ప్రొపియోనిక్ యాసిడ్ (PPA), ఒక యాంటీ ఫంగల్ ఏజెంట్ మరియు సాధారణ ఆహార సంకలితం, ఎలుకలలో అసాధారణ నాడీ అభివృద్ధిని కలిగిస్తుందని తేలింది, ఇది గట్ డైస్బియోసిస్ వల్ల సంభవించవచ్చు. ఆహార PPA ఎక్స్పోజర్ మరియు గట్ మైక్రోబయోటా డైస్బియోసిస్ మధ్య సంబంధాన్ని సూచించబడింది, కానీ నేరుగా పరిశోధించలేదు. ఇక్కడ, డైస్బియోసిస్‌కు దారితీసే గట్ మైక్రోబయోటా కూర్పులో PPA-సంబంధిత మార్పులను మేము పరిశోధించాము. చికిత్స చేయని ఆహారం (n=9) మరియు PPA-సుసంపన్నమైన ఆహారం (n=13) తినిపించిన ఎలుకల గట్ మైక్రోబయోమ్‌లను సూక్ష్మజీవుల కూర్పు మరియు బ్యాక్టీరియా జీవక్రియ మార్గాల్లో తేడాలను అంచనా వేయడానికి దీర్ఘ-శ్రేణి మెటాజెనోమిక్ సీక్వెన్సింగ్ ఉపయోగించి క్రమం చేశారు. ఆహార PPA అనేక బాక్టీరాయిడ్‌లు, ప్రీవోటెల్లా మరియు రుమినోకాకస్ జాతులతో సహా ముఖ్యమైన టాక్సా సమృద్ధిలో పెరుగుదలతో సంబంధం కలిగి ఉంది, వీటిలో సభ్యులు గతంలో PPA ఉత్పత్తిలో చిక్కుకున్నారు. PPA-బహిర్గత ఎలుకల సూక్ష్మజీవులు లిపిడ్ జీవక్రియ మరియు స్టెరాయిడ్ హార్మోన్ బయోసింథసిస్‌కు సంబంధించిన మరిన్ని మార్గాలను కూడా కలిగి ఉన్నాయి. PPA గట్ మైక్రోబయోటా మరియు దాని సంబంధిత జీవక్రియ మార్గాలను మార్చగలదని మా ఫలితాలు సూచిస్తున్నాయి. ఈ గమనించిన మార్పులు వినియోగానికి సురక్షితమైనవిగా వర్గీకరించబడిన సంరక్షణకారులు గట్ మైక్రోబయోటా కూర్పును ప్రభావితం చేస్తాయని మరియు క్రమంగా మానవ ఆరోగ్యాన్ని ప్రభావితం చేస్తాయని హైలైట్ చేస్తాయి.
మానవ సూక్ష్మజీవిని తరచుగా "శరీరంలోని చివరి అవయవం" అని పిలుస్తారు మరియు మానవ ఆరోగ్యంలో కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది (బాక్వెరో మరియు నోంబెలా, 2012). ముఖ్యంగా, గట్ మైక్రోబయోమ్ దాని వ్యవస్థ-వ్యాప్త ప్రభావం మరియు అనేక ముఖ్యమైన విధులలో పాత్రకు గుర్తింపు పొందింది. కమెన్సల్ బ్యాక్టీరియా గట్‌లో సమృద్ధిగా ఉంటుంది, బహుళ పర్యావరణ సముదాయాలను ఆక్రమిస్తుంది, పోషకాలను ఉపయోగిస్తుంది మరియు సంభావ్య వ్యాధికారకాలతో పోటీపడుతుంది (జంధ్యాల మరియు ఇతరులు, 2015). గట్ మైక్రోబయోటా యొక్క విభిన్న బాక్టీరియల్ భాగాలు విటమిన్లు వంటి ముఖ్యమైన పోషకాలను ఉత్పత్తి చేయగలవు మరియు జీర్ణక్రియను ప్రోత్సహించగలవు (రోలాండ్ మరియు ఇతరులు, 2018). బాక్టీరియల్ జీవక్రియలు కణజాల అభివృద్ధిని ప్రభావితం చేస్తాయని మరియు జీవక్రియ మరియు రోగనిరోధక మార్గాలను మెరుగుపరుస్తాయని కూడా చూపబడింది (హీజ్ట్జ్ మరియు ఇతరులు, 2011; యు మరియు ఇతరులు, 2022). మానవ గట్ మైక్రోబయోమ్ యొక్క కూర్పు చాలా వైవిధ్యమైనది మరియు ఆహారం, లింగం, మందులు మరియు ఆరోగ్య స్థితి వంటి జన్యు మరియు పర్యావరణ కారకాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది (కుంభరే మరియు ఇతరులు, 2019).
తల్లి ఆహారం అనేది పిండం మరియు నవజాత శిశువుల అభివృద్ధిలో కీలకమైన భాగం మరియు అభివృద్ధిని ప్రభావితం చేసే సమ్మేళనాల యొక్క ఊహాత్మక మూలం (Bazer et al., 2004; Innis, 2014). అటువంటి ఆసక్తికరమైన సమ్మేళనం ