प्रोपियोनिक अॅसिड (पीपीए), एक अँटीफंगल एजंट आणि सामान्य आहारातील अॅडिटीव्ह, उंदरांमध्ये असामान्य न्यूरोडेव्हलपमेंटला कारणीभूत असल्याचे दिसून आले आहे ज्यामध्ये गॅस्ट्रोइंटेस्टाइनल डिसफंक्शन असू शकते, जे आतड्यांसंबंधी डिस्बंक्शनमुळे होऊ शकते. आहारातील पीपीए एक्सपोजर आणि आतड्यांतील मायक्रोबायोटा डिस्बॉयोसिस यांच्यातील दुवा सुचवण्यात आला आहे, परंतु त्याचा थेट तपास करण्यात आलेला नाही. येथे, आम्ही आतड्यांतील मायक्रोबायोटा रचनेत पीपीए-संबंधित बदलांचा तपास केला ज्यामुळे डिस्बॉयोसिस होऊ शकतो. सूक्ष्मजीव रचना आणि बॅक्टेरिया चयापचय मार्गांमधील फरकांचे मूल्यांकन करण्यासाठी उंदरांच्या आतड्यांतील मायक्रोबायोम्सना उपचार न केलेला आहार (n=9) आणि पीपीए-समृद्ध आहार (n=13) दीर्घ-श्रेणीच्या मेटाजेनोमिक सिक्वेन्सिंगचा वापर करून अनुक्रमित केले गेले. आहारातील पीपीए अनेक बॅक्टेरॉइड्स, प्रीव्होटेला आणि रुमिनोकोकस प्रजातींसह महत्त्वपूर्ण टॅक्साच्या विपुलतेत वाढ करण्याशी संबंधित होता, ज्यांचे सदस्य पूर्वी पीपीए उत्पादनात गुंतलेले होते. पीपीए-एक्सपोज झालेल्या उंदरांच्या मायक्रोबायोम्समध्ये लिपिड मेटाबोलिझम आणि स्टिरॉइड हार्मोन बायोसिंथेसिसशी संबंधित अधिक मार्ग होते. आमचे निकाल सूचित करतात की पीपीए आतड्यांतील मायक्रोबायोटा आणि त्याच्याशी संबंधित चयापचय मार्ग बदलू शकते. या निरीक्षण केलेल्या बदलांवरून हे स्पष्ट होते की वापरासाठी सुरक्षित म्हणून वर्गीकृत केलेले संरक्षक आतड्याच्या मायक्रोबायोटाच्या रचनेवर आणि त्या बदल्यात मानवी आरोग्यावर परिणाम करू शकतात.
मानवी सूक्ष्मजीवाला अनेकदा "शरीराचा शेवटचा अवयव" म्हणून संबोधले जाते आणि ते मानवी आरोग्यात महत्त्वाची भूमिका बजावते (बाक्वेरो आणि नोम्बेला, २०१२). विशेषतः, आतड्यातील सूक्ष्मजीव त्याच्या प्रणाली-व्यापी प्रभावासाठी आणि अनेक आवश्यक कार्यांमध्ये भूमिकेसाठी ओळखले जाते. आतड्यात कॉमेन्सल बॅक्टेरिया मुबलक प्रमाणात असतात, ते अनेक पर्यावरणीय कोनाडे व्यापतात, पोषक तत्वांचा वापर करतात आणि संभाव्य रोगजनकांशी स्पर्धा करतात (जांध्याला एट अल., २०१५). आतड्यातील मायक्रोबायोटाचे विविध जीवाणू घटक जीवनसत्त्वे यांसारखे आवश्यक पोषक घटक तयार करण्यास आणि पचनास चालना देण्यास सक्षम आहेत (रोलँड एट अल., २०१८). बॅक्टेरियातील चयापचय ऊतींच्या विकासावर प्रभाव पाडतात आणि चयापचय आणि रोगप्रतिकारक मार्ग वाढवतात हे देखील दर्शविले गेले आहे (हेइज्ट्झ एट अल., २०११; यू एट अल., २०२२). मानवी आतड्यातील सूक्ष्मजीवांची रचना अत्यंत वैविध्यपूर्ण आहे आणि ती आहार, लिंग, औषधे आणि आरोग्य स्थिती यासारख्या अनुवांशिक आणि पर्यावरणीय घटकांवर अवलंबून असते (कुंभारे एट अल., २०१९).
मातृ आहार हा गर्भाच्या आणि नवजात शिशुच्या विकासाचा एक महत्त्वाचा घटक आहे आणि विकासावर परिणाम करू शकणाऱ्या संयुगांचा एक अनुमानित स्रोत आहे (बेझर एट अल., २००४; इनिस, २०१४). अशाच एका रसपूर्ण संयुगात प्रोपियोनिक अॅसिड (पीपीए) आहे, जो बॅक्टेरियाच्या किण्वन आणि अन्न मिश्रित पदार्थांपासून मिळवलेला एक शॉर्ट-चेन फॅटी अॅसिड उप-उत्पादन आहे (डेन बेस्टेन एट अल., २०१३). पीपीएमध्ये बॅक्टेरियाविरोधी आणि अँटीफंगल गुणधर्म आहेत आणि म्हणूनच ते अन्न संरक्षक म्हणून आणि बुरशी आणि बॅक्टेरियाच्या वाढीस प्रतिबंध करण्यासाठी औद्योगिक अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जाते (वेमेनहोव्ह एट अल., २०१६). पीपीएचे वेगवेगळ्या ऊतींमध्ये वेगवेगळे प्रभाव आहेत. यकृतामध्ये, मॅक्रोफेजमध्ये सायटोकाइन अभिव्यक्तीवर परिणाम करून पीपीएचे दाहक-विरोधी प्रभाव आहेत (कावासो एट अल., २०२२). हा नियामक प्रभाव इतर रोगप्रतिकारक पेशींमध्ये देखील दिसून आला आहे, ज्यामुळे जळजळ कमी होते (हासे एट अल., २०२१). तथापि, मेंदूमध्ये उलट परिणाम दिसून आला आहे. मागील अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की पीपीएच्या संपर्कामुळे उंदरांमध्ये ऑटिझमसारखे वर्तन होते (एल-अन्सरी एट अल., २०१२). इतर अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की पीपीए ग्लिओसिसला कारणीभूत ठरू शकते आणि मेंदूमध्ये दाहक-विरोधी मार्ग सक्रिय करू शकते (अब्डेली एट अल., २०१९). पीपीए एक कमकुवत आम्ल असल्याने, ते आतड्यांसंबंधी एपिथेलियममधून रक्तप्रवाहात पसरू शकते आणि अशा प्रकारे रक्त-मेंदू अडथळा तसेच प्लेसेंटासह प्रतिबंधात्मक अडथळे ओलांडू शकते (स्टिन्सन एट अल., २०१९), बॅक्टेरियाद्वारे उत्पादित नियामक मेटाबोलाइट म्हणून पीपीएचे महत्त्व अधोरेखित करते. ऑटिझमसाठी जोखीम घटक म्हणून पीपीएची संभाव्य भूमिका सध्या तपासली जात असली तरी, ऑटिझम असलेल्या व्यक्तींवर त्याचे परिणाम न्यूरल डिफरेंशनला प्रेरित करण्यापलीकडे वाढू शकतात.
अतिसार आणि बद्धकोष्ठता यासारखी गॅस्ट्रोइंटेस्टाइनल लक्षणे न्यूरोडेव्हलपमेंटल डिसऑर्डर असलेल्या रुग्णांमध्ये सामान्य आहेत (काओ एट अल., २०२१). मागील अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की ऑटिझम स्पेक्ट्रम डिसऑर्डर (एएसडी) असलेल्या रुग्णांचे मायक्रोबायोम निरोगी व्यक्तींपेक्षा वेगळे असते, जे आतड्यांतील मायक्रोबायोटा डिस्बायोसिसची उपस्थिती दर्शवते (फाइनगोल्ड एट अल., २०१०). त्याचप्रमाणे, दाहक आतड्यांचे रोग, लठ्ठपणा, अल्झायमर रोग इत्यादी असलेल्या रुग्णांची मायक्रोबायोम वैशिष्ट्ये देखील निरोगी व्यक्तींपेक्षा वेगळी असतात (टर्नबॉघ एट अल., २००९; वोग्ट एट अल., २०१७; हेन्के एट अल., २०१९). तथापि, आजपर्यंत, आतड्यांतील मायक्रोबायोम आणि न्यूरोलॉजिकल रोग किंवा लक्षणे यांच्यात कोणताही कारणात्मक संबंध स्थापित झालेला नाही (याप एट अल., २०२१), जरी यापैकी काही रोग स्थितींमध्ये अनेक जीवाणू प्रजाती भूमिका बजावतात असे मानले जाते. उदाहरणार्थ, ऑटिझम असलेल्या रुग्णांच्या मायक्रोबायोटामध्ये अक्करमॅन्सिया, बॅक्टेरॉइड्स, क्लोस्ट्रिडियम, लॅक्टोबॅसिलस, डेसल्फोव्हिब्रिओ आणि इतर प्रजाती अधिक प्रमाणात आढळतात (टोमोवा एट अल., २०१५; गोलुबेवा एट अल., २०१७; क्रिस्टियानो एट अल., २०१८; झुरिटा एट अल., २०२०). उल्लेखनीय म्हणजे, या प्रजातींपैकी काही प्रजातींच्या सदस्यांमध्ये पीपीए उत्पादनाशी संबंधित जीन्स असल्याचे ज्ञात आहे (रीचार्ड एट अल., २०१४; युन आणि ली, २०१६; झांग एट अल., २०१९; बौर आणि ड्युरे, २०२३). पीपीएचे प्रतिजैविक गुणधर्म पाहता, त्याची विपुलता वाढवणे पीपीए-उत्पादक जीवाणूंच्या वाढीसाठी फायदेशीर ठरू शकते (जेकबसन एट अल., २०१८). अशाप्रकारे, पीएफए-समृद्ध वातावरणामुळे आतड्यांसंबंधी मायक्रोबायोटामध्ये बदल होऊ शकतात, ज्यामध्ये गॅस्ट्रोइंटेस्टाइनल रोगजनकांचा समावेश असू शकतो, जे गॅस्ट्रोइंटेस्टाइनल लक्षणे निर्माण करणारे संभाव्य घटक असू शकतात.
