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

さんオードリー トーマス Gahring は、彼女の GC/MS の仕事のために認められています。原稿を編集のマッシモ Marzorati に感謝したいと思いますまた。

1. 材料と準備
注:粉末培地を購入 (材料の表を参照してください)。G/L の培地の組成は以下の通りです: アラビノガラクタン (1.2)、ペクチン (2.0)、キシラン (0.5)、グルコース (0.4)、酵母エキス (3.0)、特別なペプトン (1.0)、ムチン (2.0)、L システイン塩酸 (0.2)。
<ol><li>
培地を準備します。
	<ol>
<li>二重蒸留水、脱イオン水 2 L と 4 L フラ?...

<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>

体外培養システムは、大腸の腸内細菌を研究して開発されています。器具コロン33の地域ごとの成熟した腸内微生物群集の成長を促進、胃消化器官の生理学的条件をシミュレートするように設計を使用します。腸内細菌を研究する体外培養システムの実際の実行の概念は、論理的でわかりやすいですが、精度と信頼性の高い結果を生成すると予想し、が何必要の理解を必要?...

腸内細菌は、人間の消化管 (GIT の) 内に存在する微生物のコミュニティです。 このコミュニティでは、コロン、コロン環境1,2との共生に住んでいる 500 1,000 種から、10 の13-1014細菌を保持するために推定される最大濃度に達する。組成と腸内細菌の機能は遠位2,3,4、5が見つかりましたほとんどの多様性と地域の特定のコミュニティを形成、GIT に沿った空間的変更します。解剖学的地域ごとに別々 の微生物群集は内腔の粘膜内層6を存在します。ルーメン コミュニティは、基板を通過内腔コンパートメント7栄養素を直接アクセス。それにもかかわらず、いくつかの細菌は、優先的にエネルギー ソース1,5,8としてコロンの細胞によって生成される粘液を利用した粘液層に存在します。内腔と粘膜の段階の微小の違いは、発散と相の特定のコミュニティの開発の結果します。栄養代謝やビタミンの生産などの代謝機能と免疫機能、人間の病原体1,3,の植民地化を防止するなど、一緒にこれらのコミュニティを提供します。9. 腸内細菌はまた、人間のコロンの細胞3との抱合の機能的動作します。
人間の GIT の重要な部分としては腸内細菌が両方ホスト健康と病気の状態3,9,10、11,12に貢献する知られている驚くべきとしてます。腸内微生物群集の変化は GIT 腸腸疾患 (IBD) と腸腸症候群 (IBS) も自閉症、循環器疾患、肥満などの他の疾患のような疾患を含む複数の人間の病気に関連付けられています。3,9,10,11,12. 代謝物の腸内細菌は腸12,13から離れた位置に達するグローバルな効果を持っています。たとえば、腸と脳のつながりは14不安や抑うつなどの精神障害に関連付けられます。したがって、腸内細菌の研究は重要な研究では、複数のフィールドに、であっても、GIT にはしばしば関連付けられている多くの病気に適用されます。
腸内細菌の研究が重要であることは広く認識されて、それは複雑な試みです。複数の動物モデルが猿と豚の15-19のような大きなものにゼブラフィッシュ, ラットおよびマウスのような小動物から、利用可能です。ただし、これらの動物は、ユニークな細菌に基づいて、コミュニティに進化している環境と食事を持っているので、人間の腸内微生物叢の面でこれらの動物のアプリケーションは簡単ではないと彼らは解剖学的人間20とは区別されます。,21. 被験者の使用の妥当性の問題が削除されますまだ課題の別のセットが導入されています。人間研究、高価な時間のかかるで、倫理的制約付き11です。また、交絡因子年齢や発達段階、環境、ダイエット、薬、および遺伝的要因2,4,22を含む人間の研究で腸内細菌に影響を与えます。 また、何が人間でテストできます、サンプルの種類は、4回で収穫できる制限があります。
