظم يمكن استخدامها لاختبار أما الطائفة الحجمية القناة الهضمية كاملة، فقط تحديد الكائنات، أو السلالات حتى واحد. الأهم من ذلك، النتائج في المختبر استنساخه، وبعد الاحتفاظ بمستوى تنوع مقارنة للدراسات المجراة في11،22.
اعتماداً على فرضية قيد البحث والنتائج المرجوة، وأنا يمكن أن يؤديهاالمختبر ن الدراسات في العديد من الطرق.  وهي تستخدم نظم سفينة واحدة وأساليب بسيطة، مثل حضانة عينات البراز هوموجيناتي24 أو أداء الثقافات دفعة واحدة على مدى 24-48 ح25. أنها يمكن أيضا أن يتم ذلك استخدام نظم سفينة واحدة وأساليب أكثر تعقيداً، مثل استخدام نظام تشيموستات لإنتاج مجتمع الميكروبي القناة الهضمية مستقرة11. ومع ذلك، استخدام مفاعل واحد يمكن الإفراط تبسيط الحجمية12 نظراً لأنه يمثل فقط قسم واحد من القولون، على الرغم من القولون ويتألف من مناطق التصاعدي والتنازلي عرضية.
ومن أجل دراسة المجتمع الحجمية القناة الهضمية التي تتطور في مناطق مختلفة من القولون (المناطق التصاعدي والتنازلي عرضية)، يمكن أن تستخدم نظام معقدة ومتعددة المراحل. في هذه الأنظمة، يتم إعداد سفن متعددة لتقليد في مناطق مختلفة من القولون، حيث تزرع الحجمية القناة الهضمية في منطقتي تصاعدي، وعرضية، وتنازلي بشكل مستقل. وترتبط هذه السفن، باستخدام مضخات لنقل ركائز في التسلسل، من الصعود إلى عرضية إلى منطقتي القولون تنازلي، ومحاكاة تدفق المواد الغذائية من خلال بوابة.
وكان الهدف من هذه الدراسة لإظهار كيف نظام 5-مرحلة ثقافة في المختبر (انظر الجدول للمواد) يمكن استخدامها لتنمية المجتمع الحجمية القناة الهضمية، وتثبت ديناميات المجتمع من حيث الاستقرار وتكوين. في هذا النظام، يمثل سفينة واحدة في المعدة وواحدة تمثل في الأمعاء. القولون ينقسم إلى ثلاث مناطق (تصاعدي، عرضية، تنازلي)، مع سفينة واحدة تمثل كل منطقة26. في هذا الإعداد التجريبية، نظامان كاملة تم تشغيلها في نفس الوقت، ومع الوحدة 1 تحتوي على حاملات الميوسين ليمثل سطح الغشاء المخاطي ووحدة 2 التي تحتوي على لا شركات الميوسين. وقورنت المجتمعات التي وضعت في مراحل لومينال والأغشية المخاطية لكل منطقة إلى بعضها البعض، وأن العدوى البراز على مر الزمن باستخدام التسلسل الجيني الرنا الريباسي 16S وتحليل الهيئة. وتبين النتائج المعروضة نوع المجتمع، سواء من حيث تكوينها ووظيفة، والتي يمكن أن تنتج من هذا النوع من النظام في المختبر.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>TWINSHIME</td>
			<td>Prodigest</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>defined medium (Adult M-SHIME growth medium with starch)</td>
			<td>Prodigest</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Masterflex tubing</td>
			<td>cole Parmer</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Urine Drainage bag</td>
			<td>Bard</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Labsorb</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fecal sample</td>
			<td>Openbiome</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringes</td>
			<td>Becton Dickson</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Defined medium</td>
			<td>Prodigest</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxgall Bile</td>
			<td>Becton Dickson</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pancreatin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass ware</td>
			<td>Ace Glass</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Porcine mucin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bacteriological agar</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterilization pouches</td>
			<td>VWR</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BeadBug</td>
			<td>Benchmark Scientific</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triple-Pure High Impact Zirconium 0.1mm Bead beater tube</td>
			<td>Benchmark Scientific</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RNAse free, DNAse free, sterile water</td>
			<td>Roche</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shimadzu QP2010 Ultra GC/MS</td>
			<td>Shimadzu</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stabilwax-DA column, 30m, 0.25mm ID, 0.25&#181;m</td>
			<td>Restek</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>plastic mucin carriers</td>
			<td>Prodigest</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

applying advanced in vitro culturing technology to study the human gut microbiota

الحجمية القناة الهضمية البشرية تلعب دوراً حيويا في صحة الإنسان والمرض. دراسة الحجمية الأمعاء باستخدام نموذج في فيفو ، صعب نظراً لطبيعتها المعقدة، وارتباطه المتنوعة مع مكونات الثدييات. والهدف من هذا البروتوكول هو ثقافة الحجمية القناة الهضمية في المختبر، الذي يسمح لدراسة ديناميات الحجمية القناة الهضمية، دون الحاجة إلى النظر في مساهمة الوسط الثدييات. تستخدم في المختبر استزراع التكنولوجيا، هي محاكاة الظروف الفسيولوجية للقناة المعوية المعدية، بما في ذلك معلمات مثل درجة الحموضة ودرجة الحرارة، أنايروبيوسيس، ووقت العبور. هو محاكاة سطح القولون المعوية عن طريق إضافة حاملات المغلفة الميوسين وخلق مرحلة مخاطية وأضاف بعدا جديداً. هو عرض الحجمية القناة الهضمية بتطعيم بمادة البراز البشري. عند التطعيم مع هذا الخليط المعقد من البكتيريا، الميكروبات محددة هي أثري مختلف الطولية (تصاعدي، نقطتين عرضية وتنازلي) والبيئات (لومينال والأغشية المخاطية) مستعرضاً النموذج في المختبر. من الأهمية بمكان للسماح للنظام للوصول إلى حالة مستقرة، التي تبقى مستقرة على المجتمع ونواتج الأيض المنتجة. وتبين النتائج التجريبية في هذه المخطوطة كيف أن القناة الهضمية الملقحين الحجمية يتطور المجتمع إلى مجتمع مستقر على مر الزمن. متى تحقق حالة ثابتة، يمكن استخدام هذا النظام لتحليل التفاعلات البكتيرية ووظائف المجتمع أو لاختبار آثار أي إضافات على الحجمية القناة الهضمية، مثل الأغذية، والمكونات الغذائية أو المستحضرات الصيدلانية.

ويصف البروتوكول أعلاه إعداد، التطعيم، وتشغيل نظام 5-مرحلة في المختبر لدراسة الحجمية الأمعاء القولون. لتوليد البيانات المعروضة أدناه، بعد استخراج الحمض النووي، أجرى 16S الرنا الريباسي ماركر تسلسل الحمض النووي الجينات في منطقة V1V2 باستخدام الإنتاجية العالية التسلسل (مثل...

Watch this Scientific Journal Video about Applying Advanced In Vitro Culturing Technology to Study the Human Gut Microbiota at JoVE.com

Applying Advanced In Vitro Culturing Technology to Study the Human Gut Microbiota

تطبيق متقدم في المختبر استزراع التكنولوجيا لدراسة الحجمية القناة الهضمية البشرية

نقدم هنا، على بروتوكول لاستزراع الحجمية الأمعاء القولون في المختبر، باستخدام سلسلة من المفاعلات الحيوية التي تحاكي الظروف الفسيولوجية للقناة المعدية المعوية.

The human gut microbiota plays a vital role in both human health and disease. Studying the gut microbiota using an in vivo model, is difficult due to its ...

