Exploring the effects of bacterial infection and antibiotic or faecal microbiota transplantation treatments on the mouse gut microbiome

Význam tématu

Studium vlivu infekce Clostridioides difficile na střevní mikrobiom a jeho následné modifikace pomocí antibiotika metronidazolu nebo fekální transplantace (FMT) odhaluje klíčové metabolické změny spojené s imunitní odpovědí a homeostázou hostitele. Tyto poznatky jsou zásadní pro vývoj efektivních léčebných strategií, minimalizaci nežádoucích účinků antibiotik a optimalizaci terapeutického využití FMT.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo porovnat metabolické profily myší napadených CDI v nešetřené podobě, po léčbě metronidazolem nebo FMT a ve zdravém kontrolním stavu. Analýza zahrnovala nečetnou (untargeted) i cílenou (targeted) metabolomiku caekálních tkání a fekálií za pomoci vysokorychlostního LC-MS/MS, statistické zpracování a identifikaci signifikantních metabolitů.

Použitá metodika a instrumentace

• Metodika: extrakce vzorků methanol:isopropanol:voda a methanol:MTBE, chromatografické separace reverzní fáze (Acquity C18 BEH, 35min) a HILIC (Shim-pack Velox, 18min), gradientní eluce se směsí vody a acetonitrilu s formovou kyselinou a amonnou solí.
• Instrumentace: Shimadzu QTOF LCMS-9030 s ESI+/-; full scan m/z 65–1010, DIA-MS/MS m/z 40–1000 (izolační šířka 35 Da, CE 5–55 V), reálná kalibrace, kolony 2.1×100 mm, tok 0.3–0.4 mL/min, teploty 40–50 °C.

Hlavní výsledky a diskuse

Infekce CDI vedla k nárůstu taurocholátu, kreatininu a cysteátu ve fekáliích a snížení N-acyltaurinů v caeku. Metronidazol výrazně zvýšil koncentrace LPE 16:1 sn-2, LPE 18:1 sn-2, malátu, prolinu a kreatinu v caekálních vzorcích. FMT vrátilo většinu metabolitů na hladiny srovnatelné se zdravými kontrolami, čímž potvrdilo svou schopnost obnovit metabolickou homeostázu. Z více než 300–750 signifikantních iontových signálů se identifikaci podařilo dosáhnout u menší části s MSI úrovní 1–2.

Přínosy a praktické využití metody

Integrace reverzní fáze a HILIC rozšířila pokrytí nepolárních i vysoce polárních metabolitů. DIA-MS/MS umožňuje simultánní nestrukturované i cílené analýzy, což zrychluje objevování buněčných odpovědí na patogeny a léčiva. Přístup je aplikovatelný pro preklinická i klinická hodnocení mikrobiomálních terapií.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Pokračující rozvoj komplementárních chromatografických technik pro přesnější identifikaci polárních látek.
• Integrace metabolomiky s genomikou a proteomikou pro komplexní porozumění mikrobiom-host interakcím.
• Translační studie využívající humánní modely FMT a individualizované antibioticum terapie.
• Využití strojového učení pro predikci léčebných odpovědí na základě metabolických profilů.

Závěr

Studie prokázala, že metronidazol a FMT indukují odlišné metabolické změny v myším střevě po CDI. FMT vykazuje schopnost přiblížit metabolický stav k neinfikovaným kontrolám a představuje perspektivní terapeutickou alternativu k antibiotikům. Použitá LC-MS/MS platforma se ukázala jako efektivní nástroj pro sledování mikrobiomálních dopadů léčebných zásahů.

Reference

Olga Deda, Emily G. Armitage, Simon Melina Ashton, Neil Kachrimanidou, Helen Loftus, Gika. Exploring the effects of bacterial infection and antibiotic or faecal microbiota transplantation treatments on the mouse gut microbiome. School of Medicine and CIRI BIOMIC, Aristotle University, Thessaloniki; Shimadzu Corporation, Manchester; Department of Microbiology, School of Medicine, Aristotle University, Thessaloniki.