मायक्रोबायोम संशोधनातील एक मध्यवर्ती प्रश्न म्हणजे सूक्ष्मजीव रचनेतील फरक हे अंतर्निहित रोगांचे कारण किंवा लक्षण आहे का. आहार, आतड्यातील सूक्ष्मजीव आणि न्यूरोलॉजिकल रोगांमधील जटिल संबंध स्पष्ट करण्याच्या दिशेने पहिले पाऊल म्हणजे आहाराचा सूक्ष्मजीव रचनेवर होणाऱ्या परिणामांचे मूल्यांकन करणे. यासाठी, आम्ही PPA-समृद्ध किंवा PPA-कमी झालेल्या आहार दिलेल्या उंदरांच्या संततीच्या आतड्यातील सूक्ष्मजीवांची तुलना करण्यासाठी दीर्घकाळ वाचलेले मेटाजेनोमिक अनुक्रम वापरले. संततींना त्यांच्या मातांसारखाच आहार देण्यात आला. आम्ही असे गृहीत धरले की PPA-समृद्ध आहारामुळे आतड्यातील सूक्ष्मजीव रचना आणि सूक्ष्मजीव कार्यात्मक मार्गांमध्ये बदल होतील, विशेषतः PPA चयापचय आणि/किंवा PPA उत्पादनाशी संबंधित.
या अभ्यासात FVB/N-Tg(GFAP-GFP)14Mes/J ट्रान्सजेनिक उंदीर (जॅक्सन लॅबोरेटरीज) वापरले गेले जे सेंट्रल फ्लोरिडा विद्यापीठाच्या संस्थात्मक प्राणी काळजी आणि वापर समिती (UCF-IACUC) (प्राणी वापर परवाना क्रमांक: PROTO202000002) च्या मार्गदर्शक तत्त्वांचे पालन करून ग्लिया-विशिष्ट GFAP प्रवर्तकाच्या नियंत्रणाखाली हिरव्या फ्लोरोसेंट प्रथिने (GFP) जास्त प्रमाणात व्यक्त करतात. दूध सोडल्यानंतर, उंदरांना प्रत्येक पिंजऱ्यात प्रत्येक लिंगाच्या 1-5 उंदरांसह पिंजऱ्यात वैयक्तिकरित्या ठेवण्यात आले. उंदरांना शुद्ध नियंत्रण आहार (सुधारित ओपन-लेबल मानक आहार, 16 kcal% चरबी) किंवा सोडियम प्रोपियोनेट-पूरक आहार (सुधारित ओपन-लेबल मानक आहार, 16 kcal% चरबी, ज्यामध्ये 5,000 ppm सोडियम प्रोपियोनेट असते) देण्यात आला. वापरलेल्या सोडियम प्रोपियोनेटचे प्रमाण 5,000 mg PFA/kg एकूण अन्न वजनाच्या समतुल्य होते. अन्न संरक्षक म्हणून वापरण्यासाठी मंजूर केलेले PPA चे हे सर्वोच्च प्रमाण आहे. या अभ्यासाची तयारी करण्यासाठी, पालक उंदरांना मिलनाच्या ४ आठवडे आधी दोन्ही आहार देण्यात आला आणि ते संपूर्ण गर्भधारणेदरम्यान चालू ठेवण्यात आले. संतती उंदरांना [२२ उंदीर, ९ नियंत्रणे (६ नर, ३ मादी) आणि १३ पीपीए (४ नर, ९ मादी)] दूध सोडण्यात आले आणि नंतर त्यांना ५ महिने धरणांप्रमाणेच आहार देण्यात आला. संतती उंदरांना ५ महिन्यांच्या वयात बळी देण्यात आले आणि त्यांच्या आतड्यांतील विष्ठेचे प्रमाण गोळा करण्यात आले आणि सुरुवातीला १.५ मिली मायक्रोसेंट्रीफ्यूज ट्यूबमध्ये -२०°C तापमानावर साठवण्यात आले आणि नंतर यजमान डीएनए कमी होईपर्यंत आणि सूक्ष्मजीव न्यूक्लिक अॅसिड काढल्या जाईपर्यंत -८०°C फ्रीजरमध्ये स्थानांतरित करण्यात आले.
सुधारित प्रोटोकॉलनुसार (Charalampous et al., 2019) होस्ट डीएनए काढून टाकण्यात आला. थोडक्यात, विष्ठेचे घटक 500 µl InhibitEX (Qiagen, Cat#/ID: 19593) मध्ये हस्तांतरित केले गेले आणि गोठवून साठवले गेले. प्रत्येक काढणीसाठी जास्तीत जास्त 1-2 विष्ठेच्या गोळ्यांवर प्रक्रिया केली गेली. नंतर विष्ठेचे घटक ट्यूबच्या आत प्लास्टिकच्या पेस्टलचा वापर करून यांत्रिकरित्या एकरूप केले गेले जेणेकरून स्लरी तयार होईल. नमुने 10,000 RCF वर 5 मिनिटांसाठी किंवा नमुने पेलेट होईपर्यंत सेंट्रीफ्यूज करा, नंतर सुपरनॅटंटला एस्पिरेट करा आणि 250 µl 1× PBS मध्ये गोळी पुन्हा सस्पेंड करा. युकेरियोटिक पेशी पडदा सैल करण्यासाठी डिटर्जंट म्हणून नमुन्यात 250 µl 4.4% सॅपोनिन द्रावण (TCI, उत्पादन क्रमांक S0019) घाला. नमुने गुळगुळीत होईपर्यंत हळूवारपणे मिसळले गेले आणि 10 मिनिटांसाठी खोलीच्या तपमानावर उष्मायन केले गेले. पुढे, युकेरियोटिक पेशींना विस्कळीत करण्यासाठी, नमुन्यात 350 μl न्यूक्लीज-मुक्त पाणी जोडले गेले, 30 सेकंदांसाठी उष्मायन केले गेले आणि नंतर 12 μl 5 M NaCl जोडले गेले. त्यानंतर नमुने 5 मिनिटांसाठी 6000 RCF वर सेंट्रीफ्यूज केले गेले. सुपरनॅटंटला अ‍ॅस्पिरेट करा आणि 100 μl 1X PBS मध्ये पेलेट पुन्हा सस्पेंड करा. होस्ट डीएनए काढून टाकण्यासाठी, 100 μl HL-SAN बफर (12.8568 ग्रॅम NaCl, 4 मिली 1M MgCl2, 36 मिली न्यूक्लीज-मुक्त पाणी) आणि 10 μl HL-SAN एंजाइम (ArticZymes P/N 70910-202) घाला. नमुने पाईपेटिंगद्वारे पूर्णपणे मिसळले गेले आणि एपेनडॉर्फ™ थर्मोमिक्सर सी वर ८०० आरपीएम वर ३० मिनिटांसाठी ३७ डिग्री सेल्सिअस तापमानावर उष्मायन केले गेले. उष्मायनानंतर, ६००० आरसीएफ वर ३ मिनिटांसाठी केंद्रीत केले गेले आणि ८०० µl आणि १००० µl १X पीबीएसने दोनदा धुतले गेले. शेवटी, १०० µl १X पीबीएसमध्ये पेलेट पुन्हा सस्पेंशन केले.
न्यू इंग्लंड बायोलाब्स मोनार्क जीनोमिक डीएनए प्युरिफिकेशन किट (न्यू इंग्लंड बायोलाब्स, इप्सविच, एमए, कॅट# T3010L) वापरून एकूण बॅक्टेरियाचा डीएनए वेगळा करण्यात आला. किटसोबत देण्यात आलेल्या मानक कार्यपद्धतीत थोडा बदल करण्यात आला आहे. अंतिम उत्सर्जनासाठी ऑपरेशनपूर्वी 60°C वर न्यूक्लियस-मुक्त पाणी उबवा आणि ठेवा. प्रत्येक नमुन्यात 10 µl प्रोटीनेज K आणि 3 µl RNase A घाला. नंतर 100 µl सेल लायसिस बफर घाला आणि हळूवारपणे मिसळा. त्यानंतर नमुने एपेनडॉर्फ™ थर्मोमिक्सर सी मध्ये 56°C आणि 1400 rpm वर किमान 1 तास आणि 3 तासांपर्यंत उबवले गेले. उबवलेले नमुने 12,000 RCF वर 3 मिनिटांसाठी सेंट्रीफ्यूज करण्यात आले आणि प्रत्येक नमुन्यातील सुपरनॅटंट 400 µL बाइंडिंग द्रावण असलेल्या वेगळ्या 1.5 mL मायक्रोसेंट्रीफ्यूज ट्यूबमध्ये हस्तांतरित करण्यात आले. त्यानंतर नळ्यांना १ सेकंदाच्या अंतराने ५-१० सेकंदांसाठी पल्स व्होर्टेक्स करण्यात आले. प्रत्येक नमुन्यातील संपूर्ण द्रव सामग्री (अंदाजे ६००-७०० μL) एका फ्लो-थ्रू कलेक्शन ट्यूबमध्ये ठेवलेल्या फिल्टर कार्ट्रिजमध्ये स्थानांतरित करा. सुरुवातीच्या डीएनए बंधनासाठी नळ्यांना १,००० RCF वर ३ मिनिटांसाठी सेंट्रीफ्यूज करण्यात आले आणि नंतर उर्वरित द्रव काढून टाकण्यासाठी १ मिनिटासाठी १२,००० RCF वर सेंट्रीफ्यूज करण्यात आले. नमुना स्तंभ नवीन कलेक्शन ट्यूबमध्ये स्थानांतरित करण्यात आला आणि नंतर दोनदा धुतला गेला. पहिल्या वॉशसाठी, प्रत्येक ट्यूबमध्ये ५०० μL वॉश बफर घाला. ट्यूब ३-५ वेळा उलट करा आणि नंतर १२,००० RCF वर १ मिनिटासाठी सेंट्रीफ्यूज करा. कलेक्शन ट्यूबमधून द्रव काढून टाका आणि फिल्टर कार्ट्रिज परत त्याच कलेक्शन ट्यूबमध्ये ठेवा. दुसऱ्या वॉशसाठी, उलट न करता फिल्टरमध्ये ५०० μL वॉश बफर घाला. नमुने १ मिनिटासाठी १२,००० RCF वर सेंट्रीफ्यूज करण्यात आले. फिल्टरला १.५ मिली लोबिंड® ट्यूबमध्ये स्थानांतरित करा आणि त्यात १०० µL प्री-वॉर्म केलेले न्यूक्लियस-मुक्त पाणी घाला. फिल्टर खोलीच्या तपमानावर १ मिनिटासाठी इनक्युबेट केले गेले आणि नंतर १२,००० आरसीएफ वर १ मिनिटासाठी सेंट्रीफ्यूज केले गेले. एल्युटेड डीएनए -८०°C वर साठवले गेले.
