Name: an in vitro batch-culture model to estimate the effects of interventional regimens on human fecal microbiota
Uploaded: 2019-07-31T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about An In Vitro Batch-culture Model to Estimate the Effects of Interventional Regimens on Human Fecal Microbiota at JoVE.com

Авторы с благодарностью признают финансовую поддержку со стороны Центра по диабету, ожирению и метаболизму и клинического и трансляционного научного центра, Школы медицины Уэйк-Форест, Министерства обороны (Грант номер: W81XWH-18-1-0118), Кермит Гленн Филлипс II Кафедра сердечно-сосудистой медицины; Национальные институты здравоохранения финансировали Центр пожилых американцев Клода Д. Пеппера (финансируется P30AG122232); R01AG18915; R01DK114224 и Клинический и трансляционный научный центр (Клинический научно-исследовательский отдел, финансируемый UL1TR001420), также с благодарностью признаны. Мы также благодарим добровольцев за предоставление фекальных образцов, и других наших членов лаборатории за их техническую помощь в ходе этого эксперимента.

ВНИМАНИЕ: Проконсультируйтесь с соответствующими листами данных о материальной безопасности и следуйте инструкциям и руководящим принципам для соответствующего обучения уровня биобезопасности 2 (BSL-2). Следуйте всем меркам культивирования в рамках стандартных правил биобезопасности...