体内システムを使用しての腸内細菌を研究する 1 つの重要な欠点は、哺乳類のコンポーネントの存在です。腸内細菌とヒトの細胞は、相互に対話し、は生体内で設定、それは 2 つを区別することは。腸内細菌によって生成される代謝産物は、測定精度と計算できないので大腸細胞によってで撮影されます。したがって、任意の機構論的研究はエンドポイント測定11に限定される必要があります。生体内での研究のもう一つの主要な欠点は縦 GIT のさまざまな地域からのサンプルを収穫できない23。これは時間12大腸の微小で生じる変化の評価はできません。 多く生体内での研究、人間の研究などは、糞便の腸内細菌叢12への変更を検出するための解析に依存します。これは有益ではない、それは GIT にわたって腸内細菌に関するデータを提供せず、内腔と粘膜のコミュニティ5,6,7、8を区別しません。
腸内細菌で、哺乳類のコンポーネントからの干渉なしの細菌群集の動態を研究するための in vitro法の適用が必要です。タイトな制御環境条件10、同時に、複数のパラメーターのテストと縦、サンプリング能力および大量11体外メソッドを使用できます。機械装置とホストではなく、in vitro 法を使いこなしますので、年齢、環境、食事、遺伝的背景を考慮事項は必要ありません。これらのシステムはどちらか全体の腸内細菌叢のコミュニティをテストするため、生物、または単一の菌株を選択したのみ。重要なは、生体外で結果が再現可能なまだ体内研究11,22に匹敵する多様性のレベルを保持します。
問題の仮説および目的の結果に応じて私n vitro研究はさまざまな方法で実行できます。 彼らは、単一容器系と糞便ホモジネート24サンプルをインキュベート 24-48 h25のコース上単一のバッチ文化の実行など、簡単な方法を利用できます。単一容器システムと安定した腸内微生物群集11を生成するケモスタット システムを使用するなどのより複雑な方法を使用して行うこともできます。ただし、単一リアクターの使用過剰簡略化できます叢12コロンの 1 つのセクションのみを表すのでにもかかわらず、コロン、昇順、降順、横方向領域で構成されます。
コロン (昇順、降順、横方向領域) の様々 な地域で開発して腸内細菌叢のコミュニティを研究するために、多段階の複雑なシステムを用いることができます。これらのシステムで複数の船は昇順、降順、横方向領域の腸内細菌は独立して栽培されないので、コロンのさまざまな地域を模倣するように設定されます。これらの血管は接続されているポンプを使用して降順大腸領域に横行結腸の順で基板を移動する、GIT による栄養素の流れを模倣しました。
本研究の目的は、5 段階の培養システム (材料の表を参照してください) できます使用方法腸内細菌叢のコミュニティを育成し、安定性と組成の面で群集の動態を発揮を実証することでした。このシステムの 1 つの容器、胃を表し 1 つ小腸。コロンは、各地域の26を表す 1 つの容器で (横を昇順、降順)、3 つの領域に分かれています。この実験装置では、2 つの完全なシステムは、並列で実行した、ユニット 1 ムチンのキャリアを含む表す粘膜と粘液のキャリアが含まれていないユニット 2。各地域の内腔および粘膜の段階で開発されたコミュニティは 16S rRNA 遺伝子配列と SCFA 解析を使用して時間をかけて、お互いに、糞便中の菌を比較しました。示された結果は、コミュニティ、両方の組成および in vitro システムのこのタイプから作り出すことができる機能の種類を示しています。