क्यूबिट™ ४.० फ्लुरोमीटर वापरून डीएनए सांद्रता मोजण्यात आली. उत्पादकाच्या सूचनांनुसार क्यूबिट™ १X dsDNA हाय सेन्सिटिव्हिटी किट (कॅट. क्रमांक Q33231) वापरून डीएनए तयार करण्यात आला. अ‍ॅग्लिएंट™ ४१५० किंवा ४२०० टेपस्टेशन वापरून डीएनए फ्रॅगमेंट लांबीचे वितरण मोजण्यात आले. अ‍ॅग्लिएंट™ जीनोमिक डीएनए अभिकर्मक (कॅट. क्रमांक ५०६७-५३६६) आणि जीनोमिक डीएनए स्क्रीनटेप (कॅट. क्रमांक ५०६७-५३६५) वापरून डीएनए तयार करण्यात आला. उत्पादकाच्या सूचनांनुसार ऑक्सफर्ड नॅनोपोर टेक्नॉलॉजीज™ (ONT) रॅपिड पीसीआर बारकोडिंग किट (SQK-RPB004) वापरून लायब्ररी तयारी करण्यात आली. Min106D फ्लो सेल (R 9.4.1) सह ONT Gridion™ Mk1 सिक्वेन्सर वापरून डीएनए अनुक्रमित करण्यात आला. अनुक्रम सेटिंग्ज अशी होती: उच्च अचूकता बेस कॉलिंग, किमान q मूल्य 9, बारकोड सेटअप आणि बारकोड ट्रिम. नमुने 72 तासांसाठी अनुक्रमित केले गेले, त्यानंतर पुढील प्रक्रिया आणि विश्लेषणासाठी बेस कॉल डेटा सादर केला गेला.
बायोइन्फॉरमॅटिक्स प्रक्रिया पूर्वी वर्णन केलेल्या पद्धती वापरून केली गेली (ग्रीनमन एट अल., २०२४). अनुक्रमणातून मिळवलेल्या FASTQ फायली प्रत्येक नमुन्यासाठी निर्देशिकांमध्ये विभागल्या गेल्या. बायोइन्फॉरमॅटिक्स विश्लेषणापूर्वी, डेटा खालील पाइपलाइन वापरून प्रक्रिया केला जात असे: प्रथम, नमुन्यांचे FASTQ फायली एकाच FASTQ फाइलमध्ये विलीन केले जात असे. नंतर, १००० bp पेक्षा कमी वाचन फिल्टर केले गेले Filtlong v. ०.२.१ वापरून, एकमेव पॅरामीटर बदलून –min_length १००० (विक, २०२४) असे केले गेले. पुढील फिल्टरिंग करण्यापूर्वी, खालील पॅरामीटर्ससह NanoPlot v. १.४१.३ वापरून वाचन गुणवत्ता नियंत्रित केली गेली: –fastq –plots dot –N50 -o(डी कॉस्टर आणि रेडेमेकर्स, २०२३). खालील पॅरामीटर्ससह होस्ट-दूषित वाचन काढून टाकण्यासाठी मिनीमॅप२ v. २.२४-r११२२ वापरून माऊस संदर्भ जीनोम GRCm39 (GCF_000001635.27) शी वाचन संरेखित केले गेले: -L -ax map-ont(ली, २०१८). जनरेट केलेल्या अलाइनमेंट फाइल्स samtools v. 1.16.1 मध्ये samtools view -b (Danecek et al., 2021) वापरून BAM फॉरमॅटमध्ये रूपांतरित केल्या गेल्या. नंतर samtools view -b -f 4 वापरून अनअलाइन केलेले रीड्स ओळखले गेले, जे दर्शविते की हे रीड्स होस्ट जीनोमशी संबंधित नाहीत. डिफॉल्ट पॅरामीटर्ससह samtools bam2fq वापरून अनअलाइन केलेले रीड्स पुन्हा FASTQ फॉरमॅटमध्ये रूपांतरित केले गेले. पूर्वी वर्णन केलेल्या सेटिंग्ज वापरून पुढील फिल्टर केलेल्या रीड्सवर नॅनोप्लॉट पुन्हा चालवण्यात आला. फिल्टरिंगनंतर, मेटाफ्लाय v. 2.8.2-b1689 वापरून मेटाजेनोमिक डेटा खालील पॅरामीटर्ससह एकत्र केला गेला: –nano-raw–meta (कोल्मोगोरोव्ह आणि इतर, २०२०). उर्वरित पॅरामीटर्स त्यांच्या डीफॉल्ट मूल्यांवर सोडा. असेंब्लीनंतर, मिनीमॅप२ वापरून असेंब्लीमध्ये फिल्टर केलेले रीड्स मॅप केले गेले आणि SAM फॉरमॅटमध्ये अलाइनमेंट फाइल जनरेट करण्यासाठी -ax map-ont पॅरामीटर वापरण्यात आला. असेंब्ली प्रथम खालील पॅरामीटर्ससह racon v. 1.4.20 वापरून रिफाइन करण्यात आली: -m 8 -x -6 -g -8 -w 500 -u (Vaser आणि इतर, २०१७). racon पूर्ण झाल्यानंतर, ते medaka v. 1.7.2 सह medaka_consesus वापरून आणखी रिफाइन करण्यात आले, -m पॅरामीटर वगळता सर्व पॅरामीटर्स त्यांच्या डीफॉल्ट मूल्यांवर राहिले. आमच्या डेटासाठी वापरल्या जाणाऱ्या फ्लो सेल केमिस्ट्री आणि उच्च-अचूकता बेस कॉलिंग निर्दिष्ट करण्यासाठी -m पॅरामीटर r941_min_hac_g507 वर सेट केले आहे (नॅनोपोरेटेक/मेडाका, २०२४). फिल्टर केलेला डेटा (यापुढे मायक्रोबियल डेटा म्हणून संदर्भित) आणि अंतिम साफ केलेले असेंब्ली नंतरच्या विश्लेषणासाठी वापरले गेले.
वर्गीकरण वर्गीकरणासाठी, Kraken2 v. 2.1.2 (वुड एट अल., २०१९) वापरून वाचन आणि एकत्रित कॉन्टिगचे वर्गीकरण केले गेले. वाचन आणि असेंब्लीसाठी अनुक्रमे अहवाल आणि आउटपुट फाइल्स तयार करा. वाचन आणि असेंब्लीचे विश्लेषण करण्यासाठी -use-names पर्याय वापरा. ​​वाचन विभागांसाठी -gzip-compressed आणि -paired पर्याय निर्दिष्ट केले आहेत. ब्रॅकेन v. 2.8 (लू एट अल., २०१७) वापरून मेटाजेनोम्समध्ये टॅक्साची सापेक्ष विपुलता अंदाजित केली गेली. आम्ही प्रथम खालील पॅरामीटर्ससह ब्रॅकेन-बिल्ड वापरून १००० बेस असलेला एक kmer डेटाबेस तयार केला: -d-k 35 -l 1000 एकदा बांधल्यानंतर, ब्रॅकेन kraken2 द्वारे व्युत्पन्न केलेल्या अहवालावर आधारित चालते आणि खालील पर्यायांचा वापर करून डेटा फिल्टर करते: -d -I -O-पृष्ठ १००० -ल

त्यापैकी, विश्लेषण केल्या जाणाऱ्या वर्गीकरण पातळीनुसार P, G किंवा S निवडले जातात. खोट्या सकारात्मक वर्गीकरणांचा प्रभाव कमी करण्यासाठी, 1e-4 (1/10,000 वाचन) ची किमान सापेक्ष विपुलता मर्यादा स्वीकारण्यात आली. सांख्यिकीय विश्लेषणापूर्वी, ब्रॅकेनने नोंदवलेले सापेक्ष विपुलता (fraction_total_reads) केंद्रीकृत लॉग-गुणोत्तर (CLR) रूपांतरण वापरून रूपांतरित केले गेले (Aitchison, 1982). डेटा रूपांतरणासाठी CLR पद्धत निवडण्यात आली कारण ती स्केल-अपरिवर्तनीय आहे आणि नॉन-स्पर्स डेटासेटसाठी पुरेशी आहे (Gloor et al., 2017). CLR रूपांतरण नैसर्गिक लॉगरिथम वापरते. ब्रॅकेनने नोंदवलेला गणना डेटा सापेक्ष लॉग अभिव्यक्ती (RLE) वापरून सामान्यीकृत केला गेला (Anders and Huber, 2010). matplotlib v. 3.7.1, seaborn v. 3.7.2 आणि sequential logarithms (Gloor et al., 2017) च्या संयोजनाचा वापर करून आकडे तयार केले गेले. ०.१२.२ आणि स्टँटानोटेशन्स v. ०.५.० (हंटर, २००७; वास्कोम, २०२१; चार्लियर एट अल., २०२२). सामान्यीकृत बॅक्टेरिया संख्या वापरून प्रत्येक नमुन्यासाठी बॅसिलस/बॅक्टेरोइडेट्स गुणोत्तर मोजण्यात आले. टेबलमध्ये नोंदवलेली मूल्ये ४ दशांश ठिकाणी पूर्णांकित केली आहेत. क्रॅकेनटूल्स v. १.२ पॅकेज (लू एट अल., २०२२) मध्ये प्रदान केलेल्या alpha_diversity.py स्क्रिप्टचा वापर करून सिम्पसन विविधता निर्देशांक मोजण्यात आला. ब्रॅकेन अहवाल स्क्रिप्टमध्ये प्रदान केला आहे आणि -an पॅरामीटरसाठी सिम्पसन निर्देशांक "Si" प्रदान केला आहे. विपुलतेतील महत्त्वपूर्ण फरक सरासरी CLR फरक ≥ १ किंवा ≤ -१ म्हणून परिभाषित केले गेले. ±१ चा सरासरी CLR फरक नमुना प्रकाराच्या विपुलतेमध्ये २.७ पट वाढ दर्शवितो. चिन्ह (+/-) सूचित करते की पीपीए नमुना आणि नियंत्रण नमुना मध्ये अनुक्रमे टॅक्सॉन अधिक मुबलक आहे की नाही. मान-व्हिटनी यू चाचणी (विर्टानेन एट अल., २०२०) वापरून महत्त्व निश्चित केले गेले. स्टॅट्समॉडेल्स विरुद्ध ०.१४ (बेंजामिनी आणि हॉचबर्ग, १९९५; सीबोल्ड आणि पर्कटोल्ड, २०१०) वापरण्यात आले आणि एकाधिक चाचणीसाठी दुरुस्ती करण्यासाठी बेंजामिनी-होचबर्ग प्रक्रिया लागू करण्यात आली. सांख्यिकीय महत्त्व निश्चित करण्यासाठी थ्रेशोल्ड म्हणून समायोजित पी-मूल्य ≤ ०.०५ वापरले गेले.
