[U-13C]グルコースとNMRを使用して、ヒト腸内細菌の代謝とその動力学をプロファイリングする

この研究では、[U-（13）c]グルコースを使用した安定したアイソトープ代謝アプローチを紹介します。これは、斬新なものとして、炭水化物食品成分のヒト腸微生物代謝産物の選択的プロファイリング、およびそれらの運動学の測定値の測定を可能にします。単一の実験での形成経路。確立された、検証されたヒト腸の発酵のin vitroモデルには、ボランティアから標準化された胃腸微生物叢が接種されました。培養安定化後、[u-（13）c]グルコースが同位体標識代謝前駆体として添加されました。システムルーメンと透析液サンプルは、定期的に採取されました。代謝物濃度と同位体標識は、NMR、GC、および酵素法によって決定されました。主な微生物代謝産物は、乳酸、酢酸、酪酸、形成、エタノール、およびグリセロールでした。彼らは一緒になって、91.2％の（13）C回復率を占めました。NMR化学シフト予測アプローチを使用して、（13）Cの取り込みを示したいくつかのマイナー製品が、有機酸、アミノ酸、およびさまざまなアルコールとして特定されました。（12）C含有量と（13）Cの標識動態のコンピューターモデリングを使用して、乳酸、形成、酢酸、および酪酸の合成のための腸内微生物経路の代謝フラックスを、グルコースおよび非標識バックグラウンド基板のために個別に測定しました。この新しいアプローチにより、単一の栄養素によるヒト腸機能の調節の研究が可能になり、基質と微生物叢の組成を意図的な方法で操作することにより、短鎖脂肪酸プロファイルの制御を達成するための新しい合理的な基盤が提供されます。

This study introduces a stable-isotope metabolic approach employing [U-(13)C]glucose that, as a novelty, allows selective profiling of the human intestinal microbial metabolic products of carbohydrate food components, as well as the measurement of the kinetics of their formation pathways, in a single experiment. A well-established, validated in vitro model of human intestinal fermentation was inoculated with standardized gastrointestinal microbiota from volunteers. After culture stabilization, [U-(13)C]glucose was added as an isotopically labeled metabolic precursor. System lumen and dialysate samples were taken at regular intervals. Metabolite concentrations and isotopic labeling were determined by NMR, GC, and enzymatic methods. The main microbial metabolites were lactate, acetate, butyrate, formate, ethanol, and glycerol. They together accounted for a (13)C recovery rate as high as 91.2%. Using an NMR chemical shift prediction approach, several minor products that showed (13)C incorporation were identified as organic acids, amino acids, and various alcohols. Using computer modeling of the (12)C contents and (13)C labeling kinetics, the metabolic fluxes in the gut microbial pathways for synthesis of lactate, formate, acetate, and butyrate were determined separately for glucose and unlabeled background substrates. This novel approach enables the study of the modulation of human intestinal function by single nutrients, providing a new rational basis for achieving control of the short-chain fatty acids profile by manipulating substrate and microbiota composition in a purposeful manner.