Ang propionic acid (PPA), isa ka antifungal agent kag kinaandan nga additive sa pagkaon, ginpakita nga nagatuga sang abnormal nga neurodevelopment sa mga ilaga nga ginaupdan sang gastrointestinal dysfunction, nga mahimo tuga sang gut dysbiosis. Ang kaangtanan sa tunga sang pagkaladlad sa PPA sa pagkaon kag dysbiosis sang gut microbiota ginpanugda, apang wala pa direkta nga gin-usisa. Diri, gin-usisa namon ang mga pagbag-o nga may kaangtanan sa PPA sa komposisyon sang gut microbiota nga mahimo magdul-ong sa dysbiosis. Ang mga gut microbiome sang mga ilaga nga ginpakaon sang wala mabulong nga pagkaon (n=9) kag isa ka PPA-enriched nga pagkaon (n=13) gin-sequence gamit ang long-range metagenomic sequencing sa pag-usisa sang mga kinatuhayan sa komposisyon sang mikrobyo kag mga alagyan sang metabolismo sang bakterya. Ang PPA sa pagkaon may kaangtanan sa pagdugang sang kadamuon sang mga importante nga taxa, lakip ang pila ka mga espesyi sang Bacteroides, Prevotella, kag Ruminococcus, nga ang mga katapo sini nadalahig na sa produksyon sang PPA. Ang mga microbiome sang mga ilaga nga napadayag sa PPA may yara man sang mas madamo nga mga alagyan nga may kaangtanan sa lipid metabolism kag steroid hormone biosynthesis. Ang amon mga resulta nagapakita nga ang PPA makabag-o sang gut microbiota kag sang iya kaangtanan nga mga metaboliko nga mga alagyan. Ining naobserbahan nga mga pagbag-o nagapakita nga ang mga preserbatibo nga ginklasipikar nga luwas para sa pagkonsumo mahimo makaimpluwensya sa komposisyon sang gut microbiota kag, sa baylo, sa ikaayong lawas sang tawo.
Ang microbiome sang tawo masami nga ginatawag nga "ang katapusan nga organo sang lawas" kag may importante nga papel sa ikaayong lawas sang tawo (Baquero kag Nombela, 2012). Sa partikular, ang gut microbiome ginakilala para sa iya impluwensya sa bug-os nga sistema kag papel sa madamo nga importante nga mga hilikuton. Ang mga bakterya nga commensal bugana sa tinai, naga-okupar sang madamo nga mga niches sa ekolohiya, nagagamit sang mga sustansya, kag nagapaindis-indis sa mga potensyal nga mga pathogen (Jandhyala et al., 2015). Ang nagkalainlain nga mga bahin sang bakterya sang gut microbiota may ikasarang sa paghimo sang kinahanglanon nga mga sustansya pareho sang mga bitamina kag pagpasanyog sang pagtunaw (Rowland et al., 2018). Ang mga metabolite sang bakterya ginpakita man nga nagaimpluwensya sa pag-uswag sang tisyu kag nagapauswag sang metaboliko kag immune pathways (Heijtz et al., 2011; Yu et al., 2022). Ang komposisyon sang human gut microbiome tuman ka lainlain kag nagadepende sa genetic kag environmental factors pareho sang pagkaon, gender, mga bulong, kag kahimtangan sang ikaayong lawas (Kumbhare et al., 2019).
Ang pagkaon sang iloy isa ka importante nga bahin sang pag-uswag sang fetus kag neonatal kag isa ka ginapatihan nga ginahalinan sang mga compound nga mahimo makaimpluwensya sa pag-uswag (Bazer et al., 2004; Innis, 2014). Ang isa sa mga compound nga interesado amo ang propionic acid (PPA), isa ka short-chain fatty acid by-product nga nakuha gikan sa bacterial fermentation kag isa ka food additive (den Besten et al., 2013). Ang PPA may mga kinaiya nga antibacterial kag antifungal kag gani ginagamit bilang isa ka preserbatibo sa pagkaon kag sa mga aplikasyon sa industriya sa pagpugong sang pagtubo sang agup-op kag bakterya (Wemmenhove et al., 2016). Ang PPA may lainlain nga epekto sa lainlain nga mga tisyu. Sa atay, ang PPA may mga epekto nga anti-inflammatory paagi sa pag-apekto sa ekspresyon sang cytokine sa mga macrophage (Kawasoe et al., 2022). Ini nga regulatory effect naobserbahan man sa iban nga mga immune cells, nga nagadul-ong sa pagnubo sang inflammation (Haase et al., 2021). Apang, ang kabaliskaran nga epekto naobserbahan sa utok. Ang mga nauna nga pagtuon nagpakita nga ang pagkaladlad sa PPA nagapukaw sang autism-like nga pamatasan sa mga ilaga (El-Ansary et al., 2012). Ang iban nga mga pagtuon nagpakita nga ang PPA maka-induce sang gliosis kag maka-activate sang pro-inflammatory pathways sa utok (Abdelli et al., 2019). Bangod ang PPA isa ka mahuyang nga asido, mahimo ini maglapta paagi sa intestinal epithelium pakadto sa bloodstream kag gani magtabok sa mga restrictive barriers lakip ang blood-brain barrier subong man ang placenta (Stinson et al., 2019), nga nagapakita sang importansya sang PPA bilang isa ka regulatory metabolite nga ginapatubas sang bakterya. Bisan pa nga ang posible nga papel sang PPA bilang isa ka risgo nga kabangdanan para sa autism ginausisa subong, ang mga epekto sini sa mga indibidwal nga may autism mahimo nga maglab-ot sa guwa sang pag-induce sang neural differentiation.
Ang mga sintomas sa gastrointestinal pareho sang diarrhea kag constipation kinaandan sa mga pasyente nga may mga diperensya sa neurodevelopmental (Cao et al., 2021). Ang mga nauna nga pagtuon nagpakita nga ang microbiome sang mga pasyente nga may autism spectrum disorders (ASD) tuhay sa mga mapagros nga mga indibidwal, nga nagapakita sang presensya sang gut microbiota dysbiosis (Finegold et al., 2010). Sing kaanggid, ang mga kinaiya sang microbiome sang mga pasyente nga may mga balatian sa tinai, sobra nga katambukon, balatian nga Alzheimer, kag iban pa, tuhay man sa mga mapagros nga mga indibidwal (Turnbaugh et al., 2009; Vogt et al., 2017; Henke et al., 2019). Apang, tubtob subong, wala pa sing kaangtanan nga natukod sa tunga sang gut microbiome kag mga balatian ukon sintomas sang neurological (Yap et al., 2021), bisan pa nga ang pila ka mga espesyi sang bakterya ginahunahuna nga may papel sa pila sining mga estado sang balatian. Halimbawa, ang Akkermansia, Bacteroides, Clostridium, Lactobacillus, Desulfovibrio kag iban pa nga mga genera mas madamo sa microbiota sang mga pasyente nga may autism (Tomova et al., 2015; Golubeva et al., 2017; Cristiano et al., 2018; Zurita et al., 2020). Talalupangdon, ang mga katapo nga espesyi sang pila sining mga genera nahibal-an nga may mga gene nga may kaangtanan sa produksyon sang PPA (Reichardt et al., 2014; Yun kag Lee, 2016; Zhang et al., 2019; Baur kag Dürre, 2023). Bangod sang antimicrobial nga mga kinaiya sang PPA, ang pagdugang sang kadamuon sini mahimo nga mapuslanon para sa pagtubo sang bakterya nga nagapatubas sang PPA (Jacobson et al., 2018). Gani, ang isa ka PFA-rich nga palibot mahimo magdul-ong sa mga pagbag-o sa gut microbiota, lakip ang mga gastrointestinal pathogens, nga mahimo nga mga potensyal nga mga kabangdanan nga nagadul-ong sa mga sintomas sa gastrointestinal.
Ang isa ka sentro nga pamangkot sa pagpanalawsaw sa microbiome amo kon bala ang mga kinatuhayan sa komposisyon sang mikrobyo isa ka kabangdanan ukon sintoma sang mga balatian nga nagapaidalom. Ang una nga tikang padulong sa pag-athag sang komplikado nga kaangtanan sa tunga sang pagkaon, ang gut microbiome, kag mga balatian sa utok amo ang pag-usisa sang mga epekto sang pagkaon sa komposisyon sang mikrobyo. Sa sini nga katuyuan, naggamit kami sang long-read metagenomic sequencing sa pagkumparar sang mga gut microbiomes sang mga anak sang mga ilaga nga ginpakaon sang PPA-rich ukon PPA-depleted nga pagkaon. Ang mga anak ginpakaon sang pareho nga pagkaon sa ila mga iloy. Gin-hypothesize namon nga ang isa ka PPA-rich nga pagkaon magaresulta sa mga pagbag-o sa gut microbial composition kag microbial functional pathways, ilabi na yadtong may kaangtanan sa metabolismo sang PPA kag/ukon produksyon sang PPA.
