Asidi ya Propioni (PPA), wakala wa kuzuia fangasi na kiongeza cha kawaida cha lishe, imeonyeshwa kusababisha ukuaji usio wa kawaida wa neva kwa panya unaoambatana na kutofanya kazi vizuri kwa njia ya utumbo, ambayo inaweza kusababishwa na dysbiosis ya utumbo. Uhusiano kati ya mfiduo wa PPA ya lishe na dysbiosis ya microbiota ya utumbo umependekezwa, lakini haujachunguzwa moja kwa moja. Hapa, tulichunguza mabadiliko yanayohusiana na PPA katika muundo wa microbiota ya utumbo ambayo yanaweza kusababisha dysbiosis. Microbiome za utumbo wa panya waliolishwa lishe isiyotibiwa (n=9) na lishe iliyoimarishwa na PPA (n=13) zilipangwa kwa kutumia mpangilio wa metagenomic wa masafa marefu ili kutathmini tofauti katika muundo wa vijidudu na njia za kimetaboliki za bakteria. PPA ya lishe ilihusishwa na ongezeko la wingi wa taxa muhimu, ikiwa ni pamoja na spishi kadhaa za Bacteroides, Prevotella, na Ruminococcus, ambazo hapo awali zimehusishwa na uzalishaji wa PPA. Microbiome za panya walio wazi kwa PPA pia zilikuwa na njia zaidi zinazohusiana na metaboli ya lipidi na biosynthesis ya homoni ya steroid. Matokeo yetu yanaonyesha kuwa PPA inaweza kubadilisha microbiota ya utumbo na njia zake zinazohusiana za kimetaboliki. Mabadiliko haya yaliyoonekana yanaonyesha kwamba vihifadhi vilivyoainishwa kama salama kwa matumizi vinaweza kuathiri muundo wa vijidudu vya utumbo na, kwa upande wake, afya ya binadamu. Miongoni mwao, P, G au S huchaguliwa kulingana na kiwango cha uainishaji kinachochambuliwa. Ili kupunguza athari za uainishaji chanya wa uongo, kizingiti cha chini cha wingi wa jamaa cha 1e-4 (1/10,000 ya kusoma) kilipitishwa. Kabla ya uchambuzi wa takwimu, wingi wa jamaa ulioripotiwa na Bracken (sehemu_ya_kusoma_jumla) ulibadilishwa kwa kutumia mabadiliko ya uwiano wa logi (CLR) ulio katikati (Aitchison, 1982). Mbinu ya CLR ilichaguliwa kwa ajili ya mabadiliko ya data kwa sababu haibadiliki kwa kipimo na inatosha kwa seti za data zisizo na muda mrefu (Gloor et al., 2017). Mabadiliko ya CLR hutumia logariti asilia. Data ya hesabu iliyoripotiwa na Bracken ilirekebishwa kwa kutumia usemi wa logi ya jamaa (RLE) (Anders na Huber, 2010). Takwimu zilizalishwa kwa kutumia mchanganyiko wa matplotlib v. 3.7.1, seaborn v. 3.7.2 na logariti mfuatano (Gloor et al., 2017). 0.12.2 na stantanotations v. 0.5.0 (Hunter, 2007; Waskom, 2021; Charlier et al., 2022). Uwiano wa Bacillus/Bacteroidetes ulihesabiwa kwa kila sampuli kwa kutumia hesabu za kawaida za bakteria. Thamani zilizoripotiwa katika majedwali zimezungushwa hadi sehemu 4 za desimali. Fahirisi ya utofauti ya Simpson ilihesabiwa kwa kutumia hati ya alpha_diversity.py iliyotolewa katika kifurushi cha KrakenTools v. 1.2 (Lu et al., 2022). Ripoti ya Bracken imetolewa katika hati na fahirisi ya Simpson "Si" imetolewa kwa kigezo cha -an. Tofauti kubwa katika wingi zilifafanuliwa kama tofauti za wastani za CLR ≥ 1 au ≤ -1. Tofauti ya wastani ya CLR ya ±1 inaonyesha ongezeko la mara 2.7 la wingi wa aina ya sampuli. Ishara (+/-) inaonyesha kama taxon ni nyingi zaidi katika sampuli ya PPA na sampuli ya udhibiti, mtawalia. Umuhimu ulibainishwa kwa kutumia jaribio la Mann-Whitney U (Virtanen et al., 2020). Statsmodels v. 0.14 (Benjamini na Hochberg, 1995; Seabold na Perktold, 2010) zilitumika, na utaratibu wa Benjamini-Hochberg ulitumika kusahihisha kwa majaribio mengi. Thamani ya p iliyorekebishwa ≤ 0.05 ilitumika kama kizingiti cha kubaini umuhimu wa takwimu.
Microbiome ya binadamu mara nyingi hujulikana kama "kiungo cha mwisho cha mwili" na ina jukumu muhimu katika afya ya binadamu (Baquero na Nombela, 2012). Hasa, microbiome ya utumbo hutambuliwa kwa ushawishi wake katika mfumo mzima na jukumu lake katika kazi nyingi muhimu. Bakteria za kawaida ziko nyingi kwenye utumbo, zinachukua nafasi nyingi za kiikolojia, zikitumia virutubisho, na kushindana na vimelea vinavyoweza kutokea (Jandhyala et al., 2015). Vipengele mbalimbali vya bakteria vya microbiota ya utumbo vina uwezo wa kutoa virutubisho muhimu kama vile vitamini na kukuza usagaji chakula (Rowland et al., 2018). Metaboliti za bakteria pia zimeonyeshwa kushawishi ukuaji wa tishu na kuongeza njia za kimetaboliki na kinga (Heijtz et al., 2011; Yu et al., 2022). Muundo wa microbiome ya utumbo wa binadamu ni tofauti sana na inategemea mambo ya kijenetiki na mazingira kama vile lishe, jinsia, dawa, na hali ya kiafya (Kumbhare et al., 2019).
Lishe ya mama ni sehemu muhimu ya ukuaji wa fetasi na mtoto mchanga na chanzo kinachodhaniwa cha misombo ambayo inaweza kushawishi ukuaji (Bazer et al., 2004; Innis, 2014). Kiwanja kimoja cha kuvutia ni asidi ya propionic (PPA), bidhaa ya ziada ya asidi ya mafuta ya mnyororo mfupi inayopatikana kutokana na uchachushaji wa bakteria na kiongeza cha chakula (den Besten et al., 2013). PPA ina sifa za kuua bakteria na kuvu na kwa hivyo hutumika kama kihifadhi cha chakula na katika matumizi ya viwandani kuzuia ukuaji wa ukungu na bakteria (Wemmenhove et al., 2016). PPA ina athari tofauti katika tishu tofauti. Katika ini, PPA ina athari za kuzuia uchochezi kwa kuathiri usemi wa saitokini katika macrophages (Kawasoe et al., 2022). Athari hii ya udhibiti pia imeonekana katika seli zingine za kinga, na kusababisha kupungua kwa uvimbe (Haase et al., 2021). Hata hivyo, athari kinyume imeonekana katika ubongo. Uchunguzi uliopita umeonyesha kuwa mfiduo wa PPA husababisha tabia kama ya tawahudi kwa panya (El-Ansary et al., 2012). Uchunguzi mwingine umeonyesha kuwa PPA inaweza kusababisha gliosis na kuamsha njia za uchochezi katika ubongo (Abdelli et al., 2019). Kwa sababu PPA ni asidi dhaifu, inaweza kusambaa kupitia epithelium ya matumbo hadi kwenye damu na hivyo kuvuka vizuizi vikali ikiwa ni pamoja na kizuizi cha damu-ubongo pamoja na kondo la nyuma (Stinson et al., 2019), ikionyesha umuhimu wa PPA kama kimetaboliki inayodhibitiwa inayozalishwa na bakteria. Ingawa jukumu linalowezekana la PPA kama sababu ya hatari kwa tawahudi kwa sasa linachunguzwa, athari zake kwa watu wenye tawahudi zinaweza kuenea zaidi ya kusababisha utofautishaji wa neva.