<ol>
	<li>Shreiner, A. B., Kao, J. Y., Young, V. B. <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+microbiome+in+health+and+in+disease.">The gut microbiome in health and in disease.</a> Current Opinion in Gastroenterology. 31 (1), 69-75 (2015).</li><li>Xu, Z., Knight, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dietary+effects+on+human+gut+microbiome+diversity.">Dietary effects on human gut microbiome diversity.</a> British Journal of Nutrition. 113, 1-5 (2015).</li><li>Jiang, C., Li, G., Huang, P., Liu, Z., Zhao, B. <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+and+Alzheimer&#8217;s+disease.">The gut microbiota and Alzheimer&#8217;s disease.</a> Journal of Alzheimers Disease. 58 (1), 1-15 (2017).</li><li>Clemente, J. C., Ursell, L. K., Parfrey, L. W., Knight, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+impact+of+the+gut+microbiota+on+human+health:+an+integrative+view.">The impact of the gut microbiota on human health: an integrative view.</a> The Journal Cell. 148 (6), 1258-1270 (2012).</li><li>Yadav, H., Jain, S., Marotta, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probiotics+mediated+modulation+of+gut+flora+might+be+biotherapeutical+approach+obesity+and+type+2+diabetes.">Probiotics mediated modulation of gut flora might be biotherapeutical approach obesity and type 2 diabetes.</a> Metabolomics : Open Access. 1 (3), 1-3 (2011).</li><li>Ahmadi, 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=Dietary+Polysaccharides+in+the+Amelioration+of+Gut+Microbiome+Dysbiosis+and+Metabolic+Diseases.">Dietary Polysaccharides in the Amelioration of Gut Microbiome Dysbiosis and Metabolic Diseases.</a> Obesity and Control Theries: Open Access. 4 (3), (2017).</li><li>Nagpal, R., 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=Obesity-Linked+Gut+Microbiome+Dysbiosis+Associated+with+Derangements+in+Gut+Permeability+and+Intestinal+Cellular+Homeostasis+Independent+of+Diet.">Obesity-Linked Gut Microbiome Dysbiosis Associated with Derangements in Gut Permeability and Intestinal Cellular Homeostasis Independent of Diet.</a> Journal of Diabetes Research. , 1-9 (2018).</li><li>Paul, 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=Influences+of+diet+and+the+gut+microbiome+on+epigenetic+modulation+in+cancer+and+other+diseases.">Influences of diet and the gut microbiome on epigenetic modulation in cancer and other diseases.</a> Journal of Clinical Epigenetics. 7 (1), 112 (2015).</li><li>O&#8217;mahony, S., Clarke, G., Borre, Y., 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=Serotonin+tryptophan+metabolism+and+the+brain-gut-microbiome+axis.">Serotonin tryptophan metabolism and the brain-gut-microbiome axis.</a> Journal of Behavioural Brain Research. 277, 32-48 (2015).</li><li>Sharon, G., 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=Specialized+metabolites+from+the+microbiome+in+health+and+disease.">Specialized metabolites from the microbiome in health and disease.</a> Journal of Cell Metabolism. 20 (5), 719-730 (2014).</li><li>Faber, T. A., Bauer, L. L., Price, N. P., Hopkins, A. C., Fahey, G. C. <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+digestion+and+fermentation+characteristics+of+temulose+molasses,+a+coproduct+of+fiberboard+production,+and+select+temulose+fractions+using+canine+fecal+inoculum.">In vitro digestion and fermentation characteristics of temulose molasses, a coproduct of fiberboard production, and select temulose fractions using canine fecal inoculum.</a> Journal of Agricultural Food Chemistry. 59 (5), 1847-1853 (2011).</li><li>Bourquin, L. D., Titgemeyer, E. C., Fahey, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vegetable+fiber+fermentation+by+human+fecal+bacteria:+cell+wall+polysaccharide+disappearance+and+short-chain+fatty+acid+production+during+in+vitro+fermentation+and+water-holding+capacity+of+unfermented+residues.">Vegetable fiber fermentation by human fecal bacteria: cell wall polysaccharide disappearance and short-chain fatty acid production during in vitro fermentation and water-holding capacity of unfermented residues.</a> Journal of Nutrition. 123 (5), 860-869 (1993).</li><li>Nagpal, R., 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=Human-origin+probiotic+cocktail+increases+short-chain+fatty+acid+production+via+modulation+of+mice+and+human+gut+microbiome.">Human-origin probiotic cocktail increases short-chain fatty acid production via modulation of mice and human gut microbiome.