Ini nga pagtuon naggamit sang FVB/N-Tg(GFAP-GFP)14Mes/J transgenic mice (Jackson Laboratories) nga naga-overexpress sang green fluorescent protein (GFP) sa idalom sang kontrol sang glia-specific GFAP promoter nga nagasunod sa mga pagsulundan sang University of Central Florida Institutional Animal Care and Use Committee (UCIA-GFP) (UCA) Number sang Permit PROTO202000002). Pagkatapos sang paglutas, ang mga ilaga ginbutang sing indibiduwal sa mga hawla nga may 1-5 ka ilaga sang tagsa ka sekso kada hawla. Ang mga ilaga ginpakaon ad libitum sang isa ka purified control diet (ginbag-o nga open-label standard diet, 16 kcal% fat) ukon isa ka sodium propionate-supplemented diet (ginbag-o nga open-label standard diet, 16 kcal% fat, nga may 5,000 ppm sodium propionate). Ang kadamuon sang sodium propionate nga gingamit katumbas sa 5,000 mg PFA/kg nga kabug-usan nga kabug-aton sang pagkaon. Amo ini ang pinakamataas nga konsentrasyon sang PPA nga gin-aprubahan para gamiton bilang isa ka preserbatibo sa pagkaon. Agod makahanda para sa sini nga pagtuon, ang mga ginikanan nga ilaga ginpakaon sang duha ka pagkaon sa sulod sang 4 ka semana antes sang pag-asawahay kag ginpadayon sa bug-os nga pagbusong sang dam. Ang mga anak nga ilaga [22 ka ilaga, 9 ka kontrol (6 ka lalaki, 3 ka babayi) kag 13 ka PPA (4 ka lalaki, 9 ka babayi)] ginlutas kag dayon ginpadayon sa pareho nga pagkaon subong sang mga dam sa sulod sang 5 ka bulan. Ang mga anak nga ilaga ginhalad sa edad nga 5 ka bulan kag ang ila mga suludlan sang higko sa tinai gintipon kag una nga gintago sa 1.5 ml nga mga tubo sang microcentrifuge sa -20°C kag dayon ginsaylo sa -80°C nga freezer tubtob nga ang host DNA naubos kag ang mga microbial nucleic acid ginkuha.
Ang host DNA ginkuha suno sa ginbag-o nga protocol (Charalampous et al., 2019). Sa malip-ot nga tion, ang mga kaundan sang fecal ginsaylo sa 500 μl InhibitEX (Qiagen, Cat#/ID: 19593) kag gintago nga nagyelo. Iproseso ang pinakadamo nga 1-2 ka fecal pellets kada pagkuha. Ang mga unod sang higko dayon gin-homogenize sing mekanikal gamit ang plastik nga pestle sa sulod sang tubo agod magporma sing slurry. I-centrifuge ang mga sample sa 10,000 RCF sa sulod sang 5 min ukon tubtob nga ang mga sample nag-pellet, dayon i-aspirate ang supernatant kag i-resuspend ang pellet sa 250 μl 1× PBS. Idugang ang 250 μl 4.4% nga solusyon sang saponin (TCI, numero sang produkto S0019) sa sample bilang isa ka detergent sa paghukas sang mga membrane sang eukaryotic cell. Ang mga sample ginsamo sing mahinay tubtob nga nangin mahining kag gin-incubate sa temperatura sang kwarto sa sulod sang 10 min. Masunod, agud matublag ang mga selula sang eukaryotic, 350 μl nga tubig nga wala sing nuclease ang gindugang sa sample, gin-incubate sa sulod sang 30 s, kag dayon 12 μl 5 M NaCl ang gindugang. Ang mga sample dayon gin-centrifuge sa 6000 RCF sa sulod sang 5 min. I-aspirate ang supernatant kag i-resuspend ang pellet sa 100 μl 1X PBS. Para makuha ang host DNA, magdugang sang 100 μl HL-SAN buffer (12.8568 g NaCl, 4 ml 1M MgCl2, 36 ml nuclease-free water) kag 10 μl HL-SAN enzyme (ArticZymes P/N 70910-202). Ang mga sample ginsamo sing maayo paagi sa pag-pipet kag gin-incubate sa 37 °C sa sulod sang 30 min sa 800 rpm sa isa ka EppendorfTM ThermoMixer C. Pagkatapos sang pag-incubate, gin-centrifuge sa 6000 RCF sa sulod sang 3 min kag ginhugasan sing makaduha gamit ang 800 μl kag 1000 μl PX1 PBS. Sa katapusan, ibalik ang pellet sa 100 μl 1X PBS.
Ang kabug-usan nga DNA sang bakterya gin-isolate gamit ang New England Biolabs Monarch Genomic DNA Purification Kit (New England Biolabs, Ipswich, MA, Cat# T3010L). Ang kinaandan nga pamaagi sa pag-operate nga ginhatag upod sa kit ginbag-o sing diutay. I-incubate kag huptan ang tubig nga wala sing nuclease sa 60°C antes sang operasyon para sa katapusan nga elution. Idugang ang 10 μl Proteinase K kag 3 μl RNase A sa tagsa ka sample. Dayon magdugang sang 100 μl Cell Lysis Buffer kag isagol sing mahinay. Ang mga sample dayon gin-incubate sa EppendorfTM ThermoMixer C sa 56°C kag 1400 rpm sa indi magkubos sa 1 ka oras kag tubtob sa 3 ka oras. Ang mga gin-incubate nga mga sample gin-centrifuge sa 12,000 RCF sa sulod sang 3 ka minutos kag ang supernatant gikan sa tagsa ka sample ginsaylo sa isa ka separado nga 1.5 mL microcentrifuge tube nga nagaunod sang 400 μL sang binding solution. Ang mga tubo dayon gin-pulse vortex sa sulod sang 5-10 segundos sa 1 segundo nga mga agwat. Isaylo ang bug-os nga likido nga kaundan sang tagsa ka sample (ginabanta 600-700 μL) sa isa ka filter cartridge nga ginbutang sa isa ka flow-through collection tube. Ang mga tubo gin-centrifuge sa 1,000 RCF sa sulod sang 3 ka minutos agud tugutan ang una nga pagbugkos sang DNA kag dayon gin-centrifuge sa 12,000 RCF sa sulod sang 1 ka minuto agud kuhaon ang nabilin nga likido. Ang haligi sang sample ginsaylo sa isa ka bag-o nga tubo sang pagtipon kag dayon ginhugasan sing makaduha. Para sa una nga paghugas, magdugang sang 500 μL sang wash buffer sa tagsa ka tubo. Baliskad ang tubo sing 3-5 ka beses kag dayon i-centrifuge sa 12,000 RCF sa sulod sang 1 ka minuto. Ihaboy ang likido gikan sa tubo sang pagkolekta kag ibutang ang cartridge sang filter pabalik sa amo man nga tubo sang pagkolekta. Para sa ikaduha nga paghugas, magdugang sang 500 μL sang wash buffer sa filter nga wala nagabaliskad. Ang mga sample gin-centrifuge sa 12,000 RCF sa sulod sang 1 ka minuto. Isaylo ang filter sa 1.5 mL LoBind® tube kag idugang ang 100 μL sang pre-warmed nuclease-free nga tubig. Ang mga filter gin-incubate sa temperatura sang kwarto sa sulod sang 1 ka minuto kag dayon gin-centrifuge sa 12,000 RCF sa sulod sang 1 ka minuto. Ang gin-elute nga DNA gintago sa -80°C.
Ang konsentrasyon sang DNA gin-isip gamit ang QubitTM 4.0 Fluorometer. Ang DNA ginhanda gamit ang QubitTM 1X dsDNA High Sensitivity Kit (Cat. No. Q33231) suno sa mga instruksyon sang manufacturer. Ang distribusyon sang kalabaon sang DNA fragment gintakus gamit ang AglientTM 4150 ukon 4200 TapeStation. Ang DNA ginhanda gamit ang AgilentTM Genomic DNA Reagents (Cat. No. 5067-5366) kag Genomic DNA ScreenTape (Cat. No. 5067-5365). Ang paghanda sang librarya ginhimo gamit ang Oxford Nanopore TechnologiesTM (ONT) Rapid PCR Barcoding Kit (SQK-RPB004) suno sa mga instruksyon sang manufacturer. Ang DNA gin-sequence gamit ang ONT GridIONTM Mk1 sequencer nga may Min106D flow cell (R 9.4.1). Ang mga setting sang pagsunod-sunod amo ang: mataas nga katukma nga base calling, minimum nga q value nga 9, pag-setup sang barcode, kag pag-utod sang barcode. Ang mga sample gin-sequence sa sulod sang 72 ka oras, pagkatapos sini ang base call data ginsumiter para sa dugang nga pagproseso kag pag-analisar.
