Name: analysis of interactions between endobiotics and human gut microbiota using in vitro bath fermentation systems
Uploaded: 2019-08-23T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Analysis of Interactions between Endobiotics and Human Gut Microbiota Using In Vitro Bath Fermentation Systems at JoVE.com

Diese Studie wurde von der National Nature Science Foundation of China (Nr. 31741109), der Hunan Natural Science Foundation (Nr. 2018JJ3200) und dem Konstruktprogramm der angewandten charakteristischen Disziplin an der Hunan University of Science and Engineering finanziert. Wir danken LetPub (www.letpub.com) für seine sprachliche Unterstützung bei der Erstellung dieses Manuskripts.

Dieses Protokoll folgt den Richtlinien der Ethikkommission der Hunan University of Science and Engineering (Hunan, China) und der Zhejiang Gongshang University (Zhejiang, China).
1. Herstellung von Bakterien
<ol><li>Zubereitung von Bifidobacterium mittlerer Brühe<ol>
<li>Kombinieren Sie die folgenden Komponenten in 950 ml destilliertem Wasser: Fleischextrakt, 5 g/L; Hefeextrakt, 5 g/L; Casein-Pepton, 10 g/L; Soytone, 5 g/L; Glukose, 10 g/L; K2HPO4, 2,04 g/L; MgSO4...