</a> Scientific Reports. 8 (1), 12649 (2018).</li><li>Nagpal, R., 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=Comparative+microbiome+signatures+and+short-chain+fatty+acids+in+mouse,+rat,+non-human+primate+and+human+feces.">Comparative microbiome signatures and short-chain fatty acids in mouse, rat, non-human primate and human feces.</a> Frontiers in Microbiology. 9, 2897 (2018).</li><li>Thangamani, S., Guinan, J., Wang, S., Yadav, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Antibiotic-induced+decreases+in+the+levels+of+microbial-derived+short-chain+fatty+acids+promote+gastrointestinal+colonization+of+Candida+albicans.">Antibiotic-induced decreases in the levels of microbial-derived short-chain fatty acids promote gastrointestinal colonization of Candida albicans.</a> bioRxiv. , 428474 (2018).</li><li>Ahmadi, 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=Prebiotics+from+acorn+and+sago+prevent+high-fat+diet-induced+insulin+resistance+via+microbiome-gut-brain+axis+modulation.">Prebiotics from acorn and sago prevent high-fat diet-induced insulin resistance via microbiome-gut-brain axis modulation.</a> The Journal of Nutritional Biochemistry. , (2019).</li><li>Nagpal, R., 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=Gut+Microbiome+Composition+in+Non-human+Primates+Consuming+a+Western+or+Mediterranean+Diet.">Gut Microbiome Composition in Non-human Primates Consuming a Western or Mediterranean Diet.</a> Frontiers in Nutrition. 5, 28 (2018).</li><li>Caporaso, J. G., 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=Ultra-high-throughput+microbial+community+analysis+on+the+Illumina+HiSeq+and+MiSeq+platforms.">Ultra-high-throughput microbial community analysis on the Illumina HiSeq and MiSeq platforms.</a> ISME Journal. 6 (8), 1621-1624 (2012).</li><li>Caporaso, J. G., 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>Garcia-Villalba, R., 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=Alternative+method+for+gas+chromatography-mass+spectrometry+analysis+of+short-chain+fatty+acids+in+faecal+samples.">Alternative method for gas chromatography-mass spectrometry analysis of short-chain fatty acids in faecal samples.</a> Journal of Seperation Science. 35 (15), 1906-1913 (2012).</li><li>Lee, C. H., 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=Frozen+vs+Fresh+Fecal+Microbiota+Transplantation+and+Clinical+Resolution+of+Diarrhea+in+Patients+With+Recurrent+Clostridium+difficile+Infection:+A+Randomized+Clinical+Trial.">Frozen vs Fresh Fecal Microbiota Transplantation and Clinical Resolution of Diarrhea in Patients With Recurrent Clostridium difficile Infection: A Randomized Clinical Trial.</a> JAMA. 315 (2), 142-149 (2016).</li><li>Chen, M. -. H., 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+xylooligosaccharides+produced+from+Miscanthus&#215;+giganteus+by+human+fecal+microbiota.">In vitro fermentation of xylooligosaccharides produced from Miscanthus&#215; giganteus by human fecal microbiota.</a> Journal of Agricultural and Food Chemistry. 64 (1), 262-267 (2015).</li><li>Cook, S., Sellin, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Short+chain+fatty+acids+in+health+and+disease.">Short chain fatty acids in health and disease.</a> Alimentary Pharmacology &amp; Therapeutics. 12 (6), 499-507 (1998).</li><li>Rastelli, M., Knauf, C., Cani, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gut+microbes+and+health:+a+focus+on+the+mechanisms+linking+microbes,+obesity,+and+related+disorders.">Gut microbes and health: a focus on the mechanisms linking microbes, obesity, and related disorders.</a> Obesity. 26 (5), 792-800 (2018).</li><li>Zou, 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=Fiber-mediated+nourishment+of+gut+microbiota+protects+against+diet-induced+obesity+by+restoring+IL-22-mediated+colonic+health.">Fiber-mediated nourishment of gut microbiota protects against diet-induced obesity by restoring IL-22-mediated colonic health.</a> Cell Host &amp; Microbe. 23 (1), 41-53 (2018).</li><li>Dinan, T. G., Cryan, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gut&#8211;brain+axis+in+2016:+Brain&#8211;gut&#8211;microbiota+axis&#8212;mood,+metabolism+and+behaviour.">Gut&#8211;brain axis in 2016: Brain&#8211;gut&#8211;microbiota axis&#8212;mood, metabolism and behaviour.</a> Nature Reviews Gastroenterology &amp; Hepatology. 14 (2), 69 (2017).</li></ol>