मरंगा आणि इतरांनी वर्णन केलेल्या प्रोटोकॉलच्या सुधारित आवृत्तीचा वापर करून जीन अ‍ॅनोटेशन आणि सापेक्ष विपुलतेचा अंदाज घेण्यात आला. (मरंगा आणि इतर, २०२३). प्रथम, SeqKit v. 2.5.1 (शेन आणि इतर, २०१६) वापरून सर्व असेंब्लीमधून ५०० bp पेक्षा कमी असलेले कॉन्टिग काढून टाकण्यात आले. निवडलेल्या असेंब्ली नंतर पॅन-मेटाजेनोममध्ये एकत्र केल्या गेल्या. खालील पॅरामीटर्ससह प्रोडिगल v. 1.0.1 (प्रोडिगल v. 2.6.3 ची समांतर आवृत्ती) वापरून ओपन रीडिंग फ्रेम्स (ORFs) ओळखल्या गेल्या: -d-फ जीएफएफ-आय -O-T 24 -p meta -C 10000 (Hyett et al., 2012; Jaenicke, 2024). परिणामी न्यूक्लियोटाइड फाइल्स नंतर सर्व अपूर्ण जीन्स काढून टाकण्यासाठी Python वापरून फिल्टर केल्या गेल्या. नंतर CD-HIT v. 4.8.1 खालील पॅरामीटर्ससह जीन्स क्लस्टर करण्यासाठी वापरण्यात आले: cd-hit-est -i -O-c ०.९५ -s ०.८५ -aS ०.९ -n १० -d २५६ -M ३५०००० -T २४ -l १०० -g १ (फू एट अल., २०१२). जनुकांची विपुलता आणि भाष्येचा अंदाज घेण्यासाठी व्युत्पन्न नॉन-रिडंडंट जनुक कॅटलॉग वापरण्यात आला. KMA v. १.४.९ (क्लॉसेन एट अल., २०१८) वापरून सापेक्ष जनुकांची विपुलता अंदाजण्यात आली. प्रथम, खालील पॅरामीटर्ससह KMA निर्देशांक वापरून एक अनुक्रमणिका फाइल तयार करा: -i -Oनंतर, बायोइन्फॉरमॅटिक्स पाइपलाइन विभागात वर्णन केल्याप्रमाणे प्रत्येक नमुन्यासाठी सूक्ष्मजीव वाचनांसह तयार केलेल्या निर्देशांकाचा वापर करून, KMA खालील पॅरामीटर्ससह चालवले गेले: -i -O-टी_डीबी-bcNano -bc 0.7 -ef -t 24. त्यानंतर, CLR वापरून जनुक संख्या सामान्यीकृत करण्यात आली आणि साय-किट लर्नचा प्रमुख घटक विश्लेषण (PCA) वर्ग वापरण्यात आला (Pedregosa et al., 2011). eggNOG v. 2.1.12 च्या emapper.py स्क्रिप्ट आणि eggNOG डेटाबेस आवृत्ती 5.0.2 वापरून खालील पॅरामीटर्ससह नॉन-रिडंडंट जनुक कॅटलॉगवर अंदाजित जनुक भाष्य केले गेले: –itype CDS –cpu 24 -i- डेटा कॅटलॉग–go_evidence नॉन-इलेक्ट्रॉनिक – आउटपुट- आउटपुट निर्देशिका–लक्ष्य_ऑर्थोलॉग्स सर्व –सीड_ऑर्थोलॉग_व्हॅल्यू ०.००१ –सीड_ऑर्थोलॉग_स्कोअर ६० –क्वेरी_कव्हर २० –विषय_कव्हर ० –अनुवाद –ओव्हरराइड –टेम्प_डिर(कँटालापीड्रा आणि इतर, २०२१). पुरेसे टेम्पलेट कव्हरेज आणि टेम्पलेट ओळख (≥ ९०%) आणि विपुलता (खोली ≥ ३) असलेले जीन्स निवडण्यासाठी KMA निकालांची तपासणी करण्यात आली. वर वर्णन केल्याप्रमाणे CLR वापरून KMA खोलीचे निकाल बदलण्यात आले. त्यानंतर KMA निकालांची तुलना प्रत्येक जनुकासाठी कॉन्टिग स्रोत वापरून कार्यात्मक भाष्य आणि वर्गीकरण निकालांमधील कॉन्टिग आयडींशी करण्यात आली. टॅक्सा प्रमाणे, जनुकांच्या विपुलतेतील महत्त्वपूर्ण फरकांना सरासरी CLR फरक ≥ १ किंवा ≤ -१ असलेले जीन्स म्हणून परिभाषित केले गेले, ज्यामध्ये अनुक्रमे PPA किंवा नियंत्रण नमुन्यांमध्ये जनुक अधिक मुबलक असल्याचे दर्शविणारे चिन्ह (+/-) होते.
जनुक मार्ग विपुलतेची तुलना करण्यासाठी एग्नोगने नियुक्त केलेल्या क्योटो एन्सायक्लोपीडिया ऑफ जीन्स अँड जीनोम्स (KEGG) ऑर्थोलॉज (KO) आयडेंटिफायर्सनुसार जीन्सचे प्रथम गट केले गेले. विश्लेषणापूर्वी नॉकआउट नसलेले किंवा अनेक नॉकआउट असलेले जीन्स काढून टाकण्यात आले. त्यानंतर प्रति नमुना प्रत्येक KO ची सरासरी विपुलता मोजली गेली आणि सांख्यिकीय विश्लेषण केले गेले. PPA मेटाबोलिझम जीन्सची व्याख्या KEGG_Pathway स्तंभात ko00640 पंक्ती नियुक्त केलेल्या कोणत्याही जीन म्हणून करण्यात आली, जी KEGG नुसार प्रोपियोनेट चयापचयात भूमिका दर्शवते. PPA उत्पादनाशी संबंधित म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या जीन्सची यादी पूरक तक्ता 1 मध्ये दिली आहे (रीचार्ड एट अल., 2014; यांग एट अल., 2017). प्रत्येक नमुना प्रकारात लक्षणीयरीत्या अधिक मुबलक असलेल्या PPA मेटाबोलिझम आणि उत्पादन जीन्स ओळखण्यासाठी क्रमपरिवर्तन चाचण्या केल्या गेल्या. विश्लेषण केलेल्या प्रत्येक जनुकासाठी एक हजार क्रमपरिवर्तन केले गेले. सांख्यिकीय महत्त्व निश्चित करण्यासाठी कटऑफ म्हणून 0.05 चे p-मूल्य वापरले गेले. क्लस्टरमधील प्रतिनिधी जनुकांच्या भाष्यांवर आधारित क्लस्टरमधील वैयक्तिक जनुकांना कार्यात्मक भाष्ये नियुक्त केली गेली. PPA चयापचय आणि/किंवा PPA उत्पादनाशी संबंधित टॅक्सा हे क्रॅकेन2 आउटपुट फायलींमधील कॉन्टिग आयडी जुळवून eggNOG वापरून फंक्शनल भाष्येदरम्यान राखलेल्या समान कॉन्टिग आयडीसह ओळखले जाऊ शकते. पूर्वी वर्णन केलेल्या मान-व्हिटनी U चाचणीचा वापर करून महत्त्व चाचणी केली गेली. बेंजामिनी-होचबर्ग प्रक्रियेचा वापर करून एकाधिक चाचणीसाठी सुधारणा केली गेली. सांख्यिकीय महत्त्व निश्चित करण्यासाठी कटऑफ म्हणून ≤ 0.05 चे p-मूल्य वापरले गेले.
सिम्पसन विविधता निर्देशांक वापरून उंदरांच्या आतड्यातील सूक्ष्मजीवांच्या विविधतेचे मूल्यांकन करण्यात आले. नियंत्रण आणि पीपीए नमुन्यांमध्ये जीनस आणि प्रजातींच्या विविधतेच्या बाबतीत कोणतेही महत्त्वपूर्ण फरक आढळले नाहीत (जीनससाठी पी-मूल्य: 0.18, प्रजातींसाठी पी-मूल्य: 0.16) (आकृती 1). त्यानंतर मुख्य घटक विश्लेषण (पीसीए) वापरून सूक्ष्मजीव रचनांची तुलना करण्यात आली. आकृती 2 त्यांच्या फाइलाद्वारे नमुन्यांचे क्लस्टरिंग दर्शविते, जे दर्शवते की पीपीए आणि नियंत्रण नमुन्यांमधील मायक्रोबायोमच्या प्रजातींच्या रचनेत फरक होता. जीनस पातळीवर हे क्लस्टरिंग कमी स्पष्ट होते, जे सूचित करते की पीपीए विशिष्ट जीवाणूंना प्रभावित करते (पूरक आकृती 1).
आकृती १. उंदरांच्या आतड्यातील सूक्ष्मजीवांच्या प्रजातींची अल्फा विविधता आणि प्रजातींची रचना. PPA आणि नियंत्रण नमुन्यांमध्ये सिम्पसन प्रजाती (A) आणि प्रजाती (B) च्या विविधता निर्देशांक दर्शविणारे बॉक्स प्लॉट. मान-व्हिटनी U चाचणी वापरून महत्त्व निश्चित केले गेले आणि बेंजामिनी-हॉचबर्ग प्रक्रियेचा वापर करून अनेक सुधारणा केल्या गेल्या. ns, p-मूल्य लक्षणीय नव्हते (p>0.05).
आकृती २. प्रजाती पातळीवर उंदरांच्या आतड्यातील सूक्ष्मजीव रचनांच्या मुख्य घटक विश्लेषणाचे निकाल. मुख्य घटक विश्लेषण प्लॉट त्यांच्या पहिल्या दोन मुख्य घटकांमध्ये नमुन्यांचे वितरण दर्शवितो. रंग नमुना प्रकार दर्शवितात: PPA-उद्भवलेले उंदीर जांभळे आहेत आणि नियंत्रण उंदीर पिवळे आहेत. मुख्य घटक १ आणि २ अनुक्रमे x-अक्ष आणि y-अक्षावर प्लॉट केलेले आहेत आणि त्यांच्या स्पष्ट केलेल्या भिन्नता गुणोत्तर म्हणून व्यक्त केले आहेत.
RLE रूपांतरित गणना डेटा वापरून, नियंत्रण आणि PPA उंदरांमध्ये मध्यम बॅक्टेरॉइडेट्स/बॅसिलीच्या प्रमाणात लक्षणीय घट दिसून आली (नियंत्रण: 9.66, PPA: 3.02; p-मूल्य = 0.0011). नियंत्रणांच्या तुलनेत PPA उंदरांमध्ये बॅक्टेरॉइडेट्सच्या जास्त प्रमाणात असल्यामुळे हा फरक होता, जरी फरक लक्षणीय नव्हता (नियंत्रण सरासरी CLR: 5.51, PPA सरासरी CLR: 6.62; p-मूल्य = 0.054), तर बॅक्टेरॉइडेट्सची विपुलता समान होती (नियंत्रण सरासरी CLR: 7.76, PPA सरासरी CLR: 7.60; p-मूल्य = 0.18).