<ol>
	<li>Maarten, V. D. G., Blotti&#232;re Herv&#233;, M., Dor&#233;, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Humans+as+holobionts:+implications+for+prevention+and+therapy.">Humans as holobionts: implications for prevention and therapy.</a> Microbiome. 6 (1), 81 (2018).</li><li>Allen, A. P., Dinan, T. G., Clarke, 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=A+psychology+of+the+human+brain-gut-microbiome+axis.">A psychology of the human brain-gut-microbiome axis.</a> Social and Personality Psychology Compass. 11 (4), e12309 (2017).</li><li>Arora, T., 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=The+gut+microbiota+and+metabolic+disease:+current+understanding+and+future+perspectives.">The gut microbiota and metabolic disease: current understanding and future perspectives.</a> Journal of Internal Medicine. 280, 39-349 (2016).</li><li>Maurice, C., Haiser, H., Turnbaugh, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Xenobiotics+shape+the+physiology+and+gene+expression+of+the+active+human+gut+microbiome.">Xenobiotics shape the physiology and gene expression of the active human gut microbiome.</a> Cell. 152 (1-2), 39-50 (2013).</li><li>Carmody, R. N., Turnbaugh, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Host-microbial+interactions+in+the+metabolism+of+therapeutic+and+diet-derived+xenobiotics.">Host-microbial interactions in the metabolism of therapeutic and diet-derived xenobiotics.</a> Journal of Clinical Investigation. 124 (10), 4173-4181 (2014).</li><li>Lu, K., Mahbub, R., Fox, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Xenobiotics:+interaction+with+the+intestinal+microflora.">Xenobiotics: interaction with the intestinal microflora.</a> ILAR Journal. 56 (2), 218-227 (2015).</li><li>Taguer, M., Maurice, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+complex+interplay+of+diet,+xenobiotics,+and+microbial+metabolism+in+the+gut:+implications+for+clinical+outcomes.">The complex interplay of diet, xenobiotics, and microbial metabolism in the gut: implications for clinical outcomes.</a> Clinical Pharmacology &amp; Therapeutics. 99 (6), 588-599 (2016).</li><li>Anubhav, D., Meenakshi, S., Shankar, G. T., Mande, S. S., Wilson, B. 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P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+transformation+of+xenobiotics+by+the+human+gut+microbiota.">Chemical transformation of xenobiotics by the human gut microbiota.</a> Science. 356 (6344), 1246-1257 (2017).</li><li>Hidalgo-Cantabrana, 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=Genomic+overview+and+biological+functions+of+exopolysaccharide+biosynthesis+in+Bifidobacterium+spp.">Genomic overview and biological functions of exopolysaccharide biosynthesis in Bifidobacterium spp.</a> Applied and Environmental Microbiology. 80 (1), 9-18 (2014).</li><li>Liu, 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=Effects+of+bifidobacteria-produced+exopolysaccharides+on+human+gut+microbiota+in+vitro.">Effects of bifidobacteria-produced exopolysaccharides on human gut microbiota in vitro.</a> Applied Microbiology and Biotechnology. , 1-10 (2018).</li><li>Tang, 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+microbial+profile+is+altered+in+primary+biliary+cholangitis+and+partially+restored+after+UDCA+therapy.">Gut microbial profile is altered in primary biliary cholangitis and partially restored after UDCA therapy.</a> Gut. 67 (3), 534-541 (2018).</li><li>Kuczynski, 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=Using+QIIME+to+analyze+16S+rRNA+gene+sequences+from+microbial+communities.">Using QIIME to analyze 16S rRNA gene sequences from microbial communities.</a> Current Protocols in Microbiology. 27 (1), 1-28 (2012).</li><li>Hiltemann, S. D., Boers, S. A., van der Spek, P. J., Jansen, R., Hays, J. P., Stubbs, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Galaxy+mothur+Toolset+(GmT):+a+user-friendly+application+for+16S+rRNA+gene+sequencing+analysis+using+mothur.">Galaxy mothur Toolset (GmT): a user-friendly application for 16S rRNA gene sequencing analysis using mothur.</a> GigaScience. , (2018).</li><li>Wang, Q., Garrity, G. M., Tiedje, J. M., Cole, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Na&#239;ve+Bayesian+classifier+for+rapid+assignment+of+rRNA+sequences+into+the+new+bacterial+taxonomy.">Na&#239;ve Bayesian classifier for rapid assignment of rRNA sequences into the new bacterial taxonomy.</a> Applied and Environmental Microbiology. 73 (16), 5261-5267 (2007).</li><li>Schloss, P. 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=Introducing+mothur:+open-source,+platform-independent,+community-supported+software+for+describing+and+comparing+microbial+communities.">Introducing mothur: open-source, platform-independent, community-supported software for describing and comparing microbial communities.</a> Applied and Environmental Microbiology. 75 (23), 7537-7541 (2009).</li><li>Bai, 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=Comparative+study+on+the+in+vitro+effects+of+pseudomonas+aeruginosa+and+seaweed+alginates+on+human+gut+microbiota.">Comparative study on the in vitro effects of pseudomonas aeruginosa and seaweed alginates on human gut microbiota.</a> Plos One. 12 (2), e0171576 (2017).</li><li>Zhang, Z., Xie, J., Zhang, F., Linhardt, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thin-layer+chromatography+for+the+analysis+of+glycosaminoglycan+oligosaccharides.">Thin-layer chromatography for the analysis of glycosaminoglycan oligosaccharides.</a> Analytical Biochemistry. 371, 118-120 (2007).</li><li>Simon, J. C., Marchesi, J. R., Mougel, C., Selosse, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Host-microbiota+interactions:+from+holobiont+theory+to+analysis.">Host-microbiota interactions: from holobiont theory to analysis.</a> Microbiome. 7 (5), (2019).</li><li>Postler, T. S., Ghosh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+the+Holobiont:+how+microbial+metabolites+affect+human+health+and+shape+the+immune+system.">Understanding the Holobiont: how microbial metabolites affect human health and shape the immune system.</a> Cell Metabolism. 26 (1), 110-130 (2017).</li><li>Kramer, P., Bressan, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Humans+as+superorganisms:+how+microbes,+viruses,+imprinted+genes,+and+other+selfish+entities+shape+our+behavior.">Humans as superorganisms: how microbes, viruses, imprinted genes, and other selfish entities shape our behavior.</a> Perspectives on Psychological Science. 10 (4), 464-481 (2015).</li><li>Malfertheiner, P., Nardone, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gut+microbiota:+the+forgotten+organ.">Gut microbiota: the forgotten organ.</a> Digestive Diseases. 29 (6), (2011).</li><li>Andoh, 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+gut+microbiota+is+a+new+organ+in+our+body.">The gut microbiota is a new organ in our body.</a> The Japanese journal of Gastro-Enterology. 112 (11), 1939-1946 (2015).</li><li>Mika, A., Van, W. T., Gonz&#225;lez, A., Herrera, J. J., Knight, R., Fleshner, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exercise+is+more+effective+at+altering+gut+microbial+composition+and+producing+stable+changes+in+lean+mass+in+juvenile+versus+adult+male+f344+rats.">Exercise is more effective at altering gut microbial composition and producing stable changes in lean mass in juvenile versus adult male f344 rats.</a> PLoS One. 10 (5), e0125889 (2015).</li><li>Hugenholtz, F., de Vos, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mouse+models+for+human+intestinal+microbiota+research:+a+critical+evaluation.">Mouse models for human intestinal microbiota research: a critical evaluation.</a> Cellular and Molecular Life Sciences. 75 (1), 149-160 (2018).</li><li>Takagi, 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=A+single-batch+fermentation+system+to+simulate+human+colonic+microbiota+for+high-throughput+evaluation+of+prebiotics.">A single-batch fermentation system to simulate human colonic microbiota for high-throughput evaluation of prebiotics.</a> PLoS One. 11 (8), e0160533 (2016).</li><li>Ning, T., Gong, X., Xie, L., Ma, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gut+microbiota+analysis+in+rats+with+methamphetamine-induced+conditioned+place+preference.">Gut microbiota analysis in rats with methamphetamine-induced conditioned place preference.</a> Frontiers in Microbiology. 8 (1), 1620 (2017).</li></ol>