Представленная здесь модель брожения фекальных ферментаций в пробирке является простой односерийной моделью, чтобы приблизить воздействие различных субстратов и микробных штаммов (например, пребиотиков и пробиотиков) на состав фекальной микробиоты человека, а также ее метаболическ?...

Микробиота человека представляет собой сложное сообщество, состоящее из бактерий, археев, вирусов и эукариотических микробов1, которые населяют человеческое тело внутри и снаружи. Недавние данные установили фундаментальную роль кишечной микробиоты и микрофлоры кишечника (вся коллекция микробов и их генов, найденных в желудочно-кишечном тракте человека) в различных заболеваниях человека, включая ожирение, диабет, сердечно-сосудистых заболеваний, и рак1,2,3. Кроме того, микроорганизмы, живущие в нашем кишечнике производят широкий спектр метаболитов, которые существенно влияют на наше здоровье, а также может способствовать патофизиологии нескольких заболеваний, а также различные метаболические функции4, 5. Аномальные изменения (возмущения) в составе и функции этой кишечной микробной популяции обычно называют "кишка дисбиоз". Дисбиоз обычно ассоциируется с нездоровым состоянием хозяина и, следовательно, может быть дифференцирован от нормального (гомеостатического) микробного сообщества, связанного со здоровым состоянием контроля хозяина. Специфические модели дисбиоза микрофлоры кишечника часто встречаютсяпри различных заболеваниях 1,2,3,6,7.
Брожение непереваренной пищи, особенно ферментируемых углеводов/волокон, кишечной микробиотой не только дает энергию, но и производит различные метаболиты, включая короткоцепочечные жирные кислоты (СКФА), лактат, кормуковый, углекислый газ, метана, водорода и этанола6. Кроме того, кишечная микробиота также производит ряд других биологически активных веществ, таких как фолат, биотин, триметиламин- N-оксид, серотонин, триптофан, гамма-аминобутирная кислота, допамин, норадреналин, ацетилхолин, гистамин, дезоксихоловая кислота и 4-этилфенилов сульфат. Это происходит в первую очередь за счет использования внутренних метаболических флюсов в нише хозяина-микроба,которая способствует нескольким процессам тела, метаболическим функциям и эпигенетическим изменениям 1,8,9, 10. Однако воздействие различных вмешательств на такие микробные продукты остается незаметным или неясным из-за отсутствия простых, эффективных и воспроизводимых протоколов. Состав микробиоты кишечника человека является чрезвычайно сложной и разнообразной экосистемой, и поэтому многие вопросы о его роли в здоровье человека и патологии болезней по-прежнему остаются без ответа. Влияние многих распространенных модуляторов микробиома кишечника (например, пробиотиков, пребиотиков, антибиотиков, фекальной трансплантации и инфекций) на состав и метаболические функции кишечной микробиоты остаются в значительной степени неуловимыми. Кроме того, изучение и проверка этих эффектов in vivo затруднена, особенно потому, что большинство питательных веществ и метаболитов, вырабатываемых микрофлорой кишечника, поглощаются или удаляются одновременно и быстро в кишечнике; поэтому измерение производства, количества и переработки этих метаболитов (например, SCFA) in vivo по-прежнему остается практическим вызовом. Действительно, физиологические модели, такие как животные и человеческие субъекты имеют решающее значение для определения роли микрофлоры кишечника и его модуляции на здоровье хозяина, но они не могут быть пригодны для крупномасштабного скрининга различных типов модуляторов микробиома из-за этические, денежные или временные ограничения. С этой целью, in vitro и/или ex vivo модели, такие как культивирование кишечной микробиоты in vitro, а затем вмешательство с различными модуляторами микробиоты, могут предложить возможности экономии времени и денег и, следовательно, могут позволить предварительный или крупномасштабный скрининг различные компоненты (такие как пробиотики, пребиотики и другие интервенционные соединения) для изучения/прогнозирования их воздействия на разнообразие фекальной микробиоты, состав и метаболические профили. Исследования с использованием таких in vitro и ex vivo систем микрофлоры кишечника могут способствовать дальнейшему пониманию взаимодействий хозяина-микробиома, которые способствуют здоровью и болезням хозяина, а также могут привести к поиску новых методов лечения, нацеленных на микробиом улучшить здоровье хозяина и профилактики илечения различных заболеваний 1.
Хотя системы культуры микрофлоры кишечника in vitro не могут по-настоящему воспроизвести фактические кишечные условия, несколько лабораторий пытались разработать такие модели, некоторые из которых были признаны практически осуществимыми в некоторой степени и успешно использовались для различных целей. Одной из последних моделей кишечника является симулятор кишечной микробной экосистемы человека, который имитирует весь желудочно-кишечный тракт человека, включая желудок, тонкий кишечник и различные области толстой кишки. Однако такие технически сложные модели могут быть недоступны для других научно-исследовательских учреждений во всем мире. Поэтому по-прежнему существует острая необходимость в разработке новых альтернативных моделей, которые являются относительно простыми, доступными и практичными для лабораторий, изучающих модуляторы микробиома и их воздействие на микрофлору кишечника и здоровье хозяев. Таким образом, использование in vitro (или ex vivo) фекальной системы культуры микробиоты было бы полезно для изучения последствий таких мероприятий11,12. В частности, влияние различных пребиотиков на способность брожения микробиоты с точки зрения периодических изменений в разнообразии и составе микрофлоры кишечника, фекальных рН, а также уровни микробных метаболитов, включая СКФА и лактат, могут быть изучены 13. В этом случае, используя инулин (один из наиболее широко изученных пребиотических компонентов) в качестве примера модулятора микробиома, пошаговым протоколом этой простой системы пакетной культуры ex vivo microbiota описан, чтобы продемонстрировать его использование для оценки изменения в фекальной микробиоты и микробных метаболитов после вмешательства с модуляторами микробиома.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Ammonium Bicarbonate (NH4HCO3)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>217255</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium Sulfate (NH4)2SO4 </td>