الهدف من هذا البروتوكول هو استزراع ميكروبيوتا الأمعاء في المختبر. وسوف تسمح لدراسة ديناميات الميكروبات دون الحاجة إلى النظر في مساهمة عنصر حديث. باستخدام هذا النظام متعدد المراحل في المختبر ، ونحن نعول على المجتمع الميكروبية لتطوير في الإنارة وعلى المخاطية من مناطق متعددة من القولون يمكن أن تبدأ في وقت واحد.مظاهرة بصرية من هذه الطريقة مفيد نظرا لتعقيد هذا النظام في المختبر. تبدأ بتعبئة القولون التصاعدي مع 500 ملليلتر من المتوسطة المعرفة، القولون عرضية مع 800 ملليلتر من المتوسطة المعرفة، والقولون التنازلي مع 600 ملليلتر من المتوسطة المعرفة. إضافة المخاط agricarriers إلى مناطق القولون في كمية متناسبة مع حجم المفاعل، واستخدام أنبوب عينة والحقنة لإزالة أي فائض متوسط تعريف من كل مفاعل.استخدم مسابير درجة الـ "هـ" لضبط درجة الـ (PH) في كل مفاعل. و اطفئ تدفق النيتروجين لمدة 20 دقيقة بعد ذلك، ذوبان تجانس البراز وفقا لإرشادات الشركة المصنعة قبل تحميل حقنة 60 ملليلتر مع عينة تجانس البراز.ثم، تلقيح كل مفاعل القولون من خلال ميناء العينة مع كمية من التجانس يساوي 5٪ من حجم المفاعل لكل ثقافة بين عشية وضحاها مع السيطرة على درجة حرارة تحتية. في صباح اليوم التالي، تنظيف قفل luer على ميناء عينة من كل مفاعل حيوي مع الكحول. عندما تجفف الموانئ، قم بتوصيل حقنة 30 ملليلتر، التي يتم تطهيرها من كل الهواء، بأحد منافذ العينة.سحب المكبس ثلاث إلى خمس مرات لضمان خلط شامل لمكونات السفينة قبل التعرق 15 ملليلتر من عظمى الثقافة من مفاعل حيوي. ثم نقل العينة اللمبة إلى أنبوب فالكون العقيمة ووضعها على الجليد. لتحليل الحمض النووي، وجمع 1-3 ملليلتر من السائل الإنارة باستخدام حقنة خمسة ملليلتر.جمع شكل فائقة المفاعلات الحيوية الأخرى بنفس الطريقة. لتخصيص عينة من المواد لتحليل الأحماض الدهنية سلسلة قصيرة، الطرد المركزي 15 ملليلتر من عينة مزخرفة من الفائدة، ومحاقن تصفية supernate من خلال مرشح المسام ميكرومتر 0.2 للتخزين ناقص 80 درجة مئوية. لتخصيص عينة من المواد لتحليل الحمض النووي، الطرد المركزي ملليلتر واحد من السائل الإنارة وتخزين بيليه في ناقص 80 درجة مئوية.لحصاد عينة مكوسال، قم بإزالة حاملات الميوسين المعدة من تخزين أربع درجات مئوية وتشغيل تدفق النيتروجين. فتح بسرعة غطاء المفاعل واستبدال 50٪ من حاملات في كل مفاعل مع جديدة. عندما تم استبدال جميع الناقلات، بسرعة إعادة التصنيد الغطاء والحفاظ على تدفق النيتروجين لمدة 20 دقيقة أخرى.ثم aliquot 0.25 إلى 0.5 غرام من الناقل المخاطين أجار في أنابيب ميليلتر الفردية للتخزين ناقص 80 درجة مئوية حتى استخراج الحمض النووي. ثلاث مرات في اليوم النظام دورات تلقائيا. يبدأ هذا مع 140 ملليلتر من المتوسطة المعرفة المنقولة إلى مفاعل حيوي للمعدة تليها حضانة ساعة واحدة مع السيطرة على درجة حموضة.في نهاية الحضانة ، يتم نقل محتويات المعدة إلى الأمعاء الدقيقة مع 60 ملليلتر من عصير البنكرياس. في الأمعاء الدقيقة bioreactor ، يتم ضبط الـ pH تلقائيًا إلى 6.7 إلى 6.9 ، واحتضان المحتويات لمدة 90 دقيقة. خلال هذا الحضانة، يتم تشغيل تدفق النيتروجين لكل نظام لمدة إجمالية 10 دقائق.في نهاية هذا الحضانة، يتم نقل محتويات الأمعاء الدقيقة إلى القولون الصاعد، من القولون الصاعد إلى القولون المُناقل، ومن القولون المُنْحَرَض إلى القولون التنازلي، ومن القولون التنازلي إلى النفايات. في هذا التحليل الرئيسي التمثيلي، تغير المجتمع بشكل اهدّام بين يومين واحد وسبعة أيام. ومع ذلك، من يوم 11 بعد التطعيم حتى نهاية التجربة، احتلت العينات منطقة صغيرة من المجال تحليل الإحداثيات الرئيسية لكلا العينة لعينة عينات من درجات المسافة على أساس وحدة التصنيف التشغيلية، وجود إلى غياب، ووفرة.يكشف قياس ثلاثة أحماض دهنية قصيرة السلسلة بارزة أن حمض البربونيك وحمض بوتانويك وحمض الخليك يتقلب من بداية التجربة حتى اليوم 15 تلقيح آخر. بعد اليوم 15، ظلت كميات هذه الأحماض المنتجة في كل منطقة من مناطق القولون ثابتة مع تغييرات طفيفة فقط حتى نهاية التجربة. تحليل المجتمع المستقر للمرحلة اللمبة والمخاطية لكل منطقة من مناطق القولون يدل على أن المجتمعات التي تتطور في مناطق القولون الفردية في نظام في المختبر تشبه تكوين البراز في الظفر.وتكشف المقارنة بين التنوع ألفا للنظام في المختبر عن مستوى مماثل من التنوع مثل مستوى الاستنماء لجميع المناطق باستثناء العينات البارزة من المنطقة الصاعدة. إثبات أن نظام الثقافة في المختبر قادر على إنتاج مجتمع مماثل للبراز في كل من التكوين والتنوع. لإنتاج مجتمع ميكروبيوتا الأمعاء مستقرة باستخدام هذا البروتوكول، فمن الأهمية بمكان لضمان أن يتم إعداد الحلول بدقة وأن الشروط anerobic والمعلمات pH يتم الحفاظ على جميع أنحاء التجربة.بعد هذا الإجراء، يمكن تحليل العينات لتكوين المجتمع باستخدام التسلسل التالي للحمض النووي الجنرال تليها تحليل المعلوماتية الحيوية والوظائف باستخدام المستقلبوميكس.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