In den letzten zehn Jahren wurden bedeutende Fortschritte beim Verständnis der Zusammensetzung und Der Aktivitäten der menschlichen Darmmikrobiota erzielt. Als Folge dieser Studien ist das holobionische Konzept entstanden, das die Wechselwirkungen zwischen Wirten und assoziierten mikrobiellen Gemeinschaften darstellt, wie z.B. zwischen Menschen und ihrer Darmmikrobiota19,20. Darüber hinaus werden Menschen sogar jetzt als Superorganismen betrachtet<sup class="x...

Gut Mikrobiota spielen eine wichtige Rolle bei der Funktion des menschlichen Darms und in der Wirtgesundheit. Folglich sind Darmmikrobiota in letzter Zeit ein wichtiges Ziel für die Prävention und Therapie von Krankheiten geworden1. Darüber hinaus interagieren Darmbakterien mit Wirtsdarmzellen und regulieren grundlegende Wirtsprozesse, einschließlich stoffwechselnder Aktivitäten, Nährstoffverfügbarkeiten, Modulation des Immunsystems und sogar Gehirnfunktion und Entscheidungsfindung2,3 . Endobiotika haben erhebliches Potenzial, die bakterielle Zusammensetzung und Vielfalt der Darmmikrobiota zu beeinflussen. So, Wechselwirkungen zwischen Endobiotika und menschlichen Darm Mikrobiota haben zunehmende Forschungsaufmerksamkeitangezogen 4,5,6,7,8,9.
Es ist schwierig, Wechselwirkungen zwischen Endobiotika und humaner Darmmikrobiota in vivo aufgrund von Bioethik und wirtschaftlichen Zwängen zu bewerten. Zum Beispiel können Experimente, die die Wechselwirkungen zwischen Endobiotika und menschlicher Darmmikrobiota untersuchen, nicht ohne Erlaubnis der Food and Drug Administration durchgeführt werden, und die Rekrutierung von Freiwilligen ist teuer. Daher werden für solche Untersuchungen häufig Tiermodelle verwendet. Die Verwendung von Tiermodellen ist jedoch aufgrund unterschiedlicher Mikrobiotazusammensetzungen und Diversität in tier- und menschenverbundenen Gemeinschaften begrenzt. Eine alternative In-vitro-Methode zur Erforschung der Wechselwirkungen zwischen Endobiotika und menschlicher Darmmikrobiota ist der Einsatz von Batch-Kulturexperimenten.
Exopolysaccharide (EPS) sind Präbiotika, die wesentlich zur Erhaltung der menschlichen Gesundheit beitragen10. Verschiedene EPS, die aus verschiedenen Monosaccharid-Zusammensetzungen und -Strukturen bestehen, können unterschiedliche Funktionen aufweisen. Frühere Analysen haben die Zusammensetzung der Bif EPS bestimmt, die das repräsentative Xenobiotikum sind, das in der aktuellen Studie11ins Visier genommen wird. Die wirtassoziierten metabolischen Effekte wurden jedoch hinsichtlich der EPS-Zusammensetzung und -Vielfalt nicht berücksichtigt.
Das hier beschriebene Protokoll verwendet die fäkale Mikrobiota von 12 Freiwilligen, um Bif EPS zu fermentieren. Die Dünnschichtchromatographie (TLC), die 16S rRNA-Gen-Hochdurchsatzsequenzierung und die Gaschromatographie (GC) werden dann in Kombination verwendet, um die Wechselwirkungen zwischen EPS und humaner Darmmikrobiota zu untersuchen. Deutliche Vorteile dieses Protokolls im Vergleich zu In-vivo-Experimenten sind seine niedrigen Kosten und die Vermeidung von störenden Effekten aus dem Stoffwechsel des Wirts. Darüber hinaus kann das beschriebene Protokoll in anderen Studien verwendet werden, die Wechselwirkungen zwischen Endobiotika und menschlicher Darmmikrobiota untersuchen.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.22 &#181;m membrane filters</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>SLGP033RB</td>
			<td>Use to filter samples</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.4-mm Sieve</td>
			<td>Thermo Fischer</td>
			<td>308080-99-1</td>
			<td>Use to prepare human fecal samples</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5-bromo-4-chloro-3-indolyl &#946;-D-galactopyranoside (X-Gal)</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>X1010</td>
			<td>Use to prepare color plate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetic</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>71251</td>
			<td>Standard sample for SCFA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agar</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>YZ-1012214</td>
			<td>The component of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anaerobic chamber</td>
			<td>Electrotek&#160;</td>
			<td>AW 400SG</td>
			<td>Bacteria culture and fermentation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Autoclave</td>
			<td>SANYO</td>
			<td>MLS-3750</td>
			<td>Use to autoclave</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bacto soytone</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>70178</td>
			<td>The component of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Baking oven</td>
			<td>Shanghai Yiheng Scientific Instruments Co., Ltd</td>
			<td>DHG-9240A</td>
			<td>Use to heat and bake</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Beef Extract</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>G8270</td>
			<td>The component of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bifidobacterium longum Reuter</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>ATCC&#174; 51870&#8482;</td>
			<td>Bacteria</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bile Salts</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>YZ-1071304</td>
			<td>The component of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Butyric</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>19215</td>
			<td>Standard sample for SCFA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CaCl2</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>C7250</td>
			<td>Salt solution of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Capillary column</td>
			<td>SHIMADZU-GL</td>
			<td>InertCap FFAP (0.25 mm &#215; 30 m &#215; 0.25 &#956;m)</td>
			<td>Used to SCFA detection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Casein Peptone</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>39396</td>
			<td>The component of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>Sorvall ST 8</td>
			<td>Use for centrifugation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CoSO4.7H2O</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>C7490</td>
			<td>The component of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CuSO4.5H2O</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>203165</td>
			<td>The component of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cysteine-HCl</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>L1550</td>
			<td>The component of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>E7023</td>
			<td>Use to prepare vitamin K1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FeSO4.7H2O</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>YZ-111614</td>