आतड्यातील सूक्ष्मजीवांच्या वर्गीकरण सदस्यांच्या विपुलतेच्या विश्लेषणातून असे दिसून आले की PPA आणि नियंत्रण नमुन्यांमध्ये 1 फिलम आणि 77 प्रजातींमध्ये लक्षणीय फरक होता (पूरक तक्ता 2). PPA नमुन्यांमध्ये 59 प्रजातींची विपुलता नियंत्रण नमुन्यांपेक्षा लक्षणीयरीत्या जास्त होती, तर नियंत्रण नमुन्यांमध्ये फक्त 16 प्रजातींची विपुलता PPA नमुन्यांपेक्षा जास्त होती (आकृती 3).
आकृती ३. पीपीए आणि नियंत्रण उंदरांच्या आतड्यातील सूक्ष्मजीवांमध्ये टॅक्साची विभेदक विपुलता. ज्वालामुखी प्लॉट पीपीए आणि नियंत्रण नमुन्यांमधील वंश (ए) किंवा प्रजाती (बी) च्या विपुलतेमध्ये फरक दर्शवितात. राखाडी ठिपके टॅक्साच्या विपुलतेमध्ये कोणताही महत्त्वपूर्ण फरक दर्शवितात नाही. रंगीत ठिपके विपुलतेमध्ये महत्त्वपूर्ण फरक दर्शवितात (पी-मूल्य ≤ 0.05). नमुना प्रकारांमधील विपुलतेमध्ये सर्वात मोठा फरक असलेले शीर्ष २० टॅक्सा अनुक्रमे लाल आणि हलक्या निळ्या (नियंत्रण आणि पीपीए नमुने) मध्ये दर्शविले आहेत. पिवळे आणि जांभळे ठिपके नियंत्रणांपेक्षा नियंत्रण किंवा पीपीए नमुन्यांमध्ये किमान २.७ पट जास्त मुबलक होते. काळे ठिपके लक्षणीय भिन्न विपुलतेसह टॅक्सा दर्शवितात, ज्याचा सरासरी सीएलआर फरक -१ आणि १ दरम्यान आहे. मान-व्हिटनी यू चाचणी वापरून पी मूल्ये मोजली गेली आणि बेंजामिनी-होचबर्ग प्रक्रियेचा वापर करून एकाधिक चाचणीसाठी दुरुस्त केली गेली. ठळक सरासरी सीएलआर फरक विपुलतेमध्ये महत्त्वपूर्ण फरक दर्शवितात.
आतड्यांतील सूक्ष्मजीव रचनेचे विश्लेषण केल्यानंतर, आम्ही मायक्रोबायोमचे कार्यात्मक भाष्य केले. कमी दर्जाचे जनुके फिल्टर केल्यानंतर, सर्व नमुन्यांमध्ये एकूण ३७८,३५५ अद्वितीय जनुके ओळखली गेली. या जनुकेची रूपांतरित विपुलता मुख्य घटक विश्लेषण (PCA) साठी वापरली गेली आणि परिणामांनी त्यांच्या कार्यात्मक प्रोफाइलवर आधारित नमुना प्रकारांचे उच्च प्रमाणात क्लस्टरिंग दर्शविले (आकृती ४).
आकृती ४. माऊस गट मायक्रोबायोमच्या कार्यात्मक प्रोफाइलचा वापर करून PCA निकाल. PCA प्लॉट त्यांच्या पहिल्या दोन मुख्य घटकांमध्ये नमुन्यांचे वितरण दर्शवितो. रंग नमुना प्रकार दर्शवितात: PPA-उद्भवलेले उंदीर जांभळे आहेत आणि नियंत्रण उंदीर पिवळे आहेत. प्रमुख घटक १ आणि २ अनुक्रमे x-अक्ष आणि y-अक्षावर प्लॉट केलेले आहेत आणि त्यांच्या स्पष्ट केलेल्या भिन्नता गुणोत्तर म्हणून व्यक्त केले आहेत.
पुढे आम्ही वेगवेगळ्या नमुना प्रकारांमध्ये KEGG नॉकआउट्सच्या विपुलतेचे परीक्षण केले. एकूण 3648 अद्वितीय नॉकआउट्स ओळखले गेले, त्यापैकी 196 नियंत्रण नमुन्यांमध्ये लक्षणीयरीत्या अधिक मुबलक होते आणि 106 PPA नमुन्यांमध्ये अधिक मुबलक होते (आकृती 5). नियंत्रण नमुन्यांमध्ये एकूण 145 जनुके आणि PPA नमुन्यांमध्ये 61 जनुके आढळली, ज्यात लक्षणीयरीत्या भिन्न प्रमाणात होते. लिपिड आणि अमिनोशुगर चयापचयशी संबंधित मार्ग PPA नमुन्यांमध्ये लक्षणीयरीत्या अधिक समृद्ध होते (पूरक तक्ता 3). नियंत्रण नमुन्यांमध्ये नायट्रोजन चयापचय आणि सल्फर रिले सिस्टमशी संबंधित मार्ग लक्षणीयरीत्या अधिक समृद्ध होते (पूरक तक्ता 3). PPA नमुन्यांमध्ये अमिनोशुगर/न्यूक्लियोटाइड चयापचय (ko:K21279) आणि इनोसिटॉल फॉस्फेट चयापचय (ko:K07291) शी संबंधित जनुके विपुलता लक्षणीयरीत्या जास्त होती (आकृती 5). नियंत्रण नमुन्यांमध्ये बेंझोएट चयापचय (ko:K22270), नायट्रोजन चयापचय (ko:K00368), आणि ग्लायकोलिसिस/ग्लुकोनियोजेनेसिस (ko:K00131) शी संबंधित लक्षणीयरीत्या अधिक जीन्स होती (आकृती 5).
आकृती ५. PPA आणि नियंत्रण उंदरांच्या आतड्यातील सूक्ष्मजीवांमध्ये KOs ची विभेदक विपुलता. ज्वालामुखी प्लॉट कार्यात्मक गटांच्या (KOs) विपुलतेमधील फरक दर्शवितो. राखाडी ठिपके अशा KO दर्शवितात ज्यांची विपुलता नमुना प्रकारांमध्ये लक्षणीयरीत्या वेगळी नव्हती (p-मूल्य > 0.05). रंगीत ठिपके विपुलतेमध्ये लक्षणीय फरक दर्शवितात (p-मूल्य ≤ 0.05). नमुना प्रकारांमधील विपुलतेमध्ये सर्वात मोठा फरक असलेले २० KO अनुक्रमे नियंत्रण आणि PPA नमुन्यांशी संबंधित लाल आणि हलक्या निळ्या रंगात दर्शविले आहेत. पिवळे आणि जांभळे ठिपके असे KO दर्शवितात जे अनुक्रमे नियंत्रण आणि PPA नमुन्यांमध्ये किमान 2.7 पट जास्त विपुल होते. काळे ठिपके लक्षणीयरीत्या भिन्न विपुलतेसह KO दर्शवितात, ज्यामध्ये -1 आणि 1 दरम्यान सरासरी CLR फरक असतो. मान-व्हिटनी U चाचणी वापरून P मूल्ये मोजली गेली आणि बेंजामिनी-होचबर्ग प्रक्रिया वापरून अनेक तुलनांसाठी समायोजित केली गेली. NaN सूचित करते की KO KEGG मधील मार्गाशी संबंधित नाही. ठळक सरासरी CLR फरक मूल्ये विपुलतेमध्ये लक्षणीय फरक दर्शवतात. सूचीबद्ध KO कोणत्या मार्गांशी संबंधित आहेत याबद्दल तपशीलवार माहितीसाठी, पूरक तक्ता 3 पहा.
भाष्य केलेल्या जनुकांपैकी, १६०१ जनुकांमध्ये नमुना प्रकारांमध्ये लक्षणीयरीत्या भिन्न प्रमाणात विपुलता होती (p ≤ ०.०५), प्रत्येक जनुक किमान २.७ पट जास्त मुबलक होता. या जनुकांपैकी, नियंत्रण नमुन्यांमध्ये ४ जनुके अधिक मुबलक होती आणि १५९७ जनुके PPA नमुन्यांमध्ये अधिक मुबलक होती. PPA मध्ये प्रतिजैविक गुणधर्म असल्याने, आम्ही नमुना प्रकारांमधील PPA चयापचय आणि उत्पादन जनुकांची विपुलता तपासली. १३३२ PPA चयापचय-संबंधित जनुकांपैकी, २७ जनुके नियंत्रण नमुन्यांमध्ये लक्षणीयरीत्या अधिक मुबलक होती आणि १२ जनुके PPA नमुन्यांमध्ये अधिक मुबलक होती. २२३ PPA उत्पादन-संबंधित जनुकांपैकी, १ जनुके PPA नमुन्यांमध्ये लक्षणीयरीत्या अधिक मुबलक होती. आकृती ६A पुढे PPA चयापचयात सहभागी असलेल्या जनुकांची उच्च विपुलता दर्शवते, नियंत्रण नमुन्यांमध्ये लक्षणीयरीत्या जास्त विपुलता आणि मोठ्या प्रभाव आकारांसह, तर आकृती ६B PPA नमुन्यांमध्ये लक्षणीयरीत्या जास्त विपुलता असलेल्या वैयक्तिक जनुके हायलाइट करते.
आकृती ६. उंदरांच्या आतड्यातील मायक्रोबायोममध्ये PPA-संबंधित जनुकांची विभेदक विपुलता. ज्वालामुखी प्लॉट PPA चयापचय (A) आणि PPA उत्पादन (B) शी संबंधित जनुकांच्या विपुलतेतील फरक दर्शवितात. राखाडी ठिपके अशा जनुकांना दर्शवितात ज्यांची विपुलता नमुना प्रकारांमध्ये (p-मूल्य > 0.05) लक्षणीयरीत्या वेगळी नव्हती. रंगीत ठिपके विपुलतेमध्ये लक्षणीय फरक दर्शवितात (p-मूल्य ≤ 0.05). विपुलतेमध्ये सर्वात मोठा फरक असलेले २० जनुके अनुक्रमे लाल आणि हलक्या निळ्या (नियंत्रण आणि PPA नमुने) मध्ये दर्शविले आहेत. पिवळ्या आणि जांभळ्या ठिपक्यांची विपुलता नियंत्रण नमुन्यांपेक्षा नियंत्रण आणि PPA नमुन्यांमध्ये किमान 2.7 पट जास्त होती. काळे ठिपके लक्षणीयरीत्या भिन्न विपुलतेसह जनुके दर्शवितात, ज्यामध्ये -1 आणि 1 दरम्यान सरासरी CLR फरक असतो. मान-व्हिटनी U चाचणी वापरून P मूल्ये मोजली गेली आणि बेंजामिनी-होचबर्ग प्रक्रियेचा वापर करून अनेक तुलनांसाठी दुरुस्त केली गेली. नॉन-रिडंडंट जनुक कॅटलॉगमधील प्रतिनिधी जनुकांशी जीन्स जुळतात. जनुकांच्या नावांमध्ये KO जनुक दर्शविणारे KEGG चिन्ह असते. ठळक सरासरी CLR फरक लक्षणीयरीत्या भिन्न विपुलता दर्शवितात. डॅश (-) दर्शवितो की KEGG डेटाबेसमध्ये जनुकासाठी कोणतेही चिन्ह नाही.