Dalili za utumbo kama vile kuhara na kuvimbiwa ni za kawaida kwa wagonjwa wenye matatizo ya ukuaji wa neva (Cao et al., 2021). Uchunguzi wa awali umeonyesha kuwa vijidudu vya wagonjwa wenye matatizo ya wigo wa tawahudi (ASD) hutofautiana na vya watu wenye afya njema, na kupendekeza uwepo wa dysbiosis ya vijidudu vya utumbo (Finegold et al., 2010). Vile vile, sifa za vijidudu vya wagonjwa wenye magonjwa ya utumbo ya uchochezi, unene kupita kiasi, ugonjwa wa Alzheimer, n.k. pia hutofautiana na zile za watu wenye afya njema (Turnbaugh et al., 2009; Vogt et al., 2017; Henke et al., 2019). Hata hivyo, hadi sasa, hakuna uhusiano wowote wa kisababishi ulioanzishwa kati ya vijidudu vya utumbo na magonjwa au dalili za neva (Yap et al., 2021), ingawa spishi kadhaa za bakteria zinadhaniwa kuchukua jukumu katika baadhi ya hali hizi za ugonjwa. Kwa mfano, Akkermansia, Bacteroides, Clostridium, Lactobacillus, Desulfovibrio na jenasi zingine zinapatikana kwa wingi zaidi katika vijidudu vya wagonjwa wenye tawahudi (Tomova et al., 2015; Golubeva et al., 2017; Cristiano et al., 2018; Zurita et al., 2020). Ikumbukwe kwamba spishi wanachama wa baadhi ya jenasi hizi zinajulikana kuwa na jeni zinazohusiana na uzalishaji wa PPA (Reichardt et al., 2014; Yun na Lee, 2016; Zhang et al., 2019; Baur na Dürre, 2023). Kwa kuzingatia sifa za PPA za antimicrobial, kuongeza wingi wake kunaweza kuwa na manufaa kwa ukuaji wa bakteria wanaozalisha PPA (Jacobson et al., 2018). Hivyo, mazingira yenye PFA nyingi yanaweza kusababisha mabadiliko katika vijidudu vya utumbo, ikiwa ni pamoja na vimelea vya utumbo, ambavyo vinaweza kuwa sababu zinazoweza kusababisha dalili za utumbo.
Swali kuu katika utafiti wa microbiome ni kama tofauti katika muundo wa vijidudu ni chanzo au dalili ya magonjwa ya msingi. Hatua ya kwanza kuelekea kufafanua uhusiano tata kati ya lishe, microbiome ya utumbo, na magonjwa ya neva ni kutathmini athari za lishe kwenye muundo wa vijidudu. Kwa lengo hili, tulitumia mpangilio wa metagenomic uliosomwa kwa muda mrefu kulinganisha microbiome za utumbo za watoto wa panya waliolishwa lishe yenye utajiri wa PPA au iliyopungua PPA. Watoto walilishwa lishe sawa na mama zao. Tulidhani kwamba lishe yenye utajiri wa PPA ingesababisha mabadiliko katika muundo wa vijidudu vya utumbo na njia za utendaji kazi wa vijidudu, haswa zile zinazohusiana na metaboli ya PPA na/au uzalishaji wa PPA.
Utafiti huu ulitumia panya wa FVB/N-Tg(GFAP-GFP)14Mes/J transgenic (Maabara ya Jackson) ambao hutoa protini ya kijani kibichi ya fluorescent (GFP) kupita kiasi chini ya udhibiti wa kipandishi maalum cha GFAP cha glia kwa kufuata miongozo ya Kamati ya Huduma na Matumizi ya Wanyama ya Chuo Kikuu cha Central Florida (UCF-IACUC) (Nambari ya Kibali cha Matumizi ya Wanyama: PROTO202000002). Baada ya kuachishwa kunyonya, panya waliwekwa mmoja mmoja kwenye vizimba na panya 1-5 wa kila jinsia kwa kila kizimba. Panya walilishwa bila malipo kwa lishe iliyosafishwa ya kudhibiti (lishe ya kawaida iliyobadilishwa, mafuta 16 kcal%) au lishe iliyoongezewa na propionate ya sodiamu (lishe ya kawaida iliyobadilishwa, mafuta 16 kcal%, yenye propionate ya sodiamu 5,000 ppm). Kiasi cha propionate ya sodiamu kilichotumika kilikuwa sawa na 5,000 mg PFA/kg jumla ya uzito wa chakula. Huu ndio mkusanyiko wa juu zaidi wa PPA ulioidhinishwa kutumika kama kihifadhi cha chakula. Ili kujiandaa kwa ajili ya utafiti huu, panya wazazi walilishwa lishe zote mbili kwa wiki 4 kabla ya kujamiiana na kuendelea katika kipindi chote cha ujauzito wa mama. Panya wachanga [panya 22, vidhibiti 9 (wanaume 6, wanawake 3) na PPA 13 (wanaume 4, wanawake 9)] waliachishwa kunyonya na kisha wakaendelea kula mlo mmoja na mama kwa miezi 5. Panya wachanga walitolewa kafara wakiwa na umri wa miezi 5 na kinyesi chao cha matumbo kilikusanywa na awali kuhifadhiwa kwenye mirija ya microcentrifuge ya 1.5 ml kwa -20°C na kisha kuhamishiwa kwenye friji ya -80°C hadi DNA ya mwenyeji itakapoisha na asidi ya viini vya vijidudu kutolewa.
DNA mwenyeji iliondolewa kulingana na itifaki iliyorekebishwa (Charalampous et al., 2019). Kwa ufupi, yaliyomo kwenye kinyesi yalihamishiwa kwenye 500 µl InhibitEX (Qiagen, Cat#/ID: 19593) na kuhifadhiwa kwenye gandishi. Changanya kiwango cha juu cha chembechembe 1-2 za kinyesi kwa kila uchimbaji. Kisha yaliyomo kwenye kinyesi yalibadilishwa kwa njia ya kiufundi kwa kutumia mchi wa plastiki ndani ya mrija ili kuunda tope. Weka sampuli kwenye RCF 10,000 kwa dakika 5 au hadi sampuli ziwe zimeganda, kisha vuta supernatant na urudishe chembechembe kwenye 250 µl 1× PBS. Ongeza 250 µl 4.4% saponin myeyusho (TCI, nambari ya bidhaa S0019) kwenye sampuli kama sabuni ili kulegeza utando wa seli za yukariyoti. Sampuli zilichanganywa kwa upole hadi ziwe laini na kuangushwa kwenye joto la kawaida kwa dakika 10. Kisha, ili kuvuruga seli za yukariyoti, maji yasiyo na nuksi 350 μl yaliongezwa kwenye sampuli, yaliwekwa kwenye incubation kwa sekunde 30, na kisha 12 μl 5 M NaCl iliongezwa. Sampuli ziliwekwa kwenye centrifuge kwenye 6000 RCF kwa dakika 5. Pumua supernatant na urudishe tena chembe kwenye 100 μl 1X PBS. Ili kuondoa DNA mwenyeji, ongeza 100 μl HL-SAN buffer (12.8568 g NaCl, 4 ml 1M MgCl2, 36 ml maji yasiyo na nuksi ) na 10 μl HL-SAN kimeng'enya (ArticZymes P/N 70910-202). Sampuli zilichanganywa vizuri kwa kusambaza na kuwekwa kwenye incubator kwa dakika 37°C kwa kasi ya 800 rpm kwenye Eppendorf™ ThermoMixer C. Baada ya kuangushwa, ziliwekwa kwenye centrifuge kwenye 6000 RCF kwa dakika 3 na kuoshwa mara mbili na 800 µl na 1000 µl 1X PBS. Hatimaye, rudisha kidonge kwenye 100 µl 1X PBS.