			<td>The component of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Formic Acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>399388</td>
			<td>Used to TLC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas chromatography</td>
			<td>Shimadzu Corporation</td>
			<td>GC-2010 Plus</td>
			<td>Used to SCFA detection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass beaker</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>FB10050</td>
			<td>Used for slurry preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucose</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>G8760</td>
			<td>The component of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Haemin</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>H8130</td>
			<td>The component of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HCl</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>30721</td>
			<td>Basic solution used to adjust the pH of the buffers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isobutyric</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>46935-U</td>
			<td>Standard sample for SCFA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isovaleric Acids</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>129542</td>
			<td>Standard sample for SCFA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>K2HPO4</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>D9880</td>
			<td>Salt solution of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KCl</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>P9921</td>
			<td>The component of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KH2PO4</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>P7392</td>
			<td>Salt solution of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LiCl.3H2O</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>C8380</td>
			<td>Use to prepare color plate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Meat Extract</td>
			<td>Sigma-Aldrich-Aldrich</td>
			<td>70164</td>
			<td>The component of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metaphosphoric Acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>B7350</td>
			<td>Standard sample for SCFA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MgCl2.6H2O</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>M8160</td>
			<td>The component of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MgSO4.7H2O</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>M8300</td>
			<td>Salt solution of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MISEQ</td>
			<td>Illumina</td>
			<td>MiSeq 300PE system</td>
			<td>DNA sequencing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MnSO4.H20</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M8179</td>
			<td>Salt solution of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mupirocin</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>YZ-1448901</td>
			<td>Antibiotic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>YZ-100376</td>
			<td>Salt solution of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaHCO3</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>792519</td>
			<td>Salt solution of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoDrop ND-2000</td>
			<td>NanoDrop Technologies</td>
			<td>ND-2000</td>
			<td>Determine DNA concentrations</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaOH</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>30620</td>
			<td>Basic solution used to adjust the pH of the buffers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>n-butanol</td>
			<td>ChemSpider</td>
			<td>71-36-3</td>
			<td>Used to TLC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NiCl2</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>746460</td>
			<td>The component of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Orcinol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>447420</td>
			<td>Used to prepare orcinol reagents</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Propionic</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>94425</td>
			<td>Standard sample for SCFA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>QIAamp DNA Stool Mini Kit</td>
			<td>QIAGEN</td>
			<td>51504</td>
			<td>Extract bacterial genomic DNA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ready-to-use PBS powder</td>
			<td>Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd.</td>
			<td>A610100-0001</td>
			<td>Used to prepare the lipid suspension</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resazurin</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>R8150</td>
			<td>Anaerobic Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Speed Vacuum Concentrator</td>
			<td>LABCONCO</td>
			<td>CentriVap</td>
			<td>Use to prepare EPSs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Starch</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>YZ-140602</td>
			<td>Use to the carbon source</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfuric Acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>150692</td>
			<td>Used to prepare orcinol reagents</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T100 PCR</td>
			<td>BIO-RAD</td>
			<td>1861096</td>
			<td>PCR amplification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TLC aluminium sheets</td>
			<td>MerckMillipore</td>
			<td>116835</td>
			<td>Used to TLC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypticase Peptone</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Z699209</td>
			<td>The component of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tryptone</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T7293</td>
			<td>The component of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tween 80</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>T8360</td>
			<td>Salt solution of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Valeric</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>75054</td>
			<td>Standard sample for SCFA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vitamin K1</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>V3501</td>
			<td>The component of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex oscillator</td>
			<td>Scientific Industries</td>
			<td>Vortex.Genie2</td>
			<td>Use to vortexing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yeast Extract</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Y1625</td>
			<td>The component of medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ZnSO4.7H2O</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Z0251</td>
			<td>The component of medium</td>
		</tr>
	</tbody>
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analysis of interactions between endobiotics and human gut microbiota using in vitro bath fermentation systems