पीपीए चयापचय आणि/किंवा उत्पादनाशी संबंधित जीन्स असलेले टॅक्सा हे जनुकाच्या कॉन्टिग आयडीशी कॉन्टिगच्या वर्गीकरण ओळखीशी जुळवून ओळखले गेले. जीनस पातळीवर, १३० प्रजातींमध्ये पीपीए चयापचयशी संबंधित जीन्स आढळून आल्या आणि ६१ प्रजातींमध्ये पीपीए उत्पादनाशी संबंधित जीन्स आढळून आल्या (पूरक तक्ता ४). तथापि, कोणत्याही प्रजातीमध्ये विपुलतेमध्ये लक्षणीय फरक दिसून आला नाही (p > ०.०५).
प्रजाती पातळीवर, १४४ जीवाणू प्रजातींमध्ये पीपीए चयापचयशी संबंधित जीन्स आढळून आल्या आणि ६८ जीवाणू प्रजातींमध्ये पीपीए उत्पादनाशी संबंधित जीन्स आढळून आल्या (पूरक तक्ता ५). पीपीए चयापचयकर्त्यांपैकी, आठ जीवाणूंनी नमुना प्रकारांमध्ये विपुलतेत लक्षणीय वाढ दर्शविली आणि सर्वांनी परिणामात लक्षणीय बदल दर्शविले (पूरक तक्ता ६). विपुलतेत लक्षणीय फरक असलेले सर्व ओळखले जाणारे पीपीए चयापचयकर्त्यांपैकी पीपीए नमुन्यांमध्ये अधिक मुबलक होते. प्रजाती-स्तरीय वर्गीकरणात असे प्रतिनिधी आढळून आले जे नमुना प्रकारांमध्ये लक्षणीय फरक करत नव्हते, ज्यात अनेक बॅक्टेरॉइड्स आणि रुमिनोकोकस प्रजाती, तसेच डन्कानिया ड्युबोइस, मायक्सोबॅक्टेरियम एन्टरिका, मोनोकोकस पेक्टिनोलिटिकस आणि अल्कॅलिजेन्स पॉलीमॉर्फा यांचा समावेश आहे. पीपीए-उत्पादक जीवाणूंमध्ये, चार जीवाणूंनी नमुना प्रकारांमध्ये विपुलतेत लक्षणीय फरक दर्शविला. विपुलतेत लक्षणीय फरक असलेल्या प्रजातींमध्ये बॅक्टेरॉइड्स नोव्होरोसी, डन्कानिया ड्युबोइस, मायक्सोबॅक्टेरियम एन्टरिटिडिस आणि रुमिनोकोकस बोविस यांचा समावेश होता.
या अभ्यासात, आम्ही उंदरांच्या आतड्यांतील मायक्रोबायोटावर पीपीएच्या संपर्काचे परिणाम तपासले. पीपीए जीवाणूंमध्ये वेगवेगळ्या प्रतिक्रिया निर्माण करू शकते कारण ते विशिष्ट प्रजातींद्वारे तयार केले जाते, इतर प्रजाती अन्न स्रोत म्हणून वापरतात किंवा त्याचे प्रतिजैविक प्रभाव असतात. म्हणून, आहारातील पूरकतेद्वारे आतड्यांतील वातावरणात त्याचा समावेश केल्याने सहनशीलता, संवेदनशीलता आणि पोषक स्रोत म्हणून वापरण्याची क्षमता यावर अवलंबून वेगवेगळे परिणाम होऊ शकतात. संवेदनशील जीवाणू प्रजाती काढून टाकल्या जाऊ शकतात आणि त्याऐवजी पीपीएला अधिक प्रतिरोधक असलेल्या किंवा अन्न स्रोत म्हणून वापरण्यास सक्षम असलेल्या प्रजाती बदलू शकतात, ज्यामुळे आतड्यांतील मायक्रोबायोटाच्या रचनेत बदल होऊ शकतात. आमच्या निकालांनी सूक्ष्मजीव रचनेत लक्षणीय फरक दिसून आला परंतु एकूण सूक्ष्मजीव विविधतेवर कोणताही परिणाम झाला नाही. प्रजाती पातळीवर सर्वात मोठे परिणाम दिसून आले, पीपीए आणि नियंत्रण नमुन्यांमध्ये ७० पेक्षा जास्त टॅक्सा लक्षणीयरीत्या भिन्न आहेत (पूरक तक्ता २). पीपीए-एक्सपोज नमुन्यांच्या रचनेच्या पुढील मूल्यांकनातून उघड न झालेल्या नमुन्यांच्या तुलनेत सूक्ष्मजीव प्रजातींची जास्त विषमता दिसून आली, असे सूचित करते की पीपीए बॅक्टेरियाच्या वाढीची वैशिष्ट्ये वाढवू शकते आणि पीपीए-समृद्ध वातावरणात टिकू शकणाऱ्या बॅक्टेरियांची संख्या मर्यादित करू शकते. अशाप्रकारे, पीपीए आतड्यांतील मायक्रोबायोटा विविधतेमध्ये व्यापक व्यत्यय आणण्याऐवजी निवडकपणे बदल घडवून आणू शकते.
पीपीए सारख्या अन्न संरक्षकांमुळे आतड्यांतील सूक्ष्मजीव घटकांची विपुलता बदलते हे पूर्वी दिसून आले आहे, परंतु एकूण विविधतेवर परिणाम होत नाही (नागपाल एट अल., २०२१). येथे, आम्ही बॅक्टेरॉइडेट्स (पूर्वी बॅक्टेरॉइडेट्स म्हणून ओळखले जाणारे) या फायलममधील बॅक्टेरॉइडेट्स प्रजातींमधील सर्वात उल्लेखनीय फरक पाहिले, जे पीपीए-एक्सपोज झालेल्या उंदरांमध्ये लक्षणीयरीत्या समृद्ध होते. बॅक्टेरॉइडेट्स प्रजातींची वाढलेली विपुलता श्लेष्माच्या वाढत्या क्षयशी संबंधित आहे, ज्यामुळे संसर्गाचा धोका वाढू शकतो आणि जळजळ वाढू शकते (कॉर्निक एट अल., २०१५; देसाई एट अल., २०१६; पेन्झोल एट अल., २०१९). एका अभ्यासात असे आढळून आले की बॅक्टेरॉइडेट्स फ्रॅजिलिसने उपचार घेतलेल्या नवजात नर उंदरांनी ऑटिझम स्पेक्ट्रम डिसऑर्डर (एएसडी) ची आठवण करून देणारे सामाजिक वर्तन प्रदर्शित केले (कार्मेल एट अल., २०२३), आणि इतर अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की बॅक्टेरॉइडेट्स प्रजाती रोगप्रतिकारक क्रियाकलाप बदलू शकतात आणि ऑटोइम्यून इन्फ्लेमेटरी कार्डिओमायोपॅथी (गिल-क्रूझ एट अल., २०१९) होऊ शकतात. पीपीएच्या संपर्कात आलेल्या उंदरांमध्ये रुमिनोकोकस, प्रीव्होटेला आणि पॅराबॅक्टेरॉइड्स या प्रजातींमध्ये लक्षणीय वाढ झाली (कोरेट्टी एट अल., २०१८). काही रुमिनोकोकस प्रजाती प्रोइन्फ्लेमेटरी सायटोकिन्सच्या उत्पादनाद्वारे क्रोहन रोगासारख्या आजारांशी संबंधित आहेत (हेन्के एट अल., २०१९), तर प्रीव्होटेला ह्युमनी सारख्या प्रीव्होटेला प्रजाती उच्च रक्तदाब आणि इन्सुलिन संवेदनशीलता (पेडरसेन एट अल., २०१६; ली एट अल., २०१७) सारख्या चयापचय रोगांशी संबंधित आहेत. शेवटी, आम्हाला आढळले की बॅक्टेरॉइडेट्स (पूर्वी फर्मिक्युट्स म्हणून ओळखले जाणारे) आणि बॅक्टेरॉइडेट्सचे प्रमाण पीपीएच्या संपर्कात आलेल्या उंदरांमध्ये नियंत्रण उंदरांपेक्षा लक्षणीयरीत्या कमी होते कारण बॅक्टेरॉइडेट्स प्रजातींची एकूण विपुलता जास्त होती. हे प्रमाण पूर्वी आतड्यांसंबंधी होमिओस्टॅसिसचे एक महत्त्वाचे सूचक असल्याचे दर्शविले गेले आहे आणि या प्रमाणातील अडथळे विविध रोग स्थितींशी संबंधित आहेत (टर्पिन एट अल., २०१६; ताकेझावा एट अल., २०२१; एन एट अल., २०२३), ज्यात दाहक आतड्यांचे रोग (स्टोजानोव्ह एट अल., २०२०) यांचा समावेश आहे. एकत्रितपणे, बॅक्टेरॉइडेट्स फायलमच्या प्रजाती वाढलेल्या आहारातील पीपीएमुळे सर्वात जास्त प्रभावित होतात असे दिसून येते. हे पीपीएला जास्त सहनशीलता किंवा पीपीएचा ऊर्जा स्रोत म्हणून वापर करण्याची क्षमता यामुळे असू शकते, जे किमान एका प्रजातीसाठी खरे असल्याचे दिसून आले आहे, हॉयलेसेला एनोसिया (हिच एट अल., २०२२). पर्यायीरित्या, मातृ पीपीएच्या संपर्कामुळे उंदरांच्या संततीच्या आतड्याला बॅक्टेरॉइडेट्स वसाहतवादासाठी अधिक संवेदनशील बनवून गर्भाच्या विकासात वाढ होऊ शकते; तथापि, आमच्या अभ्यासाच्या डिझाइनने अशा मूल्यांकनास परवानगी दिली नाही.