<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

人間の腸内細菌は、人間の健康と病気の両方で重要な役割を果たしています。生体内でモデルを用いた腸内微生物叢を勉強して、その複雑な自然や多様な哺乳類のコンポーネントのために困難です。このプロトコルの目的は、in vitro における腸内細菌叢ダイナミクスの研究は、哺乳類の環境の貢献を考慮することがなく、感情的な microbiota の文化です。体外培養技術を使用して、pH、温度、嫌気、通過時間などのパラメーターを含む胃腸管の生理的条件はシミュレートされます。結腸の腸の表面は粘液コーティング キャリアを追加する、粘膜のフェーズを作成、さらに次元を追加することでシミュレートされます。腸内細菌は人間の糞便材料の接種によって導入されました。異なる縦方向 (昇順、横断および下向きコロン) で濃縮され特定微生物細菌のこの複雑な混合物で接種時に、in vitro のモデルの横 (内腔と粘膜) 環境。コミュニティと生成される代謝物の安定したまま安定した状態に到達するためのシステムを許可することが重要です。本稿では実験の結果は、接種の腸内細菌叢のコミュニティが時間をかけて安定した社会に開発する方法を示します。定常状態が達成されればシステムは細菌の相互作用およびコミュニティ機能を分析したり、腸内細菌、食品、食品成分、医薬品などの任意の添加物の効果をテストするために使用できます。

上記のプロトコルでは、接種と大腸の腸内細菌を研究する 5 段階の生体外でシステムの実行を設定について説明します。DNA の抽出の後、以下に示すデータを生成するには、V1V2 地域の 16S rRNA マーカー遺伝子 DNA の配列を行った小児病院でマイクロバイ センターで (例えば, MiSeq イルミナ プラットフォーム) をシーケンス処理スループットを使用してフィラデル?...

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

体外養殖人間の腸内細菌を研究する技術を適用する高度な

ここでは、胃腸管の生理的条件をシミュレートするバイオリアクターの一連を使用して体外のコロン,の腸内細菌を培養するためのプロトコルを提案する.

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 ...