Menschliche Darmmikroorganismen sind in letzter Zeit zu einem wichtigen Ziel der Forschung bei der Förderung der menschlichen Gesundheit und der Prävention von Krankheiten geworden. Daher sind Untersuchungen von Wechselwirkungen zwischen Endobiotika (z.B. Medikamente und Präbiotika) und Darmmikrobiota zu einem wichtigen Forschungsthema geworden. In-vivo-Experimente mit menschlichen Freiwilligen sind jedoch aufgrund von Bioethik und wirtschaftlichen Zwängen nicht ideal für solche Studien. Als Ergebnis wurden Tiermodelle verwendet, um diese Wechselwirkungen in vivo zu bewerten. Dennoch sind Tiermodellstudien nach wie vor durch bioethische Überlegungen begrenzt, zusätzlich zu unterschiedlichen Zusammensetzungen und Diversitäten von Mikrobiota bei Tieren und Menschen. Eine alternative Forschungsstrategie ist der Einsatz von Batch-Fermentationsexperimenten, die eine Bewertung der Wechselwirkungen zwischen Endobiotika und Darmmikrobiota in vitro ermöglichen. Zur Bewertung dieser Strategie wurden bifidobakterielle (Bif) Exopolysaccharide (EPS) als repräsentatives Xenobiotikum verwendet. Anschließend wurden die Wechselwirkungen zwischen Bif EPS und humaner Darmmikrobiota mit verschiedenen Methoden wie dünnschichtige Chromatographie (TLC), kompositorische Analyse der bakteriengemeinschaft mit 16S rRNA-Gen-Hochdurchsatzsequenzierung und Gaschromatographie untersucht. von kurzkettigen Fettsäuren (SCFAs). Hier wird ein Protokoll zur Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Endobiotika und menschlicher Darmmikrobiota mit In-vitro-Batch-Fermentationssystemen vorgestellt. Wichtig ist, dieses Protokoll kann auch geändert werden, um allgemeine Wechselwirkungen zwischen anderen Endobiotika und Darmmikrobiota zu untersuchen.