Jumla ya DNA ya bakteria ilitengwa kwa kutumia Kifaa cha Utakaso wa DNA cha New England Biolabs Monarch Genomic (New England Biolabs, Ipswich, MA, Cat# T3010L). Utaratibu wa kawaida wa uendeshaji uliotolewa na kifaa hicho umebadilishwa kidogo. Weka na utunze maji yasiyo na nuclease kwenye 60°C kabla ya operesheni kwa ajili ya uondoaji wa mwisho. Ongeza 10 µl Proteinase K na 3 µl RNase A kwa kila sampuli. Kisha ongeza 100 µl Cell Lysis Buffer na uchanganye kwa upole. Sampuli kisha ziliwekwa kwenye Eppendorf™ ThermoMixer C kwa 56°C na 1400 rpm kwa angalau saa 1 na hadi saa 3. Sampuli zilizowekwa kwenye centrifuge kwa 12,000 RCF kwa dakika 3 na supernatant kutoka kila sampuli ilihamishiwa kwenye mrija tofauti wa microcentrifuge wa 1.5 mL ulio na 400 µL ya myeyusho wa kufungamana. Kisha mirija ilivutwa kwa sekunde 5-10 kwa vipindi vya sekunde 1. Hamisha kiwango chote cha kioevu cha kila sampuli (takriban 600-700 µL) kwenye katriji ya kichujio iliyowekwa kwenye mrija wa kukusanya unaopita. Mirija iliwekwa kwenye sentrifuge kwenye RCF 1,000 kwa dakika 3 ili kuruhusu DNA kuungana kwa awali na kisha kuwekwa kwenye sentrifuge kwenye RCF 12,000 kwa dakika 1 ili kuondoa kioevu kilichobaki. Safu wima ya sampuli ilihamishiwa kwenye mrija mpya wa kukusanya na kisha kuoshwa mara mbili. Kwa safisha ya kwanza, ongeza µL 500 za bafa ya kuosha kwenye kila mrija. Geuza mrija mara 3-5 na kisha centrifuge kwenye RCF 12,000 kwa dakika 1. Tupa kioevu kutoka kwenye mrija wa kukusanya na uweke katriji ya kichujio tena kwenye mrija huo huo wa kukusanya. Kwa safisha ya pili, ongeza µL 500 za bafa ya kuosha kwenye kichujio bila kugeuza. Sampuli ziliwekwa kwenye sentrifuge kwenye RCF 12,000 kwa dakika 1. Hamisha kichujio kwenye mrija wa LoBind® wa mililita 1.5 na ongeza µL 100 za maji yasiyo na nuclease yaliyopashwa moto. Vichujio viliwekwa kwenye joto la kawaida kwa dakika 1 na kisha kuzungushwa kwa centrifuge kwenye RCF 12,000 kwa dakika 1. DNA iliyosafishwa ilihifadhiwa kwa -80°C.
Kiwango cha DNA kilipimwa kwa kutumia Fluoromita ya Qubit™ 4.0. DNA ilitayarishwa kwa kutumia Kifaa cha Qubit™ 1X dsDNA High Sensitivity (Cat. No. Q33231) kulingana na maagizo ya mtengenezaji. Usambazaji wa urefu wa vipande vya DNA ulipimwa kwa kutumia Aglient™ 4150 au 4200 TapeStation. DNA ilitayarishwa kwa kutumia Vitendanishi vya DNA vya Jenomu vya Agilent™ (Cat. No. 5067-5366) na Genomic DNA ScreenTepu (Cat. No. 5067-5365). Maandalizi ya maktaba yalifanywa kwa kutumia Kifaa cha Oxford Nanopore Technologies™ (ONT) Rapid PCR Barcoding Kit (SQK-RPB004) kulingana na maagizo ya mtengenezaji. DNA ilipangwa kwa kutumia ONT GridION™ Mk1 sequencer yenye seli ya mtiririko wa Min106D (R 9.4.1). Mipangilio ya mpangilio ilikuwa: wito wa msingi wa usahihi wa juu, thamani ya chini ya q ya 9, usanidi wa msimbopau, na upunguzaji wa msimbopau. Sampuli zilipangwa kwa mfuatano kwa saa 72, baada ya hapo data ya simu ya msingi iliwasilishwa kwa ajili ya usindikaji na uchambuzi zaidi.
Usindikaji wa bioinformatiki ulifanywa kwa kutumia mbinu zilizoelezwa hapo awali (Greenman et al., 2024). Faili za FASTQ zilizopatikana kutokana na mpangilio ziligawanywa katika saraka kwa kila sampuli. Kabla ya uchambuzi wa bioinformatiki, data ilichakatwa kwa kutumia bomba lifuatalo: kwanza, faili za FASTQ za sampuli ziliunganishwa katika faili moja ya FASTQ. Kisha, usomaji mfupi kuliko bp 1000 ulichujwa kwa kutumia Filtlong v. 0.2.1, huku kigezo pekee kilichobadilishwa kikiwa –min_length 1000 (Wick, 2024). Kabla ya kuchuja zaidi, ubora wa usomaji ulidhibitiwa kwa kutumia NanoPlot v. 1.41.3 kwa kutumia vigezo vifuatavyo: –fastq –plots nut –N50 -o
Kwa uainishaji wa taksonomia, visomaji na mikusanyiko iliyokusanywa iliainishwa kwa kutumia Kraken2 v. 2.1.2 (Wood et al., 2019). Tengeneza ripoti na faili za matokeo kwa visomaji na mikusanyiko, mtawalia. Tumia chaguo la –use-names kuchanganua visomaji na mikusanyiko. Chaguo zilizobanwa na –gzip na zilizooanishwa zimeainishwa kwa sehemu za kusoma. Wingi wa taksoni katika metajenomu ulikadiriwa kwa kutumia Bracken v. 2.8 (Lu et al., 2017). Kwanza tuliunda hifadhidata ya kmer iliyo na besi 1000 kwa kutumia bracken-build yenye vigezo vifuatavyo: -d
Maelezo ya jeni na makadirio ya wingi wa jamaa yalifanywa kwa kutumia toleo lililobadilishwa la itifaki iliyoelezwa na Maranga et al. (Maranga et al., 2023). Kwanza, viunganishi vilivyo chini ya bp 500 viliondolewa kwenye viunganishi vyote kwa kutumia SeqKit v. 2.5.1 (Shen et al., 2016). Viunganishi vilivyochaguliwa kisha viliunganishwa kuwa pan-metagenome. Fremu za usomaji wazi (ORFs) zilitambuliwa kwa kutumia Prodigal v. 1.0.1 (toleo sambamba la Prodigal v. 2.6.3) na vigezo vifuatavyo: -d
Jeni ziliwekwa katika makundi ya kwanza kulingana na vitambulisho vya Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) ortholog (KO) vilivyotolewa na eggNOG ili kulinganisha wingi wa njia za jeni. Jeni zisizo na knockouts au jeni zenye knockouts nyingi ziliondolewa kabla ya uchambuzi. Wingi wa wastani wa kila KO kwa kila sampuli ulihesabiwa na uchambuzi wa takwimu ukafanywa. Jeni za kimetaboliki ya PPA zilifafanuliwa kama jeni yoyote iliyopewa safu ya ko00640 kwenye safu ya KEGG_Pathway, ikionyesha jukumu katika kimetaboliki ya propionate kulingana na KEGG. Jeni zilizotambuliwa kama zinazohusiana na uzalishaji wa PPA zimeorodheshwa katika Jedwali la Nyongeza 1 (Reichardt et al., 2014; Yang et al., 2017). Vipimo vya upenyezaji vilifanywa ili kutambua metaboli ya PPA na jeni za uzalishaji ambazo zilikuwa nyingi zaidi katika kila aina ya sampuli. Upenyezaji elfu moja ulifanywa kwa kila jeni lililochambuliwa. Thamani ya p ya 0.05 ilitumika kama kipunguzo ili kubaini umuhimu wa takwimu. Maelezo ya utendaji kazi yalitolewa kwa jeni za kibinafsi ndani ya kundi kulingana na maelezo ya jeni wakilishi ndani ya kundi. Taxa inayohusiana na umetaboli wa PPA na/au uzalishaji wa PPA inaweza kutambuliwa kwa kulinganisha vitambulisho vya mfuatano katika faili za matokeo za Kraken2 na vitambulisho sawa vya mfuatano vilivyohifadhiwa wakati wa ufafanuzi wa utendaji kazi kwa kutumia eggNOG. Upimaji wa umuhimu ulifanywa kwa kutumia jaribio la Mann-Whitney U lililoelezwa hapo awali. Marekebisho ya majaribio mengi yalifanywa kwa kutumia utaratibu wa Benjamini-Hochberg. Thamani ya p ya ≤ 0.05 ilitumika kama kipunguzi ili kubaini umuhimu wa takwimu.