			<td>TGI</td>
			<td>C2388</td>
			<td>Toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium Chloride Dihydrate (CaCl2&#8226;2H2O)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C3306</td>
			<td>Irritating</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cobaltous Chloride Hexahydrate (CoCl2&#8226;6H2O)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>255599</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cupric Chloride Dihydrate (CuCl2&#8226;2H2O)</td>
			<td>Acros organics</td>
			<td>2063450000</td>
			<td>Toxic, Irritating</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cysteine-HCl</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C121800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-biotin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>B4501</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-Pantothenic acid</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A16609</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disodium Ethylenediaminetetraacetate Dihydrate (Na2EDTA)</td>
			<td>Biorad</td>
			<td>1610729</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DL-&#945;-methylbutyrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>W271918</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ferrous Sulfate Heptahydrate (FeSO4&#8226;7H2O)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>F8263</td>
			<td>Toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Folic acid</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>J62937</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G8270</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hemin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>H9039</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hepes</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A14777</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isobutyrate</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>L04038</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isovalerate</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A18642</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium Chloride Hexahydrate (MgCl2&#8226;6H2O)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M8266</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Manganese Chloride Tetrahydrate (MnCl2&#8226;4H2O)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>221279</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Niacin (Nicotinic acid)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>N4126</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nickel(Ii) Chloride Hexahydrate (NiCl2&#8226;6H2O)</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A14366</td>
			<td>Toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-valerate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>240370</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>P-aminobenzoic acid</td>
			<td>MP China</td>
			<td>102569</td>
			<td>Toxic, Irritating</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphoric Acid (H3PO4)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P5811</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Dihydrogen Phosphate (KH2PO4)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P5504</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Hydrogen Phosphate (K2HPO4)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>1551128</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pyridoxine</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A12041</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resazurin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>R7017</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Riboflavin</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A11764</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium carbonate (Na2CO3)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>1613757</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chloride (NaCl)</td>
			<td>Fisher BioReagents</td>
			<td>7647-14-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide (NaOH)</td>
			<td>Fisher Chemicals</td>
			<td>S320</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Molybdate Dihydrate (Na2MoO4&#8226;2H2O)</td>
			<td>Acros organics</td>
			<td>206375000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thiamine Hydrochloride (Thiamin-HCl)</td>
			<td>Acros organics</td>
			<td>148991000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypticase</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td>211921</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vitamin B12</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>V2876</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yeast extract</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>70161</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zinc Sulfate Heptahydrate (ZnSO4&#8226;7H2O)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Z0251</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.22 &#181;m membrane filter</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AMPure magnetic purification beads</td>
			<td>Agencourt</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anaerobic chamber with incubatore</td>
			<td>Forma anaerobic system, Thermo Scientific, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bottle filter</td>
			<td>Corning</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cheesecloth</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Illumina MiSeq sequencer</td>
			<td>Miseq reagent kit v3</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pH meter</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Qiagen PowerFecal kit</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quantitative Insights into Microbial Ecology (QIIME) software</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Qubit-3 fluorimeter</td>
			<td>InVitrogen</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex</td>
			<td>Thermoscientific</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Waters-2695 Alliance HPLC system</td>
			<td>Waters Corporation</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an in vitro batch-culture model to estimate the effects of interventional regimens on human fecal microbiota