Ang pagproseso sang bioinformatics ginhimo gamit ang mga pamaagi nga ginlaragway na (Greenman et al., 2024). Ang mga FASTQ file nga nakuha gikan sa pag-sequence gintunga sa mga direktoryo para sa tagsa ka sample. Antes sang pag-analisar sang bioinformatics, ang mga datos ginproseso gamit ang masunod nga pipeline: una, ang mga FASTQ file sang mga sample gintingob sa isa ka FASTQ file. Dayon, ang mga pagbasa nga mas malip-ot sa 1000 bp ginsala gamit ang Filtlong v. 0.2.1, nga ang lamang nga parameter nga ginbag-o amo ang –min_length 1000 (Wick, 2024). Antes sang dugang nga pagsala, ang kalidad sang pagbasa ginkontrol gamit ang NanoPlot v. 1.41.3 nga may masunod nga mga parametro: –fastq –plots dot –N50 -o(De Coster kag Rademakers, 2023). Ang mga pagbasa gin-align sa mouse reference genome GRCm39 (GCF_000001635.27) gamit ang minimap2 v. 2.24-r1122 sa pagkuha sang mga pagbasa nga kontaminado sang host nga may masunod nga mga parameter: -L -ax map-ont(Lee, 2018). Ang mga nahimo nga mga file sang pag-align gin-convert sa BAM format gamit ang samtools view -b (Danecek et al., 2021) sa samtools v. 1.16.1. Ang mga wala na-align nga mga pagbasa ginkilala dayon gamit ang samtools view -b -f 4, nga nagapakita nga ining mga pagbasa indi iya sang host genome. Ang mga wala na-align nga mga pagbasa gin-convert pabalik sa FASTQ format gamit ang samtools bam2fq nga may default nga mga parameter. Ang NanoPlot ginpadalagan liwat sa dugang nga ginsala nga mga pagbasa gamit ang mga setting nga ginlaragway na. Pagkatapos sang pagsala, ang metagenomic data gintipon gamit ang metaflye v. 2.8.2-b1689 nga may masunod nga mga parameter: –nano-raw–meta (Kolmogorov et al., 2020). Ibilin ang nabilin nga mga parameter sa ila default nga mga bili. Pagkatapos sang pagtipon, ang mga ginsala nga pagbasa gin-mapa sa pagtipon gamit ang minimap2, kag ang -ax map-ont parameter gingamit sa paghimo sang alignment file sa SAM format. Ang pagtipon una nga ginpino gamit ang racon v. 1.4.20 nga may masunod nga mga parametro: -m 8 -x -6 -g -8 -w 500 -u ( Vaser et al., 2017 ). Pagkatapos nga natapos ang racon, ginpino pa gid ini gamit ang medaka v. 1.7.2, gamit ang medaka_consesus, nga may tanan nga mga parameter magluwas sa -m nga parameter nga ginbilin sa ila default nga mga bili. Ang -m parameter ginbutang sa r941_min_hac_g507 sa pagtumod sang flow cell chemistry kag high-accuracy base calling nga gingamit para sa amon datos (nanoporetech/medaka, 2024). Ang ginsala nga datos (sa ulihi ginatawag nga datos sang mikrobyo) kag ang katapusan nga gintinluan nga pagtipon gingamit para sa masunod nga pag-analisar.
Para sa taxonomic classification, ang mga reads kag assembled contigs ginklasipikar gamit ang Kraken2 v. 2.1.2 ( Wood et al., 2019 ). Maghimo sang mga report kag mga file sang output para sa mga pagbasa kag mga pagtipon, sa magkatuhay. Gamita ang –use-names nga kapilian sa pag-analisar sang mga pagbasa kag mga pagtipon. Ang –gzip-compressed kag –paired nga mga kapilian gintumod para sa mga bahin nga ginabasa. Ang relatibo nga kadamuon sang taxa sa metagenomes ginbulubanta gamit ang Bracken v. 2.8 ( Lu et al., 2017 ). Una kami nga naghimo sang kmer database nga nagaunod sang 1000 ka mga base gamit ang bracken-build nga may masunod nga mga parameter: -d-k 35 -l 1000 Kon matukod na, ang bracken nagadalagan base sa report nga ginhimo sang kraken2 kag ginasala ang datos gamit ang masunod nga mga kapilian: -d -I -O-p 1000 -l

Sa ila, ang P, G ukon S ang ginapili depende sa lebel sang klasipikasyon nga gina-analisar. Agod mapagamay ang epekto sang sayop nga positibo nga mga klasipikasyon, ang minimum nga relatibo nga kadamuon sang 1e-4 (1/10,000 ka pagbasa) gin-adoptar. Antes sang pag-analisar sang estadistika, ang mga relatibo nga kadamuon nga ginreport ni Bracken (fraction_total_reads) ginbag-o gamit ang centered log-ratio (CLR) nga pagbag-o (Aitchison, 1982). Ang CLR nga pamaagi ginpili para sa pagbag-o sang datos bangod ini scale-invariant kag bastante para sa non-sparse datasets (Gloor et al., 2017). Ang pagbag-o sang CLR nagagamit sang natural nga logarithm. Ang datos sang pag-isip nga ginreport ni Bracken gin-normalize gamit ang relative log expression (RLE) (Anders kag Huber, 2010). Ang mga numero ginhimo gamit ang kombinasyon sang matplotlib v. 3.7.1, seaborn v. 3.7.2 kag sequential logarithms (Gloor et al., 2017). 0.12.2 kag stantanotations v. 0.5.0 (Hunter, 2007; Waskom, 2021; Charlier et al., 2022). Ang ratio sang Bacillus/Bacteroidetes ginkalkulo para sa tagsa ka sample gamit ang normalized nga pag-isip sang bakterya. Ang mga balor nga ginreport sa mga lamesa ginbilog sa 4 ka desimal nga lugar. Ang Simpson diversity index ginkalkulo gamit ang alpha_diversity.py script nga ginhatag sa KrakenTools v. 1.2 package (Lu et al., 2022). Ang report ni Bracken ginahatag sa script kag ang Simpson index nga "Si" ginahatag para sa -an nga parameter. Ang mga makahulugan nga mga kinatuhayan sa kadamuon ginhatagan kahulugan subong mean CLR nga mga kinatuhayan ≥ 1 ukon ≤ -1. Ang isa ka kinaandan nga kinatuhayan sang CLR nga ±1 nagapakita sang 2.7-ka pilo nga pagtaas sa kadamuon sang isa ka sahi sang sample. Ang tanda (+/-) nagapakita kon bala ang taxon mas madamo sa PPA sample kag sa control sample, sa magkatuhay. Ang kahulugan napat-od gamit ang Mann-Whitney U test (Virtanen et al., 2020). Ang Statsmodels v. 0.14 (Benjamini kag Hochberg, 1995; Seabold kag Perktold, 2010) gingamit, kag ang Benjamini-Hochberg nga pamaagi gin-aplikar sa pagtadlong para sa madamo nga pagtesting. Ang gin-adjust nga p-value ≤ 0.05 gingamit bilang threshold para sa pagdeterminar sang statistical significance.