Utofauti wa vijidudu vya utumbo wa panya ulipimwa kwa kutumia faharisi ya utofauti ya Simpson. Hakuna tofauti kubwa zilizoonekana kati ya sampuli za udhibiti na PPA kwa upande wa utofauti wa jenasi na spishi (thamani ya p kwa jenasi: 0.18, thamani ya p kwa spishi: 0.16) (Mchoro 1). Muundo wa vijidudu kisha ulilinganishwa kwa kutumia uchambuzi mkuu wa vipengele (PCA). Mchoro 2 unaonyesha makundi ya sampuli kwa kutumia phyla yao, ikionyesha kwamba kulikuwa na tofauti katika muundo wa spishi za vijidudu kati ya PPA na sampuli za udhibiti. Makundi haya hayakuwa dhahiri sana katika kiwango cha jenasi, ikidokeza kwamba PPA huathiri bakteria fulani (Mchoro wa Nyongeza 1).
Mchoro 1. Utofauti wa alpha wa genera na muundo wa spishi za microbiome ya utumbo wa panya. Vielelezo vya kisanduku vinavyoonyesha viashiria vya utofauti wa Simpson vya genera (A) na spishi (B) katika PPA na sampuli za udhibiti. Umuhimu ulibainishwa kwa kutumia jaribio la Mann-Whitney U, na marekebisho mengi yalifanywa kwa kutumia utaratibu wa Benjamini-Hochberg. ns, thamani ya p haikuwa muhimu (p>0.05).
Mchoro 2. Matokeo ya uchambuzi wa vipengele vikuu vya muundo wa vijidudu vya utumbo wa panya katika kiwango cha spishi. Mchoro wa uchambuzi wa vipengele vikuu unaonyesha usambazaji wa sampuli katika vipengele vyao viwili vikuu vya kwanza. Rangi zinaonyesha aina ya sampuli: Panya walio wazi kwa PPA ni zambarau na panya wa kudhibiti ni wa manjano. Vipengele vikuu 1 na 2 vimechorwa kwenye mhimili wa x na mhimili wa y, mtawalia, na vinaonyeshwa kama uwiano wao wa tofauti ulioelezewa.
Kwa kutumia data ya hesabu iliyobadilishwa ya RLE, kupungua kwa kiasi kikubwa kwa uwiano wa wastani wa Bacteroidetes/Bacilli kulionekana katika panya wa udhibiti na PPA (udhibiti: 9.66, PPA: 3.02; thamani ya p = 0.0011). Tofauti hii ilitokana na wingi mkubwa wa Bacteroidetes katika panya wa PPA ikilinganishwa na vidhibiti, ingawa tofauti hiyo haikuwa muhimu (udhibiti wa wastani wa CLR: 5.51, PPA wastani wa CLR: 6.62; thamani ya p = 0.054), huku wingi wa Bacteroidetes ukifanana (udhibiti wa wastani wa CLR: 7.76, PPA wastani wa CLR: 7.60; thamani ya p = 0.18).
Uchambuzi wa wingi wa viumbe hai vya taksonomia vya utumbo ulionyesha kuwa spishi 1 na spishi 77 zilitofautiana kwa kiasi kikubwa kati ya sampuli za PPA na sampuli za udhibiti (Jedwali la Nyongeza 2). Wingi wa spishi 59 katika sampuli za PPA ulikuwa mkubwa zaidi kuliko ule wa sampuli za udhibiti, huku wingi wa spishi 16 pekee katika sampuli za udhibiti ulikuwa mkubwa zaidi kuliko ule wa sampuli za PPA (Mchoro 3).
Mchoro 3. Uwingi tofauti wa taxa katika vijidudu vya utumbo vya PPA na panya wa kudhibiti. Viwanja vya volkano vinaonyesha tofauti katika wingi wa jenasi (A) au spishi (B) kati ya PPA na sampuli za kudhibiti. Dots za kijivu hazionyeshi tofauti kubwa katika wingi wa taxa. Dots zenye rangi zinaonyesha tofauti kubwa katika wingi (thamani ya p ≤ 0.05). Taxa 20 bora zenye tofauti kubwa zaidi katika wingi kati ya aina za sampuli zinaonyeshwa katika nyekundu na bluu nyepesi (sampuli za udhibiti na PPA), mtawalia. Dots za njano na zambarau zilikuwa nyingi angalau mara 2.7 katika sampuli za kudhibiti au PPA kuliko katika vidhibiti. Dots nyeusi zinawakilisha taxa zenye wingi tofauti sana, huku tofauti za wastani za CLR kati ya -1 na 1. Thamani za P zilihesabiwa kwa kutumia jaribio la Mann-Whitney U na kusahihishwa kwa majaribio mengi kwa kutumia utaratibu wa Benjamini-Hochberg. Tofauti za wastani za CLR zenye herufi nzito zinaonyesha tofauti kubwa katika wingi.
Baada ya kuchambua muundo wa vijidudu vya utumbo, tulifanya ufafanuzi wa utendaji kazi wa vijidudu. Baada ya kuchuja jeni zenye ubora wa chini, jumla ya jeni 378,355 za kipekee zilitambuliwa katika sampuli zote. Wingi uliobadilishwa wa jeni hizi ulitumika kwa uchambuzi wa vipengele vikuu (PCA), na matokeo yalionyesha kiwango cha juu cha mkusanyiko wa aina za sampuli kulingana na wasifu wao wa utendaji kazi (Mchoro 4).
Mchoro 4. PCA hutoa matokeo kwa kutumia wasifu wa utendaji kazi wa microbiome ya utumbo wa panya. Mchoro wa PCA unaonyesha usambazaji wa sampuli katika vipengele vyao viwili vikuu vya kwanza. Rangi zinaonyesha aina ya sampuli: Panya walio wazi kwa PPA ni zambarau na panya wa kudhibiti ni wa manjano. Vipengele vikuu 1 na 2 vimechorwa kwenye mhimili wa x na mhimili wa y, mtawalia, na vinaonyeshwa kama uwiano wao wa tofauti ulioelezewa.