Die Produktion von Schleimhaut EPS konnte in B. Longumkulturen auf PYG-Platten nach anaeroben Inkubation für 72 h beobachtet werden (Abbildung 1A). Die Zentrifugierung von Kulturkratzen, gefolgt von Ethanolfällung und Trocknung, führte zur Sammlung zelluloseähnlicher EPS (Abbildung 1B). Getrocknetes EPS und lösliche Stärke wurden dann als Kohlenstoffquellen für Fermentationskulturen verwendet. TLC wurde für die Oligosaccharid-Trennung und Reinhe...

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Analysis of Interactions between Endobiotics and Human Gut Microbiota Using In Vitro Bath Fermentation Systems

Analyse von Wechselwirkungen zwischen Endobiotika und Human Gut Microbiota mit In-Vitro-Badfermentationssystemen

Beschrieben ist hier ein Protokoll, um die Wechselwirkungen zwischen Endobiotika und menschlichen Darmmikrobiota mit In-vitro-Batch-Fermentationssysteme zu untersuchen.

Human intestinal microorganisms have recently become an important target of research in promoting human health and preventing diseases. Consequently, ...

Unser Protokoll kann weit verbreitet für hohe Durchsatz und schnelle Screening der Wechselwirkungen zwischen Endobiotika und menschlichen Darm Mikrobiota verwendet werden. Niedrige Kosten und Vermeidung von Interferenzeffekten aus dem Stoffwechsel des Wirts. Dieses Verfahren hat das Potenzial, bei der Diagnose verwendet zu werden.Lösen Sie zunächst BIF EPS und Stärke einzeln in heißem Wasser auf einem magnetischen Rührer, um sowohl die Konzentration von acht Gramm pro Liter zu machen. Fügen Sie im vorbereiteten Basiskulturmedium VI 100 Milliliter der BIF EPS-Lösung hinzu, um Kultur VI BIF-Lösung zu machen. Fügen Sie 100 Milliliter der Stärkelösung hinzu, um eine Stärkelösung für Kultur VI zu machen.Autoklavieren Sie die beiden Medien mit Kohlenstoffquelle und das Medium ohne Kohlenstoffquelle als Steuerung, bei 121 Grad Celsius für 15 Minuten. Lassen Sie sie auf Raumtemperatur abkühlen und Haymen und Cystein hinzufügen. Übertragen Sie eine Unterprobe von fünf Millilitern jedes Mediums in Kulturröhren.Und in einem anaeroben Inkubator aufbewahren. Bewahren Sie die restlichen Medien bei vier Grad Celsius auf. Zur Vorbereitung einer menschlichen Fäkalienprobe ein Gramm frischer Fäkalienprobe in 10 Milliliter 0,1 molare anaerobe PBS bei pH-Sieben in einem Glasbecher übertragen.Dann verwenden Sie eine Glasstange, um es zu rühren, um eine Gülle zu erreichen. In einer anaeroben Kammer 500 Mikroliter der gefilterten Fäkalienschlämme einzeln in die drei vorbereiteten Fermentationsmedien geben. Dann bei 37 Grad Celsius inkubieren.Nach 24 Stunden und 48 Stunden zwei Milliliter fermentierte Proben in der anaeroben Kammer sammeln. Und dann Zentrifuge außerhalb der Kammer bei 6000 mal G, für drei Minuten. Übertragen Sie die Überschärfungsmittel sorgfältig auf neue Zentrifugenröhrchen, die für Polysaccharidabbauanalysen und kurzkettige Fettsäuremessungen verwendet werden.Bewahren Sie die Zentrifugationspellets bei 80 Grad Celsius auf. 0,2 Mikroliter der fermentierten Überstoffe auf jedes vorbeschichtete Kieselgel 60 TLC Aluminiumplatte laden und wirbeln, um sich zu verbreiten. Dann verwenden Sie einen Haartrockner mit heißer Luft zu trocknen.Ein Ende der beprobten Platten in 20 Milliliter Ameisensäure:n-Butanol:Wasserlösung für einige Minuten eintauchen, bis sich die Elektrophorese fast bis zum anderen Ende erstreckt. Dann nehmen Sie die Teller mit Zange, und trocknen Sie mit einem Fön. Dann die Teller im Orcinol-Reagenz für zwei Minuten einweichen, um zu färben.Und wieder trocken. Die Teller bei 120 Grad Celsius in einen Backofen geben, um drei Minuten zu erhitzen. Dann fotografieren Sie die Platte, um den Abbau von EPS zu bewerten, indem Sie TLC-Bänder messen.Um die Auswirkungen von EPS auf die SCFA-Produktion zu untersuchen, fügen Sie einen