Ang anotasyon sang gene kag ang pagbanta sang relatibo nga kadamuon ginhimo gamit ang ginbag-o nga bersyon sang protocol nga ginlaragway ni Maranga et al. (Maranga et al., 2023). Una, ang mga contig nga mas malip-ot sa 500 bp ginkuha gikan sa tanan nga mga asembleya gamit ang SeqKit v. 2.5.1 (Shen et al., 2016). Ang mga napili nga mga asembleya dayon gintingob sa isa ka pan-metagenome. Ang mga open reading frame (ORFs) ginkilala gamit ang Prodigal v. 1.0.1 (isa ka parallel nga bersyon sang Prodigal v. 2.6.3) nga may masunod nga mga parameter: -d-f gff-i -O-T 24 -p meta -C 10000 (Hyett et al., 2012; Jaenicke, 2024). Ang resulta nga mga file sang nucleotide ginsala gamit ang Python agud kuhaon ang tanan nga indi kompleto nga mga gene. Ang CD-HIT v. 4.8.1 gingamit dayon sa pag-cluster sang mga gene nga may masunod nga mga parameter: cd-hit-est -i -O-c 0.95 -s 0.85 -aS 0.9 -n 10 -d 256 -M 350000 -T 24 -l 100 -g 1 (Fu et al., 2012). Ang nahimo nga non-redundant nga katalogo sang gene gingamit sa pagbanta sang kadamuon sang gene kag anotasyon. Ang relatibo nga kadamuon sang gene ginbulubanta gamit ang KMA v. 1.4.9 (Clausen et al., 2018). Una, maghimo sang index file gamit ang KMA index nga may masunod nga mga parameter: -i -ODayon, gamit ang indeks nga nahimo upod sa mga pagbasa sang mikrobyo para sa tagsa ka sample subong sang ginlaragway sa seksyon sang Bioinformatics Pipeline, ang KMA ginpadalagan gamit ang masunod nga mga parametro: -i -O-t_db-bcNano -bc 0.7 -ef -t 24. Dayon, ang mga gene counts gin-normalize gamit ang CLR, kag ang principal component analysis (PCA) nga klase sang Sci-kit learn ang gingamit (Pedregosa et al., 2011). Ang gintagna nga gene annotation ginhimo sa non-redundant gene catalog gamit ang emapper.py script sang eggNOG v. 2.1.12 kag ang eggNOG database version 5.0.2 nga may masunod nga mga parameter: –itype CDS –cpu 24 -i– Katalogo sang datos–go_evidence Non-electronic – output– Direktoryo sang output–target_orthologs all –seed_ortholog_evalue 0.001 –seed_ortholog_score 60 –query_cover 20 –subject_cover 0 –translate –override –temp_dir(Cantalapiedra et al., 2021). Ang mga resulta sang KMA gin-screen sa pagpili sang mga gene nga may bastante nga template coverage kag template identity (≥ 90%) kag kadamuon (depth ≥ 3). Ang mga resulta sang kadalumon sang KMA ginbag-o gamit ang CLR subong sang ginlaragway sa ibabaw. Ang mga resulta sang KMA ginkumparar dayon sa mga contig ID gikan sa functional annotation kag mga resulta sang klasipikasyon gamit ang contig source para sa tagsa ka gene. Kaangay sang mga taxa, ang mga makahulugan nga mga kinatuhayan sa kadamuon sang gene ginhatagan kahulugan subong mga gene nga may kinaandan nga kinatuhayan sa CLR ≥ 1 ukon ≤ -1, nga may isa ka tanda (+/-) nga nagapakita nga ang gene mas madamo sa PPA ukon mga sample sang kontrol, sa magkatuhay.
Ang mga gene una nga gin-grupo suno sa Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) ortholog (KO) identifiers nga gin-assign sang eggNOG sa pagkumparar sang gene pathway abundances. Ang mga gene nga wala sing mga knockout ukon mga gene nga may madamo nga mga knockout ginkuha antes sang pag-analisar. Ang average nga kadamuon sang tagsa ka KO kada sample ginkalkulo kag ginhimo ang statistical analysis. Ang mga gene sang metabolismo sang PPA ginhatagan kahulugan subong bisan ano nga gene nga ginhatagan sang isa ka laray nga ko00640 sa KEGG_Pathway nga kolum, nga nagapakita sang papel sa metabolismo sang propionate suno sa KEGG. Ang mga gene nga nakilala nga may kaangtanan sa produksyon sang PPA nalista sa Supplementary Table 1 (Reichardt et al., 2014; Yang et al., 2017). Ang mga pagtilaw sa permutation ginhimo sa pagkilala sang metabolismo sang PPA kag mga gene sa produksyon nga mas madamo sa tagsa ka sahi sang sample. Isa ka libo ka mga permutasyon ang ginhimo para sa tagsa ka gene nga gin-analisar. Ang p-value nga 0.05 gingamit bilang cutoff sa pagdeterminar sang statistical significance. Ang mga functional annotations gin-assign sa indibidwal nga mga gene sa sulod sang isa ka cluster base sa mga anotasyon sang mga representante nga gene sa sulod sang cluster. Ang mga taxa nga may kaangtanan sa metabolismo sang PPA kag/ukon produksyon sang PPA mahimo makilala paagi sa pagpares sang mga contig ID sa mga output file sang Kraken2 nga may pareho nga mga contig ID nga gintipigan sa tion sang functional annotation gamit ang eggNOG. Ang pagtesting sang kahulugan ginhimo gamit ang Mann-Whitney U test nga ginlaragway kaina. Ang pagtadlong para sa madamo nga pagtilaw ginhimo gamit ang Benjamini-Hochberg nga pamaagi. Ang p-value nga ≤ 0.05 gingamit bilang cutoff sa pagdeterminar sang statistical significance.
Ang pagkananuhaytuhay sang gut microbiome sang mga ilaga gin-usisa gamit ang Simpson diversity index. Wala sing daku nga kinatuhayan ang naobserbahan sa tunga sang mga sample sang kontrol kag PPA sa mga termino sang genus kag pagkananuhaytuhay sang mga espesyi (p-value para sa genus: 0.18, p-value para sa mga espesyi: 0.16) (Figure 1). Ang komposisyon sang mikrobyo ginkumparar dayon gamit ang principal component analysis (PCA). Ang Figure 2 nagapakita sang pagtipon sang mga sample suno sa ila phyla, nga nagapakita nga may mga kinatuhayan sa komposisyon sang mga espesyi sang mga microbiome sa tunga sang PPA kag mga sample nga kontrol. Ini nga pagtipon indi tanto ka dayag sa lebel sang genus, nga nagapakita nga ang PPA nagaapektar sa pila ka bakterya (Supplementary Fig. 1).
Pigura 1. Alpha diversity sang genera kag species nga komposisyon sang mouse gut microbiome. Ang mga box plot nga nagapakita sang mga indeks sang pagkananuhaytuhay sang Simpson sang mga genera (A) kag mga espesyi (B) sa PPA kag mga sample sang kontrol. Ang kahulugan napat-od gamit ang Mann-Whitney U test, kag ang madamo nga pagtadlong ginhimo gamit ang Benjamini-Hochberg nga pamaagi. ns, ang p-value indi makahulugan (p>0.05).
Pigura 2. Mga resulta sang pag-analisar sang panguna nga bahin sang komposisyon sang mikrobyo sang tinai sang ilaga sa lebel sang espesyi. Ang plot sang pag-analisar sang panguna nga bahin nagapakita sang distribusyon sang mga sample sa ila una nga duha ka panguna nga mga bahin. Ang mga kolor nagapakita sang sahi sang sample: Ang mga ilaga nga napadayag sa PPA purpura kag ang mga ilaga nga kontrol duag dilaw. Ang mga panguna nga bahin 1 kag 2 gin-plot sa x-axis kag y-axis, sa magkatuhay, kag ginapabutyag subong ila ginpaathag nga variance ratio.
Gamit ang RLE nga nagbag-o sang datos sang pag-isip, ang isa ka makahulugan nga pagnubo sa median nga Bacteroidetes/Bacilli ratio naobserbahan sa kontrol kag PPA nga mga ilaga (kontrol: 9.66, PPA: 3.02; p-value = 0.0011). Ini nga kinatuhayan bangod sang mas mataas nga kadamuon sang Bacteroidetes sa PPA nga mga ilaga kon ipaanggid sa mga kontrol, bisan pa nga ang kinatuhayan indi makahulugan (control mean CLR: 5.51, PPA mean CLR: 6.62; p-value = 0.054), samtang ang kadamuon sang Bacteroidetes pareho (control mean CLR: 7.76, P-value: p-value: 7.066. = 0.18).
Ang pag-analisar sang kadamuon sang mga katapo sang taxonomic sang gut microbiome nagpakita nga ang 1 ka phylum kag 77 ka mga espesyi ang may daku nga kinatuhayan sa tunga sang PPA kag mga sample sang kontrol (Supplementary Table 2). Ang kadamuon sang 59 ka espesyi sa mga sample sang PPA mas mataas sangsa mga sample sang kontrol, samtang ang kadamuon sang 16 lamang ka espesyi sa mga sample sang kontrol mas mataas sangsa mga sample sang PPA (Figure 3).
Figure 3. Differential abundance sang taxa sa gut microbiome sang PPA kag control nga mga ilaga. Ang mga plot sang bulkan nagapakita sang mga kinatuhayan sa kadamuon sang mga genera (A) ukon mga espesyi (B) sa tunga sang PPA kag mga sample sang kontrol. Ang mga grey dots nagapakita nga wala sing daku nga kinatuhayan sa kadamuon sang taxa. Ang mga tuldok nga may duag nagapakita sang daku nga mga kinatuhayan sa kadamuon (p-value ≤ 0.05). Ang top 20 taxa nga may pinakadaku nga kinatuhayan sa kadamuon sa tunga sang mga sahi sang sample ginapakita sa pula kag light blue (control kag PPA samples), sa magkatuhay. Ang mga tuldok nga dilaw kag purpura indi magkubos sa 2.7 ka pilo nga mas madamo sa mga sample sang kontrol ukon PPA sangsa mga kontrol. Ang mga itom nga tuldok nagarepresentar sang mga taxa nga may lainlain nga kadamuon, nga may mga kinatuhayan sa CLR sa tunga sang -1 kag 1. Ang mga balor sang P ginkalkulo gamit ang Mann-Whitney U test kag gintadlong para sa madamo nga pagtilaw gamit ang Benjamini-Hochberg nga pamaagi. Ang bold mean CLR nga mga kinatuhayan nagapakita sang daku nga mga kinatuhayan sa kadamuon.