मेटाजेनोमिक कंटेंट मूल्यांकनातून पीपीए चयापचय आणि उत्पादनाशी संबंधित जनुकांच्या विपुलतेमध्ये लक्षणीय फरक दिसून आला, पीपीए-एक्सपोज्ड उंदरांमध्ये पीपीए उत्पादनासाठी जबाबदार जनुकांची संख्या जास्त होती, तर पीपीए-एक्सपोज्ड न झालेल्या उंदरांमध्ये पीपीए चयापचयसाठी जबाबदार जनुकांची संख्या जास्त होती (आकृती 6). हे निकाल सूचित करतात की सूक्ष्मजीव रचनेवर पीपीएचा परिणाम केवळ त्याच्या वापरामुळे असू शकत नाही, अन्यथा पीपीए चयापचयशी संबंधित जनुकांच्या विपुलतेमुळे पीपीए-एक्सपोज्ड उंदरांच्या आतड्यातील मायक्रोबायोममध्ये जास्त प्रमाणात दिसून आले पाहिजे. एक स्पष्टीकरण असे आहे की पीपीए प्रामुख्याने त्याच्या प्रतिजैविक प्रभावांद्वारे बॅक्टेरियाच्या विपुलतेचे मध्यस्थी करते, पोषक तत्व म्हणून बॅक्टेरियाचा वापर करण्याऐवजी. मागील अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की पीपीए डोस-आश्रित पद्धतीने साल्मोनेला टायफिमुरियमची वाढ रोखते (जेकबसन एट अल., 2018). पीपीएच्या उच्च सांद्रतेच्या संपर्कात आल्याने असे बॅक्टेरिया निवडू शकतात जे त्याच्या प्रतिजैविक गुणधर्मांना प्रतिरोधक असतात आणि ते चयापचय किंवा उत्पादन करण्यास सक्षम नसतात. उदाहरणार्थ, अनेक पॅराबॅक्टेरॉइड प्रजातींनी पीपीए नमुन्यांमध्ये लक्षणीयरीत्या जास्त प्रमाणात प्रमाण दाखवले, परंतु पीपीए चयापचय किंवा उत्पादनाशी संबंधित कोणतेही जीन्स आढळले नाहीत (पूरक तक्ते २, ४ आणि ५). शिवाय, किण्वन उप-उत्पादन म्हणून पीपीए उत्पादन विविध जीवाणूंमध्ये मोठ्या प्रमाणात वितरित केले जाते (गोंझालेझ-गार्सिया एट अल., २०१७). नियंत्रण नमुन्यांमध्ये पीपीए चयापचयशी संबंधित जीन्सच्या उच्च प्रचुरतेचे कारण उच्च जिवाणू विविधता असू शकते (अवेरिना एट अल., २०२०). शिवाय, १३३२ जनुकांपैकी फक्त २७ (२.१४%) पीपीए चयापचयशी संबंधित जीन्स असल्याचे भाकित केले गेले होते. पीपीए चयापचयशी संबंधित अनेक जीन्स इतर चयापचय मार्गांमध्ये देखील गुंतलेली आहेत. हे पुढे दर्शवते की नियंत्रण नमुन्यांमध्ये पीपीए चयापचयात सहभागी असलेल्या जीन्सची विपुलता जास्त होती; ही जीन्स अशा मार्गांमध्ये कार्य करू शकतात ज्यांचा परिणाम पीपीए वापर किंवा उप-उत्पादन म्हणून निर्मिती होत नाही. या प्रकरणात, पीपीए निर्मितीशी संबंधित फक्त एका जनुकाने नमुना प्रकारांमधील विपुलतेमध्ये लक्षणीय फरक दर्शविला. पीपीए चयापचयशी संबंधित जनुकांच्या विपरीत, पीपीए उत्पादनासाठी मार्कर जीन्स निवडले गेले कारण ते पीपीए उत्पादनासाठी बॅक्टेरियाच्या मार्गात थेट सहभागी असतात. पीपीए-एक्सपोज झालेल्या उंदरांमध्ये, सर्व प्रजातींमध्ये पीपीए तयार करण्याची विपुलता आणि क्षमता लक्षणीयरीत्या वाढलेली आढळली. हे पीपीए पीपीए उत्पादक निवडतील या भाकिताचे समर्थन करते आणि म्हणूनच पीपीए उत्पादन क्षमता वाढेल असा अंदाज आहे. तथापि, जीन विपुलता जीन अभिव्यक्तीशी संबंधित असणे आवश्यक नाही; अशा प्रकारे, नियंत्रण नमुन्यांमध्ये पीपीए चयापचयशी संबंधित जनुकांची विपुलता जास्त असली तरी, अभिव्यक्ती दर भिन्न असू शकतो (शी एट अल., २०१४). पीपीए-उत्पादक जनुकांच्या प्रसार आणि पीपीए उत्पादन यांच्यातील संबंधांची पुष्टी करण्यासाठी, पीपीए उत्पादनात सामील असलेल्या जनुकांच्या अभिव्यक्तीचा अभ्यास आवश्यक आहे.
पीपीए आणि नियंत्रण मेटाजेनोम्सच्या कार्यात्मक भाष्याने काही फरक उघड केले. जनुक सामग्रीच्या पीसीए विश्लेषणातून पीपीए आणि नियंत्रण नमुन्यांमधील स्वतंत्र क्लस्टर उघड झाले (आकृती 5). अंतर्गत-नमुना क्लस्टरिंगमध्ये असे दिसून आले की नियंत्रण जनुक सामग्री अधिक वैविध्यपूर्ण होती, तर पीपीए नमुने एकत्र क्लस्टर होते. जनुक सामग्रीनुसार क्लस्टरिंग प्रजातींच्या रचनेनुसार क्लस्टरिंगशी तुलनात्मक होते. अशा प्रकारे, मार्ग विपुलतेतील फरक विशिष्ट प्रजाती आणि त्यांच्यामधील प्रजातींच्या विपुलतेतील बदलांशी सुसंगत आहे. पीपीए नमुन्यांमध्ये, लक्षणीयरीत्या जास्त प्रमाणात असलेले दोन मार्ग अमिनोशुगर/न्यूक्लियोटाइड साखर चयापचय (ko:K21279) आणि एकाधिक लिपिड चयापचय मार्गांशी संबंधित होते (ko:K00647, ko:K03801; पूरक तक्ता 3). ko:K21279 शी संबंधित जीन्स बॅक्टेरॉइड्स वंशाशी संबंधित असल्याचे ज्ञात आहे, जे पीपीए नमुन्यांमध्ये प्रजातींची संख्या लक्षणीयरीत्या जास्त असलेल्या वंशांपैकी एक आहे. हे एंझाइम कॅप्सुलर पॉलिसेकेराइड्स व्यक्त करून रोगप्रतिकारक प्रतिसाद टाळू शकते (वांग एट अल., 2008). हे PPA-उद्भवलेल्या उंदरांमध्ये आढळलेल्या बॅक्टेरॉइडेट्सच्या वाढीचे कारण असू शकते. हे PPA मायक्रोबायोममध्ये आढळलेल्या वाढीव फॅटी अॅसिड संश्लेषणाला पूरक आहे. बॅक्टेरिया फॅटी अॅसिड तयार करण्यासाठी FASIIko:K00647 (fabB) मार्गाचा वापर करतात, जे यजमान चयापचय मार्गांवर प्रभाव टाकू शकतात (Yao and Rock, 2015; Johnson et al., 2020), आणि लिपिड चयापचयातील बदल न्यूरोडेव्हलपमेंटमध्ये भूमिका बजावू शकतात (Yu et al., 2020). PPA नमुन्यांमध्ये वाढलेली विपुलता दर्शविणारा आणखी एक मार्ग म्हणजे स्टिरॉइड हार्मोन बायोसिंथेसिस (ko:K12343). आतड्यांतील मायक्रोबायोटाच्या हार्मोन पातळीवर प्रभाव पाडण्याची आणि हार्मोन्सद्वारे प्रभावित होण्याची क्षमता यांच्यात एक उलट संबंध असल्याचे वाढत्या प्रमाणात पुरावे आहेत, जसे की वाढलेल्या स्टिरॉइड पातळीमुळे डाउनस्ट्रीम आरोग्य परिणाम होऊ शकतात (Tetel et al., 2018).
या अभ्यासात मर्यादा आणि विचार नाहीत. एक महत्त्वाचा फरक म्हणजे आम्ही प्राण्यांचे शारीरिक मूल्यांकन केले नाही. म्हणून, मायक्रोबायोममधील बदल कोणत्याही रोगाशी संबंधित आहेत की नाही हे थेट निष्कर्ष काढणे शक्य नाही. आणखी एक विचार म्हणजे या अभ्यासातील उंदरांना त्यांच्या मातांप्रमाणेच आहार देण्यात आला होता. भविष्यातील अभ्यास हे ठरवू शकतात की पीपीए-समृद्ध आहारातून पीपीए-मुक्त आहारात स्विच केल्याने मायक्रोबायोमवरील त्याचे परिणाम सुधारतात की नाही. आमच्या अभ्यासाची एक मर्यादा, इतर अनेकांप्रमाणे, मर्यादित नमुना आकार आहे. जरी वैध निष्कर्ष काढले जाऊ शकतात, परंतु निकालांचे विश्लेषण करताना मोठा नमुना आकार अधिक सांख्यिकीय शक्ती प्रदान करेल. आतड्याच्या मायक्रोबायोममधील बदल आणि कोणत्याही रोगांमधील संबंधांबद्दल निष्कर्ष काढण्याबाबत आम्ही सावध आहोत (याप एट अल., २०२१). वय, लिंग आणि आहार यासह गोंधळात टाकणारे घटक सूक्ष्मजीवांच्या रचनेवर लक्षणीय परिणाम करू शकतात. हे घटक आतड्याच्या मायक्रोबायोमच्या जटिल रोगांशी संबंधांबद्दल साहित्यात आढळलेल्या विसंगती स्पष्ट करू शकतात (जॉन्सन एट अल., २०१९; लागोड आणि नासेर, २०२३). उदाहरणार्थ, बॅक्टेरॉइडेट्स या वंशाच्या सदस्यांना ASD असलेल्या प्राण्यांमध्ये आणि मानवांमध्ये वाढलेले किंवा कमी झालेले दिसून आले आहे (अँजेलिस एट अल., २०१३; कुशक एट अल., २०१७). त्याचप्रमाणे, दाहक आतड्यांसंबंधी आजार असलेल्या रुग्णांमध्ये आतड्याच्या रचनेच्या अभ्यासात एकाच टॅक्सामध्ये वाढ आणि घट दोन्ही आढळून आले आहे (वॉल्टर एट अल., २०१४; फोर्ब्स एट अल., २०१८; उपाध्याय एट अल., २०२३). लिंगभेदाचा प्रभाव मर्यादित करण्यासाठी, आम्ही लिंगांचे समान प्रतिनिधित्व सुनिश्चित करण्याचा प्रयत्न केला जेणेकरून फरक बहुधा आहाराद्वारे चालवला जाईल. कार्यात्मक भाष्यातील एक आव्हान म्हणजे अनावश्यक जीन अनुक्रम काढून टाकणे. आमच्या जीन क्लस्टरिंग पद्धतीमध्ये ९५% अनुक्रम ओळख आणि ८५% लांबी समानता तसेच खोटे क्लस्टरिंग दूर करण्यासाठी ९०% संरेखन कव्हरेज आवश्यक आहे. तथापि, काही प्रकरणांमध्ये, आम्ही समान भाष्यांसह COGs पाहिले (उदा., MUT) (आकृती ६). हे ऑर्थोलॉग वेगळे आहेत का, विशिष्ट वंशाशी संबंधित आहेत का किंवा ही जीन क्लस्टरिंग दृष्टिकोनाची मर्यादा आहे का हे निश्चित करण्यासाठी पुढील अभ्यास आवश्यक आहेत. कार्यात्मक भाष्याची आणखी एक मर्यादा म्हणजे संभाव्य चुकीचे वर्गीकरण; बॅक्टेरियल जीन mmdA हे प्रोपियोनेट संश्लेषणात सामील असलेले एक ज्ञात एंजाइम आहे, परंतु KEGG ते प्रोपियोनेट चयापचय मार्गाशी जोडत नाही. याउलट, scpB आणि mmcD ऑर्थोलॉग संबंधित आहेत. नियुक्त नॉकआउटशिवाय मोठ्या संख्येने जनुकांमुळे जनुक विपुलतेचे मूल्यांकन करताना PPA-संबंधित जनुके ओळखण्यास असमर्थता येऊ शकते. भविष्यातील अभ्यासांना मेटाट्रान्सक्रिप्टोम विश्लेषणाचा फायदा होईल, जे आतड्याच्या मायक्रोबायोटाच्या कार्यात्मक वैशिष्ट्यांची सखोल समज प्रदान करू शकते आणि जनुक अभिव्यक्तीला संभाव्य डाउनस्ट्रीम प्रभावांशी जोडू शकते. विशिष्ट न्यूरोडेव्हलपमेंटल विकार किंवा दाहक आतड्यांसंबंधी रोगांशी संबंधित अभ्यासांसाठी, मायक्रोबायोम रचनेतील बदलांना या विकारांशी जोडण्यासाठी प्राण्यांचे शारीरिक आणि वर्तणुकीय मूल्यांकन आवश्यक आहे. आतड्याच्या मायक्रोबायोमला जंतू-मुक्त उंदरांमध्ये प्रत्यारोपण करण्याचे अतिरिक्त अभ्यास देखील मायक्रोबायोम रोगाचा चालक किंवा वैशिष्ट्यपूर्ण आहे की नाही हे निर्धारित करण्यासाठी उपयुक्त ठरतील.