Kisha tulichunguza wingi wa KEGG knockouts katika aina tofauti za sampuli. Jumla ya knockouts 3648 za kipekee zilitambuliwa, ambapo 196 zilikuwa nyingi zaidi katika sampuli za udhibiti na 106 zilikuwa nyingi zaidi katika sampuli za PPA (Mchoro 5). Jumla ya jeni 145 ziligunduliwa katika sampuli za udhibiti na jeni 61 katika sampuli za PPA, zikiwa na wingi tofauti sana. Njia zinazohusiana na metaboli ya lipidi na aminosugar zilitajirishwa zaidi katika sampuli za PPA (Jedwali la Nyongeza 3). Njia zinazohusiana na metaboli ya nitrojeni na mifumo ya upelekaji wa salfa zilitajirishwa zaidi katika sampuli za udhibiti (Jedwali la Nyongeza 3). Wingi wa jeni zinazohusiana na metaboli ya aminosugar/nukleotidi (ko:K21279) na metaboli ya fosfeti ya inositol (ko:K07291) ulikuwa mkubwa zaidi katika sampuli za PPA (Mchoro 5). Sampuli za udhibiti zilikuwa na jeni nyingi zaidi zinazohusiana na metaboli ya benzoate (ko:K22270), metaboli ya nitrojeni (ko:K00368), na glikolisisi/glukoneojenesheni (ko:K00131) (Mchoro 5).
Mchoro 5. Wingi tofauti wa KO katika microbiome ya utumbo wa PPA na panya wa kudhibiti. Mchoro wa volkano unaonyesha tofauti katika wingi wa vikundi vya utendaji (KOs). Dots za kijivu zinaonyesha KO ambazo wingi wake haukuwa tofauti sana kati ya aina za sampuli (thamani ya p > 0.05). Dots zenye rangi zinaonyesha tofauti kubwa katika wingi (thamani ya p ≤ 0.05). KO 20 zenye tofauti kubwa zaidi katika wingi kati ya aina za sampuli zinaonyeshwa kwa rangi nyekundu na bluu nyepesi, sambamba na sampuli za udhibiti na PPA, mtawalia. Dots za njano na zambarau zinaonyesha KO ambazo zilikuwa nyingi zaidi mara 2.7 katika udhibiti na sampuli za PPA, mtawalia. Dots nyeusi zinaonyesha KO zenye wingi tofauti sana, huku tofauti za wastani za CLR kati ya -1 na 1. Thamani za P zilihesabiwa kwa kutumia jaribio la Mann-Whitney U na kurekebishwa kwa kulinganisha nyingi kwa kutumia utaratibu wa Benjamini-Hochberg. NaN inaonyesha kwamba KO si ya njia katika KEGG. Thamani za tofauti za wastani za CLR zenye herufi nzito zinaonyesha tofauti kubwa katika wingi. Kwa maelezo zaidi kuhusu njia ambazo KO zilizoorodheshwa ni za, tazama Jedwali la Nyongeza 3.
Miongoni mwa jeni zilizofafanuliwa, jeni 1601 zilikuwa na wingi tofauti sana kati ya aina za sampuli (p ≤ 0.05), huku kila jeni likiwa na wingi zaidi mara 2.7. Kati ya jeni hizi, jeni 4 zilikuwa nyingi zaidi katika sampuli za udhibiti na jeni 1597 zilikuwa nyingi zaidi katika sampuli za PPA. Kwa sababu PPA ina sifa za kuua vijidudu, tulichunguza wingi wa metaboli ya PPA na jeni za uzalishaji kati ya aina za sampuli. Miongoni mwa jeni 1332 zinazohusiana na metaboli ya PPA, jeni 27 zilikuwa nyingi zaidi katika sampuli za udhibiti na jeni 12 zilikuwa nyingi zaidi katika sampuli za PPA. Miongoni mwa jeni 223 zinazohusiana na uzalishaji wa PPA, jeni 1 lilikuwa nyingi zaidi katika sampuli za PPA. Mchoro 6A unaonyesha zaidi wingi wa jeni zinazohusika katika metaboli ya PPA, zenye wingi mkubwa zaidi katika sampuli za udhibiti na ukubwa mkubwa wa athari, huku Mchoro 6B ukiangazia jeni za kibinafsi zenye wingi mkubwa zaidi unaoonekana katika sampuli za PPA.
Mchoro 6. Wingi tofauti wa jeni zinazohusiana na PPA katika microbiome ya utumbo wa panya. Vielelezo vya volkano vinaonyesha tofauti katika wingi wa jeni zinazohusiana na metaboli ya PPA (A) na uzalishaji wa PPA (B). Vidoti vya kijivu vinaonyesha jeni ambazo wingi wake haukuwa tofauti sana kati ya aina za sampuli (thamani ya p > 0.05). Vidoti vyenye rangi vinaonyesha tofauti kubwa katika wingi (thamani ya p ≤ 0.05). Jeni 20 zenye tofauti kubwa zaidi katika wingi zinaonyeshwa katika bluu nyekundu na nyepesi (sampuli za udhibiti na PPA), mtawalia. Wingi wa vidoti vya njano na zambarau ulikuwa angalau mara 2.7 zaidi katika sampuli za udhibiti na PPA kuliko katika sampuli za udhibiti. Vidoti vyeusi vinawakilisha jeni zenye wingi tofauti sana, huku tofauti za wastani za CLR kati ya -1 na 1. Thamani za P zilihesabiwa kwa kutumia jaribio la Mann-Whitney U na kusahihishwa kwa kulinganisha nyingi kwa kutumia utaratibu wa Benjamini-Hochberg. Jeni zinalingana na jeni wakilishi katika orodha ya jeni isiyo na upungufu. Majina ya jeni yanajumuisha ishara ya KEGG inayoashiria jeni la KO. Tofauti za wastani za CLR zenye herufi nzito zinaonyesha wingi tofauti sana. Kistari (-) kinaonyesha kuwa hakuna alama ya jeni katika hifadhidata ya KEGG.
Taxa zenye jeni zinazohusiana na umetaboli wa PPA na/au uzalishaji zilitambuliwa kwa kulinganisha utambulisho wa taksonomiki wa viunganishi na kitambulisho cha mfuatano cha jeni. Katika kiwango cha jenasi, jenasi 130 zilipatikana kuwa na jeni zinazohusiana na umetaboli wa PPA na jenasi 61 zilipatikana kuwa na jeni zinazohusiana na uzalishaji wa PPA (Jedwali la Nyongeza 4). Hata hivyo, hakuna jenasi iliyoonyesha tofauti kubwa katika wingi (p > 0.05).
Katika kiwango cha spishi, spishi 144 za bakteria zilipatikana kuwa na jeni zinazohusiana na umetaboli wa PPA na spishi 68 za bakteria zilipatikana kuwa na jeni zinazohusiana na uzalishaji wa PPA (Jedwali la Nyongeza 5). Miongoni mwa vimetaboli vya PPA, bakteria wanane walionyesha ongezeko kubwa la wingi kati ya aina za sampuli, na zote zilionyesha mabadiliko makubwa katika athari (Jedwali la Nyongeza 6). Vimetaboli vyote vya PPA vilivyotambuliwa vyenye tofauti kubwa katika wingi vilikuwa vingi zaidi katika sampuli za PPA. Uainishaji wa kiwango cha spishi ulifunua wawakilishi wa jenasi ambazo hazikutofautiana sana kati ya aina za sampuli, ikiwa ni pamoja na spishi kadhaa za Bacteroides na Ruminococcus, pamoja na Duncania dubois, Myxobacterium enterica, Monococcus pectinolyticus, na Alcaligenes polymorpha. Miongoni mwa bakteria zinazozalisha PPA, bakteria wanne walionyesha tofauti kubwa katika wingi kati ya aina za sampuli. Spishi zenye tofauti kubwa katika wingi zilijumuisha Bacteroides novorossi, Duncania dubois, Myxobacterium enteritidis, na Ruminococcus bovis.