このプロトコルの目標は、腸内微生物叢を培養することです。これは、現代のコンポーネントの貢献を考慮することなく、微生物叢のダイナミクスの研究を可能にします.この多段階インビトロシステムを用いて、我々は、発光と結腸の多領域の粘膜に発達する微生物叢のコミュニティを同時に開始することができる数える。この方法の視覚的なデモンストレーションは、このin vitroシステムの複雑さのために有用である。500ミリリットルの定義された培地、800ミリリットルの定義された媒体を持つ横断コロン、および定義された培地の600ミリリットルの降順コロンで昇順コロンを充填することから始めます。ムチンアグリキャリアを、反応器の体積に比例した量でコロン領域に加え、サンプルチューブとシリンジを使用して各反応器から定義された余分な培地を除去する。pHプローブを使用して各反応器のpHを調整します。そして、窒素のフラッシュを20分間オンにします。次に、60ミリリットルのシリンジを便ホモジネートサンプルでロードする前に、製造業者のガイドラインに従って便のホモゲネートを解凍する。次いで、pH制御を伴う一晩培養のための各反応器容積の5%に等しいホモゲネートの量でサンプルポートを通して各大腸反応器を接種する。翌朝、各バイオリアクターのサンプルポートのルアーロックをアルコールで清掃します。ポートが乾燥したら、30ミリリットルのシリンジを、すべての空気を取り除いたサンプルポートの1つに接続します。プランジャーを3~5回引き出して、バイオリアクターから培養物の上華を15ミリリットル吸引する前に、容器成分の完全な混合を確実にします。その後、ルミナルサンプルを無菌ファルコンチューブに移し、氷の上に置きます。DNA分析のために、5ミリリットルのシリンジを使用して1〜3ミリリットルの発光流体を収集します。スーパーネイトは、同様に他のバイオリアクターを収集します。短鎖脂肪酸分析用のサンプル材料を確保するために、遠心分離機15ミリリットルの目的の発光サンプル、および0.2マイクロメートルの孔フィルターを通して上方をフィルターしてマイナス80°Cの貯蔵を行います。DNA分析用のサンプル材料を確保するために、1ミリリットルの発光流体を遠心分離し、ペレットをマイナス80°Cで保存します。粘膜サンプルの収穫のために、4°Cの貯蔵から準備されたムチンのキャリアを取り除き、窒素のフラッシュをオンにします。原子炉の蓋を素早く開き、各反応器のキャリアの50%を新しいものに置き換えます。すべてのキャリアが交換されたら、蓋を素早く再密封し、窒素をさらに20分間保持します。次に、アリコート0.25〜0.5グラムのムチンキャリア寒天をDNA抽出までマイナス80度摂氏貯蔵用の個々の2ミリリットルチューブに入れる。1日3回、システムは自動的にサイクルします。これは、胃バイオリアクターに移された定義された培地の140ミリリットルから始まり、続いてpH制御による1時間のインキュベーションが続く。インキュベーションの終わりに、胃の内容物は膵液の60ミリリットルと一緒に小腸に移される。小腸バイオリアクターでは、pHは6.7〜6.9に自動的に調整され、内容物は90分間インキュベートされる。このインキュベーションの間、各システムの窒素フラッシュは合計10分間オンになります。このインキュベーションの終わりに、小腸からの内容物は、上昇結腸、昇順結腸から横コロン、横断大腸から下降結腸、および下降結腸から廃棄物に移される。この代表的な主座標分析では、コミュニティは1日目から7日目の間に不安定に変化しました。しかし、接種後11日目から実験終了まで、サンプルは、操作的な分類単位に基づいて距離スコアをサンプリングするサンプルの主要な座標分析空間の小さな領域を占め、存在不在、および豊富さ。3つの顕著な短鎖脂肪酸の測定は、プロピオン酸、ブタイン酸、および酢酸が実験の開始から15日目の接種まで変動することを明らかにします。15日目以降、各大腸領域で産生されるこれらの酸の量は、実験の終わりまで最小限の変化で一定のままでした。各大腸領域の発光および粘膜相の安定したコミュニティの分析は、インビトロ系の個々の結腸領域で発達するコミュニティが、便内接種組成物と類似していることを示している。in vitroシステムのアルファ多様性の比較は、上昇領域からの発光サンプルを除くすべての領域の接種物と同様のレベルの多様性を明らかにする。インビトロ培養システムが、構成と多様性の両面で便の接種に匹敵する共同体を生み出すことができることを実証する。このプロトコルを使用して安定した腸内微生物叢コミュニティを作り出すためには、溶液が正確に調製され、実験全体を通して無神経な状態とpHパラメータが維持されるようにすることが重要です。この手順に従って、サンプルは、次世代DNAシーケンシングを使用したコミュニティ組成、その後のバイオインフォマティクス解析、およびメタボロミクスを用いた機能性について分析することができます。

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

のための周期的圧力のバイオリアクターの設計生体外で</em大動脈心臓弁の>研究

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

三次元インクジェット印刷技術を用いて、ヒト軟骨組織の作製

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

ミニチュア組織培養系でマウス心臓弁の培養

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

再構成ヒト角膜上皮様（RHCE）組織モデルを使用して眼刺激性化学物質の有害性の同定のための眼刺激性試験（EIT）

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

TAPE：手術アプリケーションのための植物でユビキタス化合物に触発された生分解性止血グルー

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

ガットオンチップマイクロ流体デバイスにおけるマイクロ加工ヒト腸絨毛と生活Microbiomeの共培養

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

アン<em&gt;インビトロ</emマウス椎間板の&gt;器官培養モデル

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

組織工学的応用の制御可能な形態の三次元 Poly(ε-caprolactone) 足場のエレクトロスピニング記述を溶かす

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

心筋細胞のシステム生物学における細胞構造の役割を研究する心筋細胞の構造的に現実的な有限要素の幾何学的なモデルを作成します。

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

ヒト好中球群れの化学化学および分子解析のための生体微粒子マイクロアレイ

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