Появление микрофлоры кишечника в ряде заболеваний человека требует прорыва новых инструментов, методов и технологий. Такие усовершенствования необходимы для расшифровки использования модуляторов микробиома для пользы для здоровья человека. Однако крупномасштабный скрининг и оптимизация модуляторов для проверки модуляции микробиома и прогнозирования связанных с этим преимуществ для здоровья может быть практически затруднена из-за необходимости большого числа животных и/или людей. С этой целью модели in vitro или ex vivo могут способствовать предварительному скринингу модуляторов микробиома. При этом, он оптимизирован и продемонстрирован ex vivo фекальные микробиоты культуры системы, которые могут быть использованы для изучения последствий различных мероприятий кишечного микробиома модуляторов, включая пробиотики, пребиотики и другие пищевые ингредиенты, в стороне от нутрицевтики и препараты, о разнообразии и составе микрофлоры кишечника человека. Инулин, один из наиболее широко изученных пребиотических соединений и модуляторов микробиома, используется в качестве примера здесь, чтобы изучить его влияние на здоровый состав фекальной микробиоты и его метаболической деятельности, таких как фекальные рН и фекальные уровни органических кислот включая лактат и короткоцепочечные жирные кислоты (СКФО). Протокол может быть полезен для исследований, направленных на оценку воздействия различных вмешательств модуляторов на профили фекальных микробиот и прогнозирование их воздействия на здоровье.