Katika utafiti huu, tulichunguza athari za PPA kwenye vijidudu vya utumbo vya panya. PPA inaweza kusababisha majibu tofauti katika bakteria kwa sababu huzalishwa na spishi fulani, hutumika kama chanzo cha chakula na spishi zingine, au ina athari za kuua vijidudu. Kwa hivyo, kuongezwa kwake kwenye mazingira ya utumbo kupitia virutubisho vya lishe kunaweza kuwa na athari tofauti kulingana na uvumilivu, uwezekano, na uwezo wa kuitumia kama chanzo cha virutubisho. Spishi nyeti za bakteria zinaweza kuondolewa na kubadilishwa na zile ambazo ni sugu zaidi kwa PPA au zinazoweza kuitumia kama chanzo cha chakula, na kusababisha mabadiliko katika muundo wa vijidudu vya utumbo. Matokeo yetu yalionyesha tofauti kubwa katika muundo wa vijidudu lakini hakuna athari kwa utofauti wa jumla wa vijidudu. Athari kubwa zaidi zilionekana katika kiwango cha spishi, huku zaidi ya taksa 70 zikiwa tofauti sana kwa wingi kati ya PPA na sampuli za udhibiti (Jedwali la Nyongeza 2). Tathmini zaidi ya muundo wa sampuli zilizo wazi za PPA ilionyesha tofauti kubwa zaidi ya spishi za vijidudu ikilinganishwa na sampuli ambazo hazija wazi, ikidokeza kwamba PPA inaweza kuongeza sifa za ukuaji wa bakteria na kupunguza idadi ya bakteria ambayo inaweza kuishi katika mazingira yenye utajiri wa PPA. Kwa hivyo, PPA inaweza kusababisha mabadiliko badala ya kusababisha usumbufu mkubwa wa utofauti wa vijidudu vya utumbo.
Vihifadhi vya chakula kama vile PPA vimeonyeshwa hapo awali kubadilisha wingi wa vipengele vya vijidudu vya utumbo bila kuathiri utofauti wa jumla (Nagpal et al., 2021). Hapa, tuliona tofauti kubwa zaidi kati ya spishi za Bacteroidetes ndani ya phylum Bacteroidetes (hapo awali zilijulikana kama Bacteroidetes), ambazo zilitajirishwa kwa kiasi kikubwa katika panya walioathiriwa na PPA. Kuongezeka kwa wingi wa spishi za Bacteroides kunahusishwa na kuongezeka kwa uharibifu wa kamasi, ambayo inaweza kuongeza hatari ya maambukizi na kukuza uvimbe (Cornick et al., 2015; Desai et al., 2016; Penzol et al., 2019). Utafiti mmoja uligundua kuwa panya wa kiume wachanga waliotibiwa na Bacteroides fragilis walionyesha tabia za kijamii zinazofanana na ugonjwa wa wigo wa tawahudi (ASD) (Carmel et al., 2023), na tafiti zingine zimeonyesha kuwa spishi za Bacteroides zinaweza kubadilisha shughuli za kinga na kusababisha ugonjwa wa moyo na mishipa ya uchochezi wa kinga mwilini (Gil-Cruz et al., 2019). Spishi zinazotokana na jenasi ya Ruminococcus, Prevotella, na Parabacteroides pia ziliongezeka kwa kiasi kikubwa katika panya walioathiriwa na PPA (Coretti et al., 2018). Baadhi ya spishi za Ruminococcus zinahusishwa na magonjwa kama vile ugonjwa wa Crohn kupitia uzalishaji wa saitokini zinazosababisha uvimbe (Henke et al., 2019), huku spishi za Prevotella kama vile Prevotella humani zikihusishwa na magonjwa ya kimetaboliki kama vile shinikizo la damu na unyeti wa insulini (Pedersen et al., 2016; Li et al., 2017). Hatimaye, tuligundua kuwa uwiano wa Bacteroidetes (hapo awali zilijulikana kama Firmicutes) kwa Bacteroidetes ulikuwa chini sana katika panya walioathiriwa na PPA kuliko katika panya wa kudhibiti kutokana na wingi mkubwa wa spishi za Bacteroidetes. Uwiano huu umeonyeshwa hapo awali kuwa kiashiria muhimu cha homeostasis ya matumbo, na usumbufu katika uwiano huu umehusishwa na hali mbalimbali za magonjwa (Turpin et al., 2016; Takezawa et al., 2021; An et al., 2023), ikiwa ni pamoja na magonjwa ya uchochezi ya utumbo (Stojanov et al., 2020). Kwa pamoja, spishi za phylum Bacteroidetes zinaonekana kuathiriwa zaidi na PPA iliyoinuliwa ya lishe. Hii inaweza kuwa kutokana na uvumilivu mkubwa kwa PPA au uwezo wa kutumia PPA kama chanzo cha nishati, ambayo imeonyeshwa kuwa kweli kwa angalau spishi moja, Hoylesella enocea (Hitch et al., 2022). Vinginevyo, mfiduo wa PPA ya mama unaweza kuongeza ukuaji wa fetasi kwa kufanya utumbo wa watoto wa panya uwe rahisi zaidi kuathiriwa na ukoloni wa Bacteroidetes; hata hivyo, muundo wetu wa utafiti haukuruhusu tathmini kama hiyo.