Pagkatapos ma-analisar ang komposisyon sang mikrobyo sa tinai, naghimo kami sang isa ka functional annotation sang microbiome. Pagkatapos nga ma-filter ang mga gene nga may manubo nga kalidad, may kabug-usan nga 378,355 ka pinasahi nga mga gene ang nakilala sa tanan nga mga sample. Ang ginbag-o nga kadamuon sining mga gene gingamit para sa pag-analisar sang panguna nga bahin (PCA), kag ang mga resulta nagpakita sang mataas nga lebel sang pagtipon sang mga sahi sang sample base sa ila mga functional profile (Figure 4).
Pigura 4. Mga resulta sang PCA gamit ang functional profile sang mouse gut microbiome. Ang PCA plot nagapakita sang distribusyon sang mga sample sa ila una nga duha ka panguna nga mga bahin. Ang mga kolor nagapakita sang sahi sang sample: Ang mga ilaga nga napadayag sa PPA purpura kag ang mga ilaga nga kontrol duag dilaw. Ang mga panguna nga bahin 1 kag 2 gin-plot sa x-axis kag y-axis, sa magkatuhay, kag ginapabutyag subong ila ginpaathag nga variance ratio.
Masunod namon nga gin-usisa ang kadamuon sang KEGG knockouts sa nagkalainlain nga mga sahi sang sample. May kabug-usan nga 3648 ka pinasahi nga mga knockout ang nakilala, sa diin 196 ang mas madamo sa mga sample sang kontrol kag 106 ang mas madamo sa mga sample sang PPA (Figure 5). May kabug-usan nga 145 ka mga gene ang natukiban sa mga sample sang kontrol kag 61 ka mga gene sa mga sample sang PPA, nga may tuhay gid nga kadamuon. Ang mga alagyan nga may kaangtanan sa metabolismo sang lipid kag aminosugar mas madamo ang ginpauswag sa mga sample sang PPA (Supplementary Table 3). Ang mga alagyan nga may kaangtanan sa metabolismo sang nitroheno kag mga sistema sang sulfur relay mas madamo ang ginpauswag sa mga sample sang kontrol (Supplementary Table 3). Ang kadamuon sang mga gene nga may kaangtanan sa metabolismo sang aminosugar/nucleotide (ko:K21279) kag metabolismo sang inositol phosphate (ko:K07291) mas mataas sa mga sample sang PPA (Figure 5). Ang mga sample nga kontrol may mas madamo nga mga gene nga may kaangtanan sa metabolismo sang benzoate (ko:K22270), metabolismo sang nitroheno (ko:K00368), kag glycolysis/gluconeogenesis (ko:K00131) ( Figure 5 ).
Fig. 5. Differential abundance sang KOs sa gut microbiome sang PPA kag control nga mga ilaga. Ang plot sang bulkan nagalaragway sang mga kinatuhayan sa kadamuon sang mga functional groups (KOs). Ang mga grey dots nagapakita sang mga KO nga ang kadamuon sini wala sing daku nga kinalain sa tunga sang mga sahi sang sample (p-value > 0.05). Ang mga tuldok nga may duag nagapakita sang daku nga mga kinatuhayan sa kadamuon (p-value ≤ 0.05). Ang 20 ka KO nga may pinakadaku nga kinatuhayan sa kadamuon sa tunga sang mga sahi sang sample ginapakita sa pula kag light blue, nga katumbas sa kontrol kag PPA nga mga sample, sa magkatuhay. Ang mga tuldok nga dilaw kag purpura nagapakita sang mga KO nga indi magkubos sa 2.7-ka pilo nga mas madamo sa mga sample sang kontrol kag PPA, sa magkatuhay. Ang itom nga mga tuldok nagapakita sang mga KO nga may lainlain nga kadamuon, nga may mga kinatuhayan sa CLR sa tunga sang -1 kag 1. Ang mga bili sang P ginkalkulo gamit ang Mann-Whitney U test kag gin-adjust para sa madamo nga mga pagtandi gamit ang Benjamini-Hochberg nga pamaagi. Ang NaN nagapakita nga ang KO wala nagalakip sang isa ka alagyan sa KEGG. Ang bold mean CLR nga mga bili sang kinalain nagapakita sang mga makahulugan nga kinalain sa kadamuon. Para sa detalyado nga impormasyon sa mga alagyan nga ginalakipan sang nalista nga mga KO, tan-awa ang Supplementary Table 3.
Sa mga gin-annotate nga mga gene, 1601 ka mga gene ang may yara sang tuhay nga kadamuon sa tunga sang mga sahi sang sample (p ≤ 0.05), nga ang tagsa ka gene indi magkubos sa 2.7-ka pilo nga mas madamo. Sa sini nga mga gene, 4 ka gene ang mas madamo sa mga sample sang kontrol kag 1597 ka gene ang mas madamo sa mga sample sang PPA. Bangod ang PPA may mga kinaiya nga antimicrobial, gin-usisa namon ang kadamuon sang metabolismo sang PPA kag mga gene sa produksyon sa tunga sang mga sahi sang sample. Sa 1332 ka mga gene nga may kaangtanan sa metabolismo sang PPA, 27 ka mga gene ang mas madamo sa mga sample sang kontrol kag 12 ka mga gene ang mas madamo sa mga sample sang PPA. Sa 223 ka mga gene nga may kaangtanan sa produksyon sang PPA, 1 ka gene ang mas madamo sa mga sample sang PPA. Ang Figure 6A nagapakita pa gid sang mas mataas nga kadamuon sang mga gene nga nadalahig sa metabolismo sang PPA, nga may mas mataas nga kadamuon sa mga sample sang kontrol kag dalagku nga mga kadakuon sang epekto, samtang ang Figure 6B nagapakita sang indibidwal nga mga gene nga may mas mataas nga kadamuon nga naobserbahan sa mga sample sang PPA.
Fig. 6. Differential abundance sang PPA-related genes sa mouse gut microbiome. Ang mga plot sang bulkan nagalaragway sang mga kinatuhayan sa kadamuon sang mga gene nga may kaangtanan sa metabolismo sang PPA (A) kag produksyon sang PPA (B). Ang mga grey dots nagapakita sang mga gene nga ang kadamuon sini wala sing daku nga kinalain sa tunga sang mga sahi sang sample (p-value > 0.05). Ang mga tuldok nga may duag nagapakita sang daku nga mga kinatuhayan sa kadamuon (p-value ≤ 0.05). Ang 20 ka mga gene nga may pinakadaku nga mga kinatuhayan sa kadamuon ginapakita sa pula kag light blue (kontrol kag PPA nga mga sample), sa magkatuhay. Ang kadamuon sang yellow kag purple nga mga tuldok indi magkubos sa 2.7 ka pilo nga mas madamo sa mga sample sang kontrol kag PPA sangsa mga sample sang kontrol. Ang mga itom nga tuldok nagarepresentar sang mga gene nga may lainlain nga kadamuon, nga may mga kinatuhayan sa CLR sa tunga sang -1 kag 1. Ang mga bili sang P ginkalkulo gamit ang Mann-Whitney U test kag gintadlong para sa madamo nga mga pagtandi gamit ang Benjamini-Hochberg nga pamaagi. Ang mga gene nagakaigo sa mga tiglawas nga gene sa non-redundant nga katalogo sang gene. Ang mga ngalan sang gene ginabug-usan sang simbolo sang KEGG nga nagapakita sang KO gene. Ang bold mean CLR nga mga kinatuhayan nagapakita sang mahinungdanon nga nagkalainlain nga mga kadamuon. Ang dash (-) nagapakita nga wala sing simbolo para sa gene sa KEGG database.
Ang mga taxa nga may mga gene nga may kaangtanan sa metabolismo kag/ukon produksyon sang PPA ginkilala paagi sa pagpares sang taxonomic identity sang mga contigs sa contig ID sang gene. Sa lebel sang genus, 130 ka genera ang nakita nga may mga gene nga may kaangtanan sa metabolismo sang PPA kag 61 ka genera ang nakita nga may mga gene nga may kaangtanan sa produksyon sang PPA (Supplementary Table 4). Apang, wala sing genera nga nagpakita sang daku nga mga kinatuhayan sa kadamuon (p > 0.05).