थोडक्यात, आम्ही दाखवून दिले की आहारातील पीपीए आतड्याच्या मायक्रोबायोटाच्या रचनेत बदल घडवून आणणारा घटक म्हणून काम करतो. पीपीए हे एफडीए-मंजूर संरक्षक आहे जे विविध अन्नपदार्थांमध्ये मोठ्या प्रमाणात आढळते, जे दीर्घकाळ संपर्कात राहिल्यास, सामान्य आतड्याच्या वनस्पतींमध्ये व्यत्यय आणू शकते. आम्हाला अनेक जीवाणूंच्या विपुलतेमध्ये बदल आढळले, जे सूचित करतात की पीपीए आतड्याच्या मायक्रोबायोटाच्या रचनेवर परिणाम करू शकते. मायक्रोबायोटामधील बदलांमुळे काही चयापचय मार्गांच्या पातळीत बदल होऊ शकतात, ज्यामुळे यजमानांच्या आरोग्याशी संबंधित शारीरिक बदल होऊ शकतात. सूक्ष्मजीवांच्या रचनेवर आहारातील पीपीएचा परिणाम डिस्बिओसिस किंवा इतर रोगांना कारणीभूत ठरू शकतो का हे निर्धारित करण्यासाठी पुढील अभ्यास आवश्यक आहेत. आतड्याच्या रचनेवर पीपीएचा परिणाम मानवी आरोग्यावर कसा परिणाम करू शकतो यावर भविष्यातील अभ्यासांसाठी हा अभ्यास पाया घालतो.
या अभ्यासात सादर केलेले डेटासेट ऑनलाइन रिपॉझिटरीजमध्ये उपलब्ध आहेत. रिपॉझिटरी नाव आणि अॅक्सेसियन क्रमांक आहेत: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/, PRJNA1092431.
या प्राण्यांच्या अभ्यासाला सेंट्रल फ्लोरिडा विद्यापीठाच्या संस्थात्मक प्राणी काळजी आणि वापर समिती (UCF-IACUC) (प्राणी वापर परवाना क्रमांक: PROTO202000002) ने मान्यता दिली आहे. हा अभ्यास स्थानिक कायदे, नियम आणि संस्थात्मक आवश्यकतांचे पालन करतो.
एनजी: संकल्पनात्मकीकरण, डेटा क्युरेशन, औपचारिक विश्लेषण, तपास, पद्धत, सॉफ्टवेअर, व्हिज्युअलायझेशन, लेखन (मूळ मसुदा), लेखन (समीक्षा आणि संपादन). एलए: संकल्पनात्मकीकरण, डेटा क्युरेशन, पद्धत, संसाधने, लेखन (समीक्षा आणि संपादन). एसएच: औपचारिक विश्लेषण, सॉफ्टवेअर, लेखन (समीक्षा आणि संपादन). एसए: चौकशी, लेखन (समीक्षा आणि संपादन). मुख्य न्यायाधीश: चौकशी, लेखन (समीक्षा आणि संपादन). एसएन: संकल्पनात्मकीकरण, प्रकल्प प्रशासन, संसाधने, पर्यवेक्षण, लेखन (समीक्षा आणि संपादन). टीए: संकल्पनात्मकीकरण, प्रकल्प प्रशासन, पर्यवेक्षण, लेखन (समीक्षा आणि संपादन).
लेखकांनी घोषित केले की त्यांना या लेखाच्या संशोधन, लेखन आणि/किंवा प्रकाशनासाठी कोणतेही आर्थिक सहाय्य मिळालेले नाही.
लेखकांनी असे घोषित केले आहे की हे संशोधन कोणत्याही व्यावसायिक किंवा आर्थिक संबंधांच्या अनुपस्थितीत केले गेले होते ज्याचा अर्थ हितसंबंधांचा संभाव्य संघर्ष म्हणून लावता येईल. लागू नाही.
या लेखात व्यक्त केलेली सर्व मते केवळ लेखकांची आहेत आणि ती त्यांच्या संस्था, प्रकाशक, संपादक किंवा पुनरावलोकनकर्त्यांचे विचार प्रतिबिंबित करत नाहीत. या लेखात मूल्यांकन केलेली कोणतीही उत्पादने किंवा त्यांच्या उत्पादकांनी केलेले कोणतेही दावे प्रकाशकाद्वारे हमी किंवा मान्यताप्राप्त नाहीत.
या लेखासाठी पूरक साहित्य ऑनलाइन मिळू शकते: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frmbi.2024.1451735/full#supplementary-material
अब्देली एलएस, समसम ए, नासेर एसए (२०१९). ऑटिझम स्पेक्ट्रम विकारांमध्ये पीटीईएन/एकेटी मार्गाचे नियमन करून प्रोपियोनिक अॅसिड ग्लिओसिस आणि न्यूरोइन्फ्लेमेशनला प्रेरित करते. वैज्ञानिक अहवाल ९, ८८२४–८८२४. doi: १०.१०३८/s४१५९८-०१९-४५३४८-z
एचिसन, जे. (१९८२). रचनात्मक डेटाचे सांख्यिकीय विश्लेषण. जेआर स्टॅट सॉक सेर बी मेथोडॉल. ४४, १३९–१६०. डोई: १०.११११/जे.२५१७-६१६१.१९८२.tb०११९५.x
आहन जे, क्वॉन एच, किम वायजे (२०२३). स्तनाच्या कर्करोगासाठी फर्मिक्युट्स/बॅक्टेरॉईडेट्स गुणोत्तर हा एक जोखीम घटक आहे. जर्नल ऑफ क्लिनिकल मेडिसिन, १२, २२१६. doi: १०.३३९०/jcm१२०६२२१६
अँडर्स एस., ह्युबर डब्ल्यू. (२०१०). अनुक्रम गणना डेटाचे विभेदक अभिव्यक्ती विश्लेषण. नॅट मागील १-१, १-१०. doi: १०.१०३८/npre.२०१०.४२८२.१
अँजेलिस, एमडी, पिकोलो, एम., व्हॅनिनी, एल., सिरागुसा, एस., गियाकोमो, एडी, सेराझानेट्टी, डीआय, इत्यादी. (२०१३). ऑटिझम आणि व्यापक विकासात्मक विकार असलेल्या मुलांमध्ये मल मायक्रोबायोटा आणि चयापचय अन्यथा निर्दिष्ट केलेला नाही. प्लॉस वन ८, ई७६९९३. डोई: १०.१३७१/जर्नल.पोन.००७६९९३
एव्हरिना ओव्ही, कोव्हटुन एएस, पॉलीकोवा एसआय, सॅविलोवा एएम, रेब्रिकोव्ह डीव्ही, डॅनिलेंको व्हीएन (२०२०). ऑटिझम स्पेक्ट्रम विकार असलेल्या लहान मुलांमध्ये आतड्यांसंबंधी मायक्रोबायोटाची बॅक्टेरियल न्यूरोमेटाबॉलिक वैशिष्ट्ये. जर्नल ऑफ मेडिकल मायक्रोबायोलॉजी ६९, ५५८–५७१. डोई: १०.१०९९/जेएमएम.०.००११७८
बाक्वेरो एफ., नोम्बेला के. (२०१२). मानवी अवयव म्हणून सूक्ष्मजीव. क्लिनिकल मायक्रोबायोलॉजी आणि संसर्ग १८, २–४. doi: १०.११११/j.१४६९-०६९१.२०१२.०३९१६.x
बौर टी., ड्युरे पी. (२०२३). प्रोपियोनिक आम्ल-उत्पादक जीवाणूंच्या शरीरविज्ञानातील नवीन अंतर्दृष्टी: अ‍ॅनारोटिग्नम प्रोपियोनिकम आणि अ‍ॅनारोटिग्नम निओप्रोपियोनिकम (पूर्वी क्लोस्ट्रिडियम प्रोपियोनिकम आणि क्लोस्ट्रिडियम निओप्रोपियोनिकम). सूक्ष्मजीव ११, ६८५. doi: १०.३३९०/सूक्ष्मजीव ११०३०६८५
Bazer FW, Spencer TE, Wu G, Cudd TA, Meininger SJ (2004). माता पोषण आणि गर्भाचा विकास. जे न्यूटर. १३४, २१६९–२१७२. doi: 10.1093/jn/134.9.2169
बेंजामिनी, वाय., आणि हॉचबर्ग, जे. (१९९५). खोटे-सकारात्मक दर नियंत्रित करणे: एकाधिक चाचणीसाठी एक व्यावहारिक आणि कार्यक्षम दृष्टिकोन. जेआर स्टेट सॉक सेर बी मेथोडॉल. ५७, २८९–३००. डोई: १०.११११/जे.२५१७-६१६१.१९९५.tb०२०३१.x