Tathmini ya maudhui ya metagenomiki ilifunua tofauti kubwa katika wingi wa jeni zinazohusiana na metaboli na uzalishaji wa PPA, huku panya walioathiriwa na PPA wakionyesha wingi mkubwa wa jeni zinazohusika na uzalishaji wa PPA, ilhali panya wasioathiriwa na PPA walionyesha wingi mkubwa wa jeni zinazohusika na metaboli ya PAA (Mchoro 6). Matokeo haya yanaonyesha kwamba athari ya PPA kwenye muundo wa vijidudu inaweza isitokee tu kutokana na matumizi yake, vinginevyo wingi wa jeni zinazohusiana na metaboli ya PPA ungepaswa kuonyesha wingi mkubwa katika vijidudu vya utumbo vya panya walioathiriwa na PPA. Maelezo moja ni kwamba PPA hupatanisha wingi wa bakteria hasa kupitia athari zake za antimicrobial badala ya kupitia matumizi yake na bakteria kama virutubisho. Uchunguzi wa awali umeonyesha kuwa PPA huzuia ukuaji wa Salmonella Typhimurium kwa njia inayotegemea kipimo (Jacobson et al., 2018). Mfiduo wa viwango vya juu vya PPA unaweza kuchagua bakteria ambao ni sugu kwa sifa zake za antimicrobial na huenda wasiweze kuumetaboli au kuuzalisha. Kwa mfano, spishi kadhaa za Parabacteroides zilionyesha wingi mkubwa zaidi katika sampuli za PPA, lakini hakuna jeni zinazohusiana na umetaboli au uzalishaji wa PPA zilizogunduliwa (Majedwali ya Nyongeza 2, 4, na 5). Zaidi ya hayo, uzalishaji wa PPA kama bidhaa inayofuata ya uchachushaji husambazwa sana miongoni mwa bakteria mbalimbali (Gonzalez-Garcia et al., 2017). Utofauti mkubwa wa bakteria unaweza kuwa sababu ya wingi mkubwa wa jeni zinazohusiana na umetaboli wa PPA katika sampuli za udhibiti (Averina et al., 2020). Zaidi ya hayo, ni jeni 27 pekee (2.14%) kati ya jeni 1332 zilizotabiriwa kuwa jeni zinazohusiana na umetaboli wa PPA pekee. Jeni nyingi zinazohusiana na umetaboli wa PPA pia zinahusika katika njia zingine za kimetaboliki. Hii inaonyesha zaidi kwamba wingi wa jeni zinazohusika katika umetaboli wa PPA ulikuwa mkubwa zaidi katika sampuli za udhibiti; jeni hizi zinaweza kufanya kazi katika njia ambazo hazisababishi matumizi au uundaji wa PPA kama bidhaa mbadala. Katika hali hii, jeni moja tu linalohusiana na kizazi cha PPA lilionyesha tofauti kubwa katika wingi kati ya aina za sampuli. Tofauti na jeni zinazohusiana na umetaboli wa PPA, jeni za alama za uzalishaji wa PPA zilichaguliwa kwa sababu zinahusika moja kwa moja katika njia ya bakteria kwa ajili ya uzalishaji wa PPA. Katika panya walioathiriwa na PPA, spishi zote zilipatikana kuwa na wingi na uwezo wa kuzalisha PPA ulioongezeka kwa kiasi kikubwa. Hii inaunga mkono utabiri kwamba PPA zingechagua wazalishaji wa PPA na kwa hivyo kutabiri kwamba uwezo wa uzalishaji wa PPA ungeongezeka. Hata hivyo, wingi wa jeni hauhusiani lazima na usemi wa jeni; hivyo, ingawa wingi wa jeni zinazohusiana na umetaboli wa PPA ni mkubwa zaidi katika sampuli za udhibiti, kiwango cha usemi kinaweza kuwa tofauti (Shi et al., 2014). Ili kuthibitisha uhusiano kati ya kuenea kwa jeni zinazozalisha PPA na uzalishaji wa PPA, tafiti za usemi wa jeni zinazohusika katika uzalishaji wa PPA zinahitajika.
Maelezo ya utendaji kazi wa metajenomu za PPA na udhibiti yalionyesha tofauti kadhaa. Uchambuzi wa PCA wa maudhui ya jeni ulionyesha makundi tofauti kati ya PPA na sampuli za udhibiti (Mchoro 5). Kundi la ndani ya sampuli kulionyesha kuwa maudhui ya jeni la udhibiti yalikuwa tofauti zaidi, huku sampuli za PPA zikikusanywa pamoja. Kundi kwa maudhui ya jeni kulilinganishwa na kukusanywa kwa muundo wa spishi. Kwa hivyo, tofauti katika wingi wa njia zinaendana na mabadiliko katika wingi wa spishi na aina maalum ndani yake. Katika sampuli za PPA, njia mbili zenye wingi mkubwa zaidi zilihusiana na metaboli ya sukari ya aminosugar/nucleotide (ko:K21279) na njia nyingi za metaboli ya lipidi (ko:K00647, ko:K03801; Jedwali la Nyongeza 3). Jeni zinazohusiana na ko:K21279 zinajulikana kuhusishwa na jenasi Bacteroides, moja ya jenasi yenye idadi kubwa zaidi ya spishi katika sampuli za PPA. Kimeng'enya hiki kinaweza kuepuka mwitikio wa kinga kwa kutoa polisakaraidi za kapsuli (Wang et al., 2008). Hii inaweza kuchangia ongezeko la Bacteroidetes zinazoonekana katika panya walio wazi kwa PPA. Hii inakamilisha ongezeko la usanisi wa asidi ya mafuta unaoonekana katika microbiome ya PPA. Bakteria hutumia njia ya FASIIko:K00647 (fabB) kutoa asidi ya mafuta, ambayo inaweza kuathiri njia za kimetaboliki za mwenyeji (Yao na Rock, 2015; Johnson et al., 2020), na mabadiliko katika metaboli ya lipidi yanaweza kuchukua jukumu katika ukuaji wa neva (Yu et al., 2020). Njia nyingine inayoonyesha kuongezeka kwa wingi katika sampuli za PPA ilikuwa biosynthesis ya homoni ya steroidi (ko:K12343). Kuna ushahidi unaoongezeka kwamba kuna uhusiano kinyume kati ya uwezo wa microbiota ya utumbo kushawishi viwango vya homoni na kuathiriwa na homoni, kiasi kwamba viwango vya juu vya steroidi vinaweza kuwa na athari za kiafya (Tetel et al., 2018).
Utafiti huu hauna mapungufu na mambo ya kuzingatia. Tofauti muhimu ni kwamba hatukufanya tathmini za kisaikolojia za wanyama. Kwa hivyo, haiwezekani kuhitimisha moja kwa moja ikiwa mabadiliko katika microbiome yanahusishwa na ugonjwa wowote. Jambo lingine la kuzingatia ni kwamba panya katika utafiti huu walilishwa lishe sawa na mama zao. Masomo ya baadaye yanaweza kubaini ikiwa kubadili kutoka kwa lishe yenye utajiri wa PPA hadi lishe isiyo na PPA kunaboresha athari zake kwenye microbiome. Kikwazo kimoja cha utafiti wetu, kama mengine mengi, ni ukubwa mdogo wa sampuli. Ingawa hitimisho halali linaweza kutolewa, ukubwa mkubwa wa sampuli utatoa nguvu kubwa ya takwimu wakati wa kuchambua matokeo. Pia tuna tahadhari kuhusu kupata hitimisho kuhusu uhusiano kati ya mabadiliko katika microbiome ya utumbo na ugonjwa wowote (Yap et al., 2021). Mambo yanayochanganya ikiwa ni pamoja na umri, jinsia, na lishe yanaweza kuathiri kwa kiasi kikubwa muundo wa vijidudu. Mambo haya yanaweza kuelezea kutofautiana kunakoonekana katika fasihi kuhusu uhusiano wa microbiome ya utumbo na magonjwa tata (Johnson et al., 2019; Lagod na Naser, 2023). Kwa mfano, wanachama wa jenasi ya Bacteroidetes wameonyeshwa kuongezeka au kupungua kwa wanyama na wanadamu wenye ASD (Angelis et al., 2013; Kushak et al., 2017). Vile vile, tafiti za muundo wa utumbo kwa wagonjwa wenye magonjwa ya utumbo wa uchochezi zimegundua ongezeko na upungufu katika taxa moja (Walters et al., 2014; Forbes et al., 2018; Upadhyay et al., 2023). Ili kupunguza athari za upendeleo wa kijinsia, tulijaribu kuhakikisha uwakilishi sawa wa jinsia ili tofauti ziweze kusababishwa na lishe. Changamoto moja ya ufafanuzi wa utendaji kazi ni kuondolewa kwa mfuatano wa jeni usio wa lazima. Mbinu yetu ya mkusanyiko wa jeni inahitaji utambulisho wa mfuatano wa 95% na kufanana kwa urefu wa 85%, pamoja na chanjo ya mpangilio wa 90% ili kuondoa mkusanyiko wa uwongo. Hata hivyo, katika baadhi ya matukio, tuliona COG zenye maelezo sawa (km, MUT) (Mchoro 6). Uchunguzi zaidi unahitajika ili kubaini kama ortolojia hizi ni tofauti, zinahusishwa na jenasi maalum, au kama hii ni kizuizi cha mbinu ya mkusanyiko wa jeni. Kikwazo kingine cha ufafanuzi wa utendaji kazi ni uwezekano wa uainishaji usio sahihi; jeni la bakteria mmdA ni kimeng'enya kinachojulikana kinachohusika katika usanisi wa propionate, lakini KEGG haihusishi na njia ya kimetaboliki ya propionate. Kwa upande mwingine, ortolojia za scpB na mmcD zinahusiana. Idadi kubwa ya jeni bila knockouts zilizoteuliwa inaweza kusababisha kutoweza kutambua jeni zinazohusiana na PPA wakati wa kutathmini wingi wa jeni. Uchunguzi wa siku zijazo utafaidika na uchambuzi wa metatranscriptome, ambao unaweza kutoa uelewa wa kina wa sifa za utendaji kazi wa microbiota ya utumbo na kuunganisha usemi wa jeni na athari zinazoweza kutokea. Kwa tafiti zinazohusisha matatizo maalum ya ukuaji wa neva au magonjwa ya utumbo wa uchochezi, tathmini za kisaikolojia na kitabia za wanyama zinahitajika ili kuunganisha mabadiliko katika muundo wa microbiome na matatizo haya. Uchunguzi wa ziada wa kupandikiza microbiome ya utumbo kwenye panya wasio na vijidudu pia ungekuwa muhimu kubaini kama microbiome ni kichocheo au sifa ya ugonjwa.