Sa lebel sang mga espesyi, 144 ka mga espesyi sang bakterya ang nakita nga may mga gene nga may kaangtanan sa metabolismo sang PPA kag 68 ka mga espesyi sang bakterya ang nakita nga may mga gene nga may kaangtanan sa produksyon sang PPA (Supplementary Table 5). Sa mga PPA metabolizers, walo ka bakterya ang nagpakita sang daku nga pagtaas sa kadamuon sa tunga sang mga sahi sang sample, kag tanan nagpakita sang daku nga mga pagbag-o sa epekto (Supplementary Table 6). Ang tanan nga nakilala nga mga metabolizer sang PPA nga may daku nga kinatuhayan sa kadamuon mas madamo sa mga sample sang PPA. Ang klasipikasyon sa lebel sang mga espesyi nagpakita sang mga tiglawas sang mga genera nga wala sing daku nga kinatuhayan sa tunga sang mga sahi sang sample, lakip ang pila ka mga espesyi sang Bacteroides kag Ruminococcus, subong man ang Duncania dubois, Myxobacterium enterica, Monococcus pectinolyticus, kag Alcaligenes polymorpha. Sa tunga sang mga bakterya nga nagapatubas sang PPA, apat ka bakterya ang nagpakita sang daku nga kinatuhayan sa kadamuon sa tunga sang mga sahi sang sample. Ang mga espesyi nga may daku nga kinatuhayan sa kadamuon nagalakip sang Bacteroides novorossi, Duncania dubois, Myxobacterium enteritidis, kag Ruminococcus bovis.
Sa sini nga pagtuon, gin-usisa namon ang mga epekto sang pagkaladlad sa PPA sa gut microbiota sang mga ilaga. Ang PPA makapukaw sang lainlain nga mga sabat sa bakterya bangod ginahimo ini sang pila ka espesyi, ginagamit subong ginahalinan sang pagkaon sang iban nga espesyi, ukon may mga epekto nga antimicrobial. Gani, ang pagdugang sini sa palibot sang tinai paagi sa suplemento sa pagkaon mahimo nga may lainlain nga mga epekto depende sa pag-agwanta, pagkasensitibo, kag ang ikasarang sa paggamit sini bilang isa ka ginahalinan sang sustansya. Ang mga sensitibo nga mga espesyi sang bakterya mahimo nga dulaon kag islan sang mga mas resistensyado sa PPA ukon makagamit sini bilang isa ka ginahalinan sang pagkaon, nga nagadul-ong sa mga pagbag-o sa komposisyon sang gut microbiota. Ang amon mga resulta nagpakita sang daku nga mga kinatuhayan sa komposisyon sang mikrobyo apang wala sing epekto sa kabug-usan nga pagkananuhaytuhay sang mikrobyo. Ang pinakadako nga mga epekto naobserbahan sa lebel sang mga espesyi, nga may kapin sa 70 ka mga taxa nga may daku nga kinatuhayan sa kadamuon sa tunga sang PPA kag mga sample sang kontrol (Supplementary Table 2). Ang dugang nga pagtimbangtimbang sang komposisyon sang mga sample nga nabuyagyag sa PPA nagpakita sang mas daku nga heterogeneity sang mga espesyi sang mikrobyo kon ipaanggid sa mga sample nga wala nabuyagyag, nga nagapakita nga ang PPA mahimo nga makapauswag sang mga kinaiya sang pagtubo sang bakterya kag limitahan ang mga populasyon sang bakterya nga mahimo mabuhi sa mga palibot nga bugana sa PPA. Gani, ang PPA mahimo nga mapilion nga mag-induce sang mga pagbag-o sa baylo nga magtuga sang lapnag nga pagkatublag sang pagkananuhaytuhay sang gut microbiota.
Ang mga preserbatibo sa pagkaon pareho sang PPA ginpakita na nga nagabag-o sang kadamuon sang mga bahin sang gut microbiome nga wala nagaapektar sa kabug-usan nga pagkananuhaytuhay (Nagpal et al., 2021). Diri, naobserbahan namon ang labing talalupangdon nga mga kinatuhayan sa tunga sang mga espesyi sang Bacteroidetes sa sulod sang phylum Bacteroidetes (nga kilala anay subong Bacteroidetes), nga labi nga ginpauswag sa mga ilaga nga napadayag sa PPA. Ang dugang nga kadamuon sang mga espesyi sang Bacteroides may kaangtanan sa dugang nga pagkaguba sang mucus, nga mahimo magdugang sang risgo sang impeksyon kag magpasanyog sang panghubag (Cornick et al., 2015; Desai et al., 2016; Penzol et al., 2019). Ang isa ka pagtuon nakakita nga ang mga lapsag nga lalaki nga ilaga nga ginbulong sang Bacteroides fragilis nagpakita sang sosyal nga mga pamatasan nga nagapahanumdom sang autism spectrum disorder (ASD) (Carmel et al., 2023), kag ang iban nga mga pagtuon nagpakita nga ang mga espesyi sang Bacteroides mahimo magbag-o sang immune activity kag magdul-ong sa autoimmune inflammatory cardiomilpathy (Carmel et al., Carmel et al., et al. 2019). Ang mga espesyi nga katapo sang genera Ruminococcus, Prevotella, kag Parabacteroides nagdugang man sing daku sa mga ilaga nga napadayag sa PPA (Coretti et al., 2018). Ang pila ka mga espesyi sang Ruminococcus may kaangtanan sa mga balatian pareho sang Crohn's disease paagi sa paghimo sang proinflammatory cytokines (Henke et al., 2019), samtang ang mga espesyi sang Prevotella pareho sang Prevotella humani may kaangtanan sa mga balatian sa metabolismo pareho sang hypertension kag pagkasensitibo sa insulin (Pedersen et al., 2016; Li et al., 2017). Sa katapusan, nakita namon nga ang ratio sang Bacteroidetes (nga kilala anay nga Firmicutes) sa Bacteroidetes mas manubo sa mga ilaga nga napadayag sa PPA sangsa mga ilaga nga kontrol bangod sang mas mataas nga kabug-usan nga kadamuon sang mga espesyi sang Bacteroidetes. Ini nga ratio ginpakita na nga isa ka importante nga indicator sang intestinal homeostasis, kag ang mga disturbo sa sini nga ratio may kaangtanan sa nagkalainlain nga mga estado sang balatian (Turpin et al., 2016; Takezawa et al., 2021; An et al., 2023), lakip ang mga inflammatory bowel diseases (Stojanov et al., 2020). Sa kabilugan, ang mga espesyi sang phylum Bacteroidetes daw labing mabaskog nga apektado sang mataas nga PPA sa pagkaon. Mahimo ini bangod sang mas mataas nga pag-agwanta sa PPA ukon ang ikasarang sa paggamit sang PPA bilang isa ka ginahalinan sang enerhiya, nga napamatud-an nga matuod para sa di-magkubos isa ka espesyi, ang Hoylesella enocea (Hitch et al., 2022). Sa baylo, ang pagkaladlad sa PPA sang iloy mahimo nga makapauswag sang pag-uswag sang fetus paagi sa paghimo sang tinai sang mga anak sang ilaga nga mas madali nga mabiktima sang kolonisasyon sang Bacteroidetes; bisan pa, ang amon desinyo sang pagtuon wala nagtugot sang amo nga pagtimbangtimbang.