Milliliter der fermentierten Überstoffe zu zwei Milliliter Zentrifugenröhren hinzu und fügen Sie 0,2 Milliliter von 25 Gewicht/Volumenprozent Metaphosphorsäure zu jeder Probe hinzu. Wirbel, um die Lösungen gründlich zu mischen. Zentrifugieren Sie die Mischungen bei 13.000 mal G für 20 Minuten.In der Zwischenzeit, bereiten Lösungen von 120 Millimolar Essig, propionischen, butyric, isobutyric, Valeric, und isovalerSäuren in Denröhrchen. Dann fügen Sie einen Milliliter jeder vorbereiteten Säure in ein Rohr mit 1,2 Millilitern von 25 Gewicht/Volumen Prozent Metaphosphorsäure. Und als Standard-Cocktails in die Probenflasche des Gaschromatographie-Instruments laden.Nehmen Sie die Rohre aus der Zentrifuge und übertragen Sie die Überräube in frische Schläuche. Verwenden Sie eine Spritze mit 0,22 Mikron Filter, um die Überräube in neue Röhren für die Gaschromatographie-Analyse zu filtern. In dieser Studie wurde die Produktion von Schleimhaut EPS in Bifidobacterium-Longum-Kulturen auf PYG-Platten nach anaeroben Inkubation für 72 Stunden beobachtet.Die Zentrifugierung von Kulturkratzen, gefolgt von Ethanolfällung und Trocknung, führte zur Sammlung zelluloseähnlicher EPS. Die TLC-Analyse ergab, dass die Abbaurate von Stärke durch humane Fäkalienmikrobiota schneller war als die von BIF EPS. Die Hauptkoordinatenanalyse zeigt Kultur-VI-BIF- und Kultur-VI-Stärkegruppen, die getrennt voneinander gruppiert sind, was darauf hinweist, dass EPS und Stärkeverfügbarkeit menschliche Fäkalienbakteriengemeinschaften differenziell prägen.Lineare Diskriminantanalyse der Effektgröße zeigt, dass die Gattungen collinsella, coprococcus, Parabacteroides und Rhodopseudomonas in den Kultur-VI-BIF-Proben deutlich häufiger waren als in den Kultur-VI-Stärkeproben. Darüber hinaus zeigen GC-Messungen SCFAs, die aus Fermentationskulturen gemessen wurden, einschließlich Essig-, Propion-, isobutyric-, butyrisch,isovaler und Baldriansäuren. Nach der Gärung für 24 Stunden und 48 Stunden waren fünf der sechs SCFA-Konzentrationen ähnlich und unterschieden sich statistisch nicht zwischen den Gruppen Kultur VI BIF, Kultur VI Stärke und Kultur VI.Die Proprionsäurekonzentrationen waren jedoch in der Kultur-VI-BIF-Gruppe signifikant höher als in der Stärkegruppe Kultur VI nach 48 Stunden Gärung. Führen Sie dieses Experiment unter anaeroben Bedingungen durch und übertragen Sie die festen Proben dann so schnell wie möglich in einen anaeroben Inkubator. Einige der TLC-Reagenzien sind gefährlich.Sie sollten vorsichtig sein, sie zu verwenden.

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Human T Lymphocyte Isolation, Culture and Analysis of Migration In Vitro

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The migration of T lymphocytes involves the adhesive interaction of cell surface integrins with ligands expressed on other cells or with extracellular ...

Forschung

Immunologie und Infektion

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Here we will describe how we study the invasion of human endothelial cells by bacterial pathogen Staphylococcus aureus . The general protocol can be ...

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The majority of all known diseases are accompanied by disorders of the cardiovascular system. Studies into the complexity of the interacting pathways ...

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

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

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In - vitro - Methoden zum Vergleich der Zielbindungs und CDC Induktion zwischen Therapeutische Antikörper: Anwendungen in Biosimilarity Analyse

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Alphaviral enzymes are synthesized in a single polypeptide. The nonstructural polyprotein (nsP) is processed by its nsP2 cysteine protease to produce ...