Kwa muhtasari, tulionyesha kuwa PPA ya lishe hufanya kazi kama sababu katika kubadilisha muundo wa microbiota ya utumbo. PPA ni kihifadhi kilichoidhinishwa na FDA kinachopatikana sana katika vyakula mbalimbali ambavyo, vikiathiriwa kwa muda mrefu, vinaweza kusababisha kuvurugika kwa mimea ya kawaida ya utumbo. Tulipata mabadiliko katika wingi wa bakteria kadhaa, ikidokeza kwamba PPA inaweza kushawishi muundo wa microbiota ya utumbo. Mabadiliko katika microbiota yanaweza kusababisha mabadiliko katika viwango vya njia fulani za kimetaboliki, ambazo zinaweza kusababisha mabadiliko ya kisaikolojia ambayo yanahusiana na afya ya mwenyeji. Uchunguzi zaidi unahitajika ili kubaini kama athari za PPA ya lishe kwenye muundo wa microbial zinaweza kusababisha dysbiosis au magonjwa mengine. Utafiti huu unaweka msingi wa tafiti za baadaye kuhusu jinsi athari za PPA kwenye muundo wa utumbo zinavyoweza kuathiri afya ya binadamu.
Seti za data zilizowasilishwa katika utafiti huu zinapatikana katika hazina za mtandaoni. Jina la hazina na nambari ya kujiunga ni: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/, PRJNA1092431.
Utafiti huu wa wanyama uliidhinishwa na Kamati ya Utunzaji na Matumizi ya Wanyama ya Chuo Kikuu cha Central Florida (UCF-IACUC) (Nambari ya Kibali cha Matumizi ya Wanyama: PROTO202000002). Utafiti huu unazingatia sheria, kanuni, na mahitaji ya kitaasisi ya eneo husika.
NG: Uundaji wa dhana, Utunzaji wa data, Uchambuzi rasmi, Uchunguzi, Mbinu, Programu, Uundaji wa taswira, Uandishi (rasimu ya asili), Uandishi (mapitio na uhariri). LA: Uundaji wa dhana, Utunzaji wa data, Mbinu, Rasilimali, Uandishi (mapitio na uhariri). SH: Uchambuzi rasmi, Programu, Uandishi (mapitio na uhariri). SA: Uchunguzi, Uandishi (mapitio na uhariri). Jaji Mkuu: Uchunguzi, Uandishi (mapitio na uhariri). SN: Uundaji wa dhana, Utawala wa mradi, Rasilimali, Usimamizi, Uandishi (mapitio na uhariri). TA: Uundaji wa dhana, Utawala wa mradi, Usimamizi, Uandishi (mapitio na uhariri).
Waandishi walitangaza kwamba hawakupokea msaada wowote wa kifedha kwa ajili ya utafiti, uandishi, na/au uchapishaji wa makala haya.
Waandishi wanatangaza kwamba utafiti huo ulifanyika bila uhusiano wowote wa kibiashara au kifedha ambao unaweza kutafsiriwa kama mgongano wa kimaslahi.
Maoni yote yaliyotolewa katika makala haya ni yale ya waandishi pekee na si lazima yaakisi maoni ya taasisi zao, wachapishaji, wahariri, au wakaguzi. Bidhaa zozote zilizotathminiwa katika makala haya, au madai yoyote yaliyotolewa na watengenezaji wao, hazihakikishwi au kuidhinishwa na mchapishaji.
Nyenzo za ziada za makala haya zinaweza kupatikana mtandaoni: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frmbi.2024.1451735/full#supplementary-material
Abdelli LS, Samsam A, Nasser SA (2019). Asidi ya propioni husababisha gliosis na uvimbe wa neva kwa kudhibiti njia ya PTEN/AKT katika matatizo ya wigo wa tawahudi. Ripoti za kisayansi 9, 8824–8824. doi: 10.1038/s41598-019-45348-z
Aitchison, J. (1982). Uchambuzi wa takwimu wa data ya utunzi. JR Stat Soc Ser B Methodol. 44, 139–160. doi: 10.1111/j.2517-6161.1982.tb01195.x
Ahn J, Kwon H, Kim YJ (2023). Uwiano wa Firmicutes/Bakteroidetes kama sababu ya hatari ya saratani ya matiti. Jarida la Tiba ya Kliniki, 12, 2216. doi: 10.3390/jcm12062216
Anders S., Huber W. (2010). Uchambuzi wa usemi tofauti wa data ya hesabu ya mlolongo. Nat Iliyotangulia. 1–1, 1–10. doi: 10.1038/npre.2010.4282.1
Angelis, MD, Piccolo, M., Vannini, L., Siragusa, S., Giacomo, AD, Serrazanetti, DI, et al. (2013). Vijidudu vya kinyesi na metabolome kwa watoto walio na tawahudi na ugonjwa wa ukuaji ulioenea ambao haujabainishwa vinginevyo. PloS One 8, e76993. doi: 10.1371/journal.pone.0076993
Averina OV, Kovtun AS, Polyakova SI, Savilova AM, Rebrikov DV, Danilenko VN (2020). Sifa za kimetaboliki ya bakteria ya bakteria ya microbiota ya utumbo kwa watoto wadogo walio na matatizo ya wigo wa tawahudi. Jarida la Microbiology ya Kimatibabu 69, 558–571. doi: 10.1099/jmm.0.001178
Baquero F., Nombela K. (2012). Microbiome kama kiungo cha binadamu. Clinical Microbiology and Infection 18, 2–4. doi: 10.1111/j.1469-0691.2012.03916.x
Baur T., Dürre P. (2023). Ufahamu mpya kuhusu fiziolojia ya bakteria zinazozalisha asidi ya propioni: Anaerotignum propionicum na Anaerotignum neopropionicum (zamani Clostridium propionicum na Clostridium neopropionicum). Vijidudu 11, 685. doi: 10.3390/vijidudu11030685
Bazer FW, Spencer TE, Wu G, Cudd TA, Meininger SJ (2004). Lishe ya mama na ukuaji wa fetasi. J Nutr. 134, 2169–2172. doi: 10.1093/jn/134.9.2169
Benjamini, Y., na Hochberg, J. (1995). Kudhibiti kiwango cha chanya-uongo: Mbinu ya vitendo na yenye ufanisi ya upimaji mwingi. JR Stat Soc Ser B Methodol. 57, 289–300. doi: 10.1111/j.2517-6161.1995.tb02031.x
Muda wa chapisho: Aprili-18-2025