Ang pag-usisa sang kaundan sang metagenomic nagpakita sang daku nga mga kinatuhayan sa kadamuon sang mga gene nga may kaangtanan sa metabolismo kag produksyon sang PPA, nga ang mga ilaga nga napadayag sa PPA nagapakita sang mas mataas nga kadamuon sang mga gene nga responsable sa produksyon sang PPA, samtang ang mga ilaga nga wala napadayag sa PPA nagapakita sang mas mataas nga kadamuon sang mga gene nga responsable sa metabolismo sang PAA (Figure 6). Ini nga mga resulta nagapakita nga ang epekto sang PPA sa komposisyon sang mikrobyo mahimo nga indi lamang bangod sang paggamit sini, kon indi ang kadamuon sang mga gene nga may kaangtanan sa metabolismo sang PPA dapat nga nagpakita sang mas mataas nga kadamuon sa gut microbiome sang mga ilaga nga napadayag sa PPA. Ang isa ka paathag amo nga ang PPA nagapatunga sang kadamuon sang bakterya una paagi sa iya antimicrobial nga mga epekto sa baylo nga paagi sa paggamit sini sang bakterya bilang sustansya. Ang mga nauna nga pagtuon nagpakita nga ang PPA nagapugong sang pagtubo sang Salmonella Typhimurium sa isa ka paagi nga nagadepende sa dosis (Jacobson et al., 2018). Ang pagkadayag sa mas mataas nga konsentrasyon sang PPA mahimo nga magpili para sa bakterya nga resistensyado sa iya mga antimicrobial nga mga kinaiya kag mahimo nga indi kinahanglan nga maka-metabolize ukon makahimo sini. Halimbawa, ang pila ka mga espesyi sang Parabacteroides nagpakita sang mas mataas nga kadamuon sa mga sample sang PPA, apang wala sing mga gene nga may kaangtanan sa metabolismo ukon produksyon sang PPA ang natukiban (Supplementary Tables 2, 4, kag 5). Dugang pa, ang produksyon sang PPA bilang isa ka byproduct sang fermentation lapnag nga ginapanagtag sa nagkalainlain nga bakterya (Gonzalez-Garcia et al., 2017). Ang mas mataas nga pagkananuhaytuhay sang bakterya mahimo nga amo ang rason sang mas mataas nga kadamuon sang mga gene nga may kaangtanan sa metabolismo sang PPA sa mga sample nga kontrol (Averina et al., 2020). Dugang pa, 27 (2.14%) lamang sang 1332 ka mga gene ang gintagna nga mga gene nga may kaangtanan lamang sa metabolismo sang PPA. Madamo nga mga gene nga may kaangtanan sa metabolismo sang PPA ang nadalahig man sa iban nga mga alagyan sang metabolismo. Ginapakita pa gid sini nga ang kadamuon sang mga gene nga nadalahig sa metabolismo sang PPA mas mataas sa mga sample nga kontrol; ini nga mga gene mahimo nga mag-obra sa mga alagyan nga wala nagaresulta sa paggamit ukon pagporma sang PPA bilang isa ka byproduct. Sa sini nga kaso, isa lamang ka gene nga may kaangtanan sa henerasyon sang PPA ang nagpakita sang daku nga mga kinatuhayan sa kadamuon sa tunga sang mga sahi sang sample. Sa kabaliskaran sa mga gene nga may kaangtanan sa metabolismo sang PPA, ang mga marker gene para sa produksyon sang PPA ginpili bangod direkta sila nga nadalahig sa alagyan sang bakterya para sa produksyon sang PPA. Sa mga ilaga nga napadayag sa PPA, ang tanan nga mga espesyi nakita nga may daku nga pagdugang sang kadamuon kag kapasidad sa paghimo sang PPA. Ginasuportahan sini ang pagtagna nga ang mga PPA magapili sang mga prodyuser sang PPA kag gani magatagna nga ang kapasidad sang produksyon sang PPA magadugang. Apang, ang kadamuon sang gene indi kinahanglan nga may kaangtanan sa ekspresyon sang gene; gani, bisan pa nga ang kadamuon sang mga gene nga may kaangtanan sa metabolismo sang PPA mas mataas sa mga sample nga kontrol, ang kadasigon sang ekspresyon mahimo nga magkatuhay (Shi et al., 2014). Agod makumpirmar ang kaangtanan sa tunga sang paglapnag sang mga gene nga nagapatubas sang PPA kag produksyon sang PPA, kinahanglan ang mga pagtuon sa ekspresyon sang mga gene nga nadalahig sa produksyon sang PPA.
Ang functional annotation sang PPA kag control metagenomes nagpakita sang pila ka mga kinatuhayan. Ang pag-analisar sang PCA sang kaundan sang gene nagpakita sang mga discrete clusters sa tunga sang PPA kag mga sample sang kontrol (Figure 5). Ang pag-cluster sa sulod sang sample nagpakita nga ang kaundan sang control gene mas nanuhaytuhay, samtang ang mga sample sang PPA nag-cluster sing tingob. Ang pag-grupo paagi sa kaundan sang gene kaanggid sa pag-grupo paagi sa komposisyon sang espesyi. Gani, ang mga kinatuhayan sa kadamuon sang alagyan nagahisanto sa mga pagbag-o sa kadamuon sang partikular nga mga espesyi kag mga strain sa sulod nila. Sa mga sample sang PPA, duha ka mga alagyan nga may mas mataas nga kadamuon ang may kaangtanan sa metabolismo sang aminosugar/nucleotide sugar (ko:K21279) kag madamo nga mga alagyan sang metabolismo sang lipid (ko:K00647, ko:K03801; Supplementary Table 3). Ang mga gene nga may kaangtanan sa ko:K21279 nahibal-an nga may kaangtanan sa genus Bacteroides, isa sa mga genera nga may mas mataas nga numero sang mga espesyi sa mga sample sang PPA. Ini nga enzyme makalikaw sa immune response paagi sa pagpahayag sang capsular polysaccharides (Wang et al., 2008). Mahimo nga ini ang kabangdanan sang pagdamo sang Bacteroidetes nga naobserbahan sa mga ilaga nga napadayag sa PPA. Nagadugang ini sa pagdugang sang fatty acid synthesis nga naobserbahan sa PPA microbiome. Ang mga bakterya nagagamit sang FASIIko:K00647 (fabB) nga alagyan sa paghimo sang mga fatty acid, nga mahimo makaimpluwensya sa mga alagyan sang metabolismo sang host (Yao kag Rock, 2015; Johnson et al., 2020), kag ang mga pagbag-o sa metabolismo sang lipid mahimo nga may papel sa neurodevelopment (Yu et al., 2020). Ang isa pa ka alagyan nga nagapakita sang dugang nga kadamuon sa mga sample sang PPA amo ang steroid hormone biosynthesis (ko:K12343). May nagadamo nga ebidensya nga may yara sang baliskad nga kaangtanan sa tunga sang ikasarang sang gut microbiota sa pag-impluwensya sang lebel sang hormone kag maimpluwensyahan sang mga hormone, sa bagay nga ang mataas nga lebel sang steroid mahimo nga may mga epekto sa ikaayong lawas (Tetel et al., 2018).
Ini nga pagtuon wala sing mga limitasyon kag mga konsiderasyon. Ang isa ka importante nga kinatuhayan amo nga wala kami naghimo sang mga pagtimbangtimbang sa pisyolohiya sang mga sapat. Gani, indi posible nga direkta nga maghinakop kon bala ang mga pagbag-o sa microbiome may kaangtanan sa bisan ano nga balatian. Ang isa pa ka konsiderasyon amo nga ang mga ilaga sa sini nga pagtuon ginpakaon sang pareho nga pagkaon sa ila mga iloy. Ang mga pagtuon sa palaabuton mahimo nga magdeterminar kon bala ang pagbalhin gikan sa isa ka PPA-rich nga pagkaon pakadto sa isa ka PPA-free nga pagkaon nagapauswag sang mga epekto sini sa microbiome. Ang isa ka limitasyon sang amon pagtuon, pareho sang madamo nga iban pa, amo ang limitado nga kadakuon sang sample. Bisan pa nga ang mga balido nga konklusyon mahimo nga makuha, ang mas daku nga kadakuon sang sample magahatag sang mas daku nga gahum sa estadistika kon gina-analisar ang mga resulta. Nagahalong man kami sa paghimo sang mga konklusyon parte sa kaangtanan sa tunga sang mga pagbag-o sa gut microbiome kag bisan ano nga balatian (Yap et al., 2021). Ang mga makalilibog nga mga butang lakip ang edad, sekso, kag pagkaon makaimpluwensya sing daku sa komposisyon sang mga mikroorganismo. Ini nga mga kabangdanan mahimo nga magpaathag sang mga indi pag-alalangay nga naobserbahan sa literatura nahanungod sa kaangtanan sang gut microbiome sa mga komplikado nga mga balatian (Johnson et al., 2019; Lagod kag Naser, 2023). Halimbawa, ang mga katapo sang genus Bacteroidetes ginpakita nga nagdugang ukon nagnubo sa mga sapat kag mga tawo nga may ASD (Angelis et al., 2013; Kushak et al., 2017). Sing kaanggid, ang mga pagtuon sa komposisyon sang tinai sa mga pasyente nga may mga balatian sa pagpanghubag sang tinai nakakita sang pareho nga pagtaas kag pagnubo sa pareho nga taxa (Walters et al., 2014; Forbes et al., 2018; Upadhyay et al., 2023). Agod malimitahan ang epekto sang gender bias, gintinguhaan namon nga masiguro ang patas nga representasyon sang mga sekso agud nga ang mga kinatuhayan posible nga ginatuytuyan sang pagkaon. Ang isa ka hangkat sang functional annotation amo ang pagkuha sang redundant nga mga gene sequence. Ang amon pamaagi sa pag-cluster sang gene nagakinahanglan sang 95% nga identidad sang pagkasunod-sunod kag 85% nga pagkaanggid sang kalabaon, subong man 90% nga pagsakop sang pag-align agud madula ang sayop nga pag-cluster. Apang, sa pila ka mga kaso, naobserbahan namon ang mga COG nga may pareho nga mga anotasyon (halimbawa, MUT) (Fig. 6). Kinahanglan ang dugang nga pagtuon agud mahibaluan kon bala ining mga ortholog tuhay, may kaangtanan sa partikular nga mga genera, ukon kon bala ini isa ka limitasyon sang pamaagi sa pagtipon sang gene. Ang isa pa ka limitasyon sang functional annotation amo ang posible nga sayop nga pagklasipikar; ang bacterial gene mmdA isa ka kilala nga enzyme nga nadalahig sa propionate synthesis, apang ang KEGG wala nagaangot sini sa propionate metabolic pathway. Sa kabaliskaran, ang scpB kag mmcD nga mga ortholog may kaangtanan. Ang daku nga kadamuon sang mga gene nga wala sing gintalana nga mga knockout mahimo magresulta sa indi masarangan nga makilala ang mga gene nga may kaangtanan sa PPA kon ginausisa ang kadamuon sang gene. Ang palaabuton nga mga pagtuon makabenepisyo gikan sa pag-analisar sang metatranscriptome, nga makahatag sang mas madalom nga paghangop sa mga kinaiya sang pag-obra sang gut microbiota kag mag-angot sang ekspresyon sang gene sa posible nga mga epekto sa idalom. Para sa mga pagtuon nga nagalakip sang partikular nga mga diperensya sa neurodevelopmental ukon mga balatian sa pagpanghubag sang tinai, ang mga pagtimbangtimbang sa pisyolohiya kag pamatasan sang mga sapat kinahanglanon sa pag-angot sang mga pagbag-o sa komposisyon sang microbiome sa sini nga mga diperensya. Ang dugang nga mga pagtuon nga nagasaylo sang gut microbiome sa mga ilaga nga wala sing kagaw mangin mapuslanon man sa paghibalo kon bala ang microbiome isa ka drayber ukon kinaiya sang balatian.