Протокол используется для демонстрации влияния специфического пребиотика (т.е. инулина на состав микробиоты и метаболическую активность с точки зрения изменений в фекальной рН и концентрации лактата и СКФА в фекалиях здоровых людей различные временные точки после л?...

Watch this Scientific Journal Video about An In Vitro Batch-culture Model to Estimate the Effects of Interventional Regimens on Human Fecal Microbiota at JoVE.com

An In Vitro Batch-culture Model to Estimate the Effects of Interventional Regimens on Human Fecal Microbiota

Этот протокол описывает систему брожения в партии в пробирке фекальной микробиоты человека, используя инулин (известный пребиотик и один из наиболее широко изученных модуляторов микробиоты), чтобы продемонстрировать использование этой системы в оценке эффектов конкретных вмешательства по составу фекальной микробиоты и метаболической деятельности.

Модель In Vitro Batch-culture для оценки влияния интервенционных режимов на человеческую фекальную микробиоту

The emerging role of the gut microbiome in several human diseases demands a breakthrough of new tools, techniques and technologies. Such improvements are ...

Учитывая возникающие роли микрофлоры кишечника в различных заболеваний человека, несколько микрофлоры кишечника модуляторы, как пробиотики, пребиотики, диеты и лекарства могут помочь в улучшении кишечника микробиом связанных заболеваний здоровья. Однако нет быстрой и доступной системы скрининга доступны для прогнозирования последствий таких микрофлоры кишечника модуляторов, но эта система достаточно проста, чтобы предсказать, как конкретные мероприятия могут повлиять на микрофлору кишечника, что в конечном итоге может повлиять на здоровье хозяина. Этот протокол прост, доступен и практичн для лабораторий, исследуя модуляторы микробиома кишечника и их влияние на микробиоту и здоровье хозяина.Поддержание асептических и анаэробных условий имеет решающее значение для этого эксперимента. Также фекальный образец следует использовать заново, сразу после сбора. В противном случае, если эксперимент запланирован позже, образец должен храниться при температуре минус 80 сразу после сбора, без какого-либо воздействия температуры окружающей среды и воздуха.Точность обработки во время подготовки aliquot и пипетки также имеет важное значение для поддержания точности и воспроизводимости. В дневное время это займет менее 12 часов. Мы можем построить культуру в одночасье, если они нуждаются в образцах в течение 24 часов.Затем следуют короткокого цепи жирных кислот и определение микробиома. Этот процесс будут продемонстрированы двумя великими студентами уни, Shokouh Ахмади и Рабина Mainali из моей лаборатории. Для приготовления ферментационных средств под дымовой капотом, в реагентной бутылке на магнитной смеси, смешивают раствор А, раствор В, микроэлементный раствор, водорастворимый витаминный раствор, раствор фолиевой кислоты биотин, раствор рибофлавина, раствор гемина, короткоко цепную смесь жирных кислот и ресазурин.Затем добавить в бутылку дрожжевой экстракт, карбонат натрия, гидрохлорид цистеин моногидрат, и trypticase. Добавьте 296,1 миллилитров дистиллированной воды, отрегулируйте рН с помощью одного нормального гидрохлорида или гидроксида натрия, чтобы убедиться, что он составляет около 7,0. Перенесите стакан на асептическую рабочую станцию и используйте вакуумный фильтр размером поры размером 0,22 микрометра для фильтрации мультимедиа для стерилизации.Для приготовления одного литрового анаэробного раствора разбавления растворяют пять граммов хлорида натрия, два грамма глюкозы и 0,3 грамма моногидрата гидрохлорида цистеида в ионизированной воде. Автоклав реагент бутылку с крышкой при 121,1 градусов по Цельсию в течение 15 минут, и хранить его в анаэробной камере. Перед началом эксперимента брожения, держать все материалы, растворы и инструменты, необходимые для брожения эксперимента внутри анаэробной камеры, по крайней мере 48 часов, чтобы убедиться, что любой остаток кислорода удаляется.По крайней мере за 24 часа до эксперимента брожения, весят 300 миллиграммов инулина, и передать его в 50 миллилитров трубки, которая затем помещается в анаэробной камере. Добавить 26 миллилитров стерилизованных средств брожения в трубку, и вихрь, чтобы смешать. Разрешить увлажнение клетчатки в течение примерно 24 часов.В день ферментационного эксперимента приготовьте фекальный инокулум. Во-первых, вес пять граммов свежего фекального образца в 50 миллилитров конической трубки. Добавьте анаэробный раствор разбавления в трубку, чтобы достичь конечного объема в 50 миллилитров.Вихрь в течение 15 минут, или пока полностью гомогенизированы. Держите привитые трубки при 37 градусах Цельсия внутри анаэробной камеры и аккуратно инвертировать один раз в час, чтобы повторно использовать волокна и инокулы. После трех, шести, девяти или 24 часов, вынуть надлежащее количество ферментированных средств массовой информации, и центрифуга образцов на 14000 раз г в течение 10 минут при четырех градусах по Цельсию.Немедленно заморозить супернатант и гранулы в жидком азоте, затем после замораживания оснастки, хранить супернатант для анализа короткой цепи жирных кислот, и гранулы для анализа микробиома, при температуре минус 80 градусов по Цельсию. Этот протокол используется для демонстрации эффекта конкретного пребиотика. Фекалии здоровых людей, после лечения инулином, показали относительно стабильный рН в течение девяти часов, в то время как резко упал после 24 часов.Прививка инулина значительно увеличила уровень короткокоголовых жирных кислот и лактата в инулин-обработанном фекальное образца по сравнению с необработанной фекальной микробиотой культуры. Основной анализ координат показывает различный состав микробиоты по взвешенным и невзвешенным мерам UniFrac по бета-разнообразию между обработанными инулином и необработанными образцами. Индексы альфа-разнообразия по сравнению с филогенетическим разнообразием через PD целое дерево, богатство видов, эксплуатационные таксономические единицы, равномерность видов, а также относительное изобилие основных фила и родов, все присутствующие различные подписи микрофлоры кишечника между инулин обработанных и необработанных образцов.Таксономическая кладограмма, полученная на основе линейного анализа размера эффекта дискриминанта 16S последовательностей, представляет собой дифференцированно обильный таксон между различными группами образцов. Внимательно следуйте всем шагам. Самое главное – поддерживать строгие асептические и анаэробные условия.Супернатант и из эксперимента могут быть использованы для лечения коротковолокновых жирных кислот изменения уровня в результате брожения на основе волокон. Кроме того, гранулы могут быть использованы для анализа изменений в составе микрофлоры кишечника. Некоторые химические вещества, используемые для создания культурных средств массовой информации являются потенциально опасными.Пожалуйста, лист MSDS и принять соответствующие меры предосторожности.

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

An In vitro Model to Study Heterogeneity of Human Macrophage Differentiation and Polarization

An In vitro Model to Study Heterogeneity of Human Macrophage Differentiation and Polarization

<em&gt; В пробирке</em&gt; Модель для изучения гетерогенности человека дифференциации макрофагов и поляризация

Monocyte-derived macrophages represent an important cell type of the innate immune system. Mouse models studying macrophage biology suffer from the ...