تصميم مفاعل حيوي لضغط الدوري السابقين فيفو دراسة صمامات القلب الأورطي

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

Human Cartilage Tissue Fabrication Using Three-dimensional Inkjet Printing Technology

الغضروف الإنسان الأنسجة التصنيع باستخدام ثلاثي الأبعاد تكنولوجيا الطباعة النافثة للحبر

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and ...

Culturing Mouse Cardiac Valves in the Miniature Tissue Culture System

زراعة ماوس القلب صمامات في مصغرة نظام زراعة الأنسجة

Heart valve disease is a major burden in the Western world and no effective treatment is available. This is mainly due to a lack of knowledge of the ...

Eye Irritation Test (EIT) for Hazard Identification of Eye Irritating Chemicals using Reconstructed Human Cornea-like Epithelial (RhCE) Tissue Model

Eye Irritation Test EIT for Hazard Identification of Eye Irritating Chemicals using Reconstructed Human Cornea-like Epithelial RhCE Tissue Model

العين تهيج اختبار (EIT) لتحديد مخاطر العين مهيج للمواد الكيميائية باستخدام يعيد الإنسان القرنية مثل الظهارية (RHCE) الأنسجة نموذج

To comply with the Seventh Amendment to the EU Cosmetics Directive and EU REACH legislation, validated non-animal alternative methods for reliable and ...

TAPE: A Biodegradable Hemostatic Glue Inspired by a Ubiquitous Compound in Plants for Surgical Application

الشريط: والقابلة للتحلل مرقئ الغراء مستوحاة من مجمع في كل مكان في النباتات لتطبيق الجراحي

This video describes the simplest protocol for preparing biodegradable surgical glue that has an effective hemostatic ability and greater water-resistant ...

Co-culture of Living Microbiome with Microengineered Human Intestinal Villi in a Gut-on-a-Chip Microfluidic Device

شارك في ثقافة المعيشة Microbiome مع المعوية الزوائد Microengineered الإنسان في الوتر على واحد في رقاقة ميكروفلويديك الأجهزة

Here, we describe a protocol to perform long-term co-culture of multi-species human gut microbiome with microengineered intestinal villi in a human ...

An In Vitro Organ Culture Model of the Murine Intervertebral Disc

An In Vitro Organ Culture Model of the Murine Intervertebral Disc

ل<em&gt; في المختبر</em&gt; نموذج الثقافة الجهاز من الفئران فقرات القرص

Intervertebral disc (IVD) degeneration is a significant contributor to low back pain. The IVD is a fibrocartilaginous joint that serves to transmit and ...

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional Poly(&#949;-caprolactone) Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional PolyÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Âµ-caprolactone Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

تذوب الكتابة اليكتروسبينينج من السقالات Poly(ε-caprolactone) ثلاثي الأبعاد مع مورفولوجيس يمكن السيطرة عليها لتطبيقات هندسة الأنسجة

This tutorial reflects on the fundamental principles and guidelines for electrospinning writing with polymer melts, an additive manufacturing technology ...

Creating a Structurally Realistic Finite Element Geometric Model of a Cardiomyocyte to Study the Role of Cellular Architecture in Cardiomyocyte Systems Biology

إنشاء نموذج عنصر محدود هيكلي واقعية هندسية من كارديوميوسيتي لدراسة دور البنية الخلوية في بيولوجيا الأنظمة كارديوميوسيتي

With the advent of three-dimensional (3D) imaging technologies such as electron tomography, serial-block-face scanning electron microscopy and confocal ...

Bioparticle Microarrays for Chemotactic and Molecular Analysis of Human Neutrophil Swarming in vitro

الجسيمات الحيوية Microarrays للتحليل الكيميائي والجزيئي للالعدلة البشرية يحتشدون في المختبر

Neutrophil swarming is a cooperative process by which neutrophils seal off a site of infection and promote tissue reorganization. Swarming has classically ...