Sa pagsumaryo, ginpakita namon nga ang dietary PPA nagapanghikot bilang isa ka kabangdanan sa pagbag-o sang komposisyon sang gut microbiota. Ang PPA isa ka preserbatibo nga gin-aprubahan sang FDA nga makita sa nagkalainlain nga mga pagkaon nga, sa malawig nga pagkaladlad, mahimo magdul-ong sa pagkatublag sang normal nga gut flora. Nakita namon ang mga pagbag-o sa kadamuon sang pila ka bakterya, nga nagapakita nga ang PPA makaimpluwensya sa komposisyon sang gut microbiota. Ang mga pagbag-o sa microbiota mahimo magdul-ong sa mga pagbag-o sa lebel sang pila ka mga alagyan sang metabolismo, nga mahimo magdul-ong sa mga pagbag-o sa pisyolohiya nga may kaangtanan sa ikaayong lawas sang tagbalay. Kinahanglan ang dugang nga pagtuon agud mahibaluan kon bala ang mga epekto sang PPA sa pagkaon sa komposisyon sang mikrobyo mahimo magdul-ong sa dysbiosis ukon iban pa nga mga balatian. Ini nga pagtuon nagabutang sang sadsaran para sa palaabuton nga mga pagtuon kon paano ang mga epekto sang PPA sa komposisyon sang tinai mahimo makaapekto sa ikaayong lawas sang tawo.
Ang mga dataset nga ginpresentar sa sini nga pagtuon matigayon sa mga online repository. Ang ngalan sang repository kag ang numero sang pagsulod amo ang: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/, PRJNA1092431.
Ini nga pagtuon sa sapat gin-aprubahan sang University of Central Florida Institutional Animal Care and Use Committee (UCF-IACUC) (Animal Use Permit Number: PROTO202000002). Ini nga pagtuon nagasunod sa lokal nga mga kasuguan, mga pagsulundan, kag mga kinahanglanon sang institusyon.
NG: Pagkonsepto, Pag-atipan sang datos, Pormal nga pag-analisar, Pag-usisa, Pamaagi, Software, Paghanduraw, Pagsulat (orihinal nga draft), Pagsulat (pagrepaso kag pag-edit). LA: Konseptuwalisasyon, Pag-atipan sang datos, Pamaagi, Mga Kagamitan, Pagsulat (pagrepaso kag pag-edit). SH: Pormal nga pag-analisar, Software, Pagsulat (pagrepaso kag pag-edit). SA: Pag-usisa, Pagsulat (pagrepaso kag pag-edit). Puno nga Hukom: Imbestigasyon, Pagsulat (pagrepaso kag pag-edit). SN: Pagkonsepto, Pagdumala sang Proyekto, Mga Kagamitan, Pagdumala, Pagsulat (pagrepaso kag pag-edit). TA: Pagkonsepto, Pagdumala sang Proyekto, Pagdumala, Pagsulat (pagrepaso kag pag-edit).
Ang mga tagsulat nagpahayag nga wala sila nakabaton sang pinansyal nga suporta para sa pagpanalawsaw, pagkatagsulat, kag/ukon pagbalhag sini nga artikulo.
Ang mga tagsulat nagapahayag nga ang pagpanalawsaw ginhimo nga wala sing bisan ano nga komersyal ukon pinansyal nga mga kaangtanan nga mahimo hangpon subong isa ka posible nga pagsumpakilay sang interes. indi magamit.
Ang tanan nga mga opinyon nga ginpabutyag sa sini nga artikulo iya lamang sang mga tagsulat kag indi kinahanglan nga nagapakita sang mga pagtamod sang ila mga institusyon, mga manugbalhag, mga editor, ukon mga manugrepaso. Ang bisan ano nga mga produkto nga gin-ebalwar sa sini nga artikulo, ukon ang bisan ano nga mga pag-angkon nga ginhimo sang ila mga manufacturer, wala ginagarantiyahan ukon gina-endorso sang manugbalhag.
Ang dugang nga materyal para sa sini nga artikulo makita online: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frmbi.2024.1451735/full#supplementary-material
Abdelli LS, Samsam A, Nasser SA (2019). Ang propionic acid naga-induce sang gliosis kag neuroinflammation paagi sa pag-regulate sang PTEN/AKT pathway sa mga autism spectrum disorders. Mga report sa siyensya 9, 8824–8824. doi: 10.1038/s41598-019-45348-z
Aitchison, J. (1982). Pag-analisar sang estadistika sang datos sang komposisyon. 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). Firmicutes/Bacteroidetes ratio bilang isa ka risgo nga kabangdanan para sa kanser sa suso. Journal of Clinical Medicine, 12, 2216. doi: 10.3390/jcm12062216
Anders S., Huber W. (2010). Pag-analisar sang lainlain nga ekspresyon sang datos sang pag-isip sang pagkasunod-sunod. Nat Prev. 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). Ang faecal microbiota kag ang metabolome sa mga kabataan nga may autism kag pervasive developmental disorder nga wala gintumod. PloS One 8, e76993. doi: 10.1371/journal.pone.0076993
Averina OV, Kovtun AS, Polyakova SI, Savilova AM, Rebrikov DV, Danilenko VN (2020). Mga kinaiya sang bakterya nga neurometabolic sang intestinal microbiota sa magagmay nga kabataan nga may mga balatian sa autism spectrum. Journal of Medical Microbiology 69, 558–571. doi: 10.1099/jmm.0.001178
Baquero F., Nombela K. (2012). Ang microbiome bilang isa ka organo sang tawo. Klinikal nga Mikrobiolohiya kag Impeksyon 18, 2–4. doi: 10.1111/j.1469-0691.2012.03916.x
Baur T., Dürre P. (2023). Bag-o nga mga panan-awan sa pisyolohiya sang bakterya nga nagapatubas sang propionic acid: Anaerotignum propionicum kag Anaerotignum neopropionicum (nga anay Clostridium propionicum kag Clostridium neopropionicum). Microorganisms 11, 685. doi: 10.3390/microorganisms11030685
Bazer FW, Spencer TE, Wu G, Cudd TA, Meininger SJ (2004). Nutrisyon sang iloy kag pag-uswag sang fetus. J Nutr. 134, 2169–2172. doi: 10.1093/jn/134.9.2169
Benjamini, Y., kag Hochberg, J. (1995). Pagkontrol sang false-positive rate: Isa ka praktikal kag episyente nga pamaagi sa madamo nga pagtesting. JR Stat Soc Ser B Methodol. 57, 289–300. doi: 10.1111/j.2517-6161.1995.tb02031.x