An In vitro Model to Study Immune Responses of Human Peripheral Blood Mononuclear Cells to Human Respiratory Syncytial Virus Infection

An In vitro Model to Study Immune Responses of Human Peripheral Blood Mononuclear Cells to Human Respiratory Syncytial Virus Infection

Human respiratory syncytial  virus (HRSV) infections present a broad spectrum of disease severity, ranging  from mild infections to life-threatening ...

Investigating the Effects of Probiotics on Pneumococcal Colonization Using an In Vitro Adherence Assay

Investigating the Effects of Probiotics on Pneumococcal Colonization Using an In Vitro Adherence Assay

Исследование действия пробиотиков на пневмококковой колонизации Использование<em&gt; Экстракорпоральное</em&gt; Соблюдение Анализ

Adherence of Streptococcus pneumoniae (the pneumococcus) to the epithelial lining of the nasopharynx can result in colonization and is considered a ...

An In Vitro Model for Measuring Immune Responses to Malaria in the Context of HIV Co-infection

An In Vitro Model for Measuring Immune Responses to Malaria in the Context of HIV Co-infection

<em&gt; In Vitro</em&gt; Модель для измерения иммунных ответов на малярией в контексте ВИЧ-инфекцией

Malaria and HIV co-infection is a growing health priority. However, most research on malaria or HIV currently focuses on each infection individually. ...

An In Vitro Model of the Blood-brain Barrier Using Impedance Spectroscopy: A Focus on T Cell-endothelial Cell Interaction

An In Vitro Model of the Blood-brain Barrier Using Impedance Spectroscopy: A Focus on T Cell-endothelial Cell Interaction

<em&gt; In Vitro</em&gt; Модель гематоэнцефалического барьера Использование импедансной спектроскопии: основноевнимание- Т-клеток-эндотелиальной клеточное взаимодействие

Breakdown of the blood-brain barrier (BBB) is a critical step in the development of autoimmune diseases such as multiple sclerosis (MS) and its animal ...

Visualizing the Effects of Sputum on Biofilm Development Using a Chambered Coverglass Model

Визуализация Эффекты мокроте на биопленки развития с использованием модели Chambered покровного стекла

Biofilms consist of groups of bacteria encased in a self-secreted matrix. They play an important role in industrial contamination as well as in the ...

Analysis of Lymphocyte Extravasation Using an In Vitro Model of the Human Blood-brain Barrier

Analysis of Lymphocyte Extravasation Using an In Vitro Model of the Human Blood-brain Barrier

Анализ лимфоцитов экстравазации спользование<em&gt; In Vitro</em&gt; Модель человеческого гематоэнцефалический барьер

Lymphocyte extravasation into the central nervous system (CNS) is critical for immune surveillance. Disease-related alterations of lymphocyte ...

Overexpression and Purification of Human Cis-prenyltransferase in Escherichia coli

Overexpression and Purification of Human Cis-prenyltransferase in Escherichia coli

Сверхэкспрессия и очищение человека<em&gt; Cis</em&gt; -пренилтрансфераза в<em&gt; Escherichia coli</em

Prenyltransferases (PT) are a group of enzymes that catalyze chain elongation of allylic diphosphate using isopentenyl diphosphate (IPP) via multiple ...

Assessment of the Cytotoxic and Immunomodulatory Effects of Substances in Human Precision-cut Lung Slices

Оценка цитотоксических и иммуномодулирующих эффектов веществ в легкое человека точности cut ломтики

Respiratory diseases in their broad diversity need appropriate model systems to understand the underlying mechanisms and enable development of new ...

Effects of Taste Signaling Protein Abolishment on Gut Inflammation in an Inflammatory Bowel Disease Mouse Model

Эффекты вкуса, сигнализации Abolishment белка на кишки воспаление в модели мыши заболеваний воспалительных кишечника

Inflammatory bowel disease (IBD) is one of the immune-related gastrointestinal disorders, including ulcerative colitis and Crohn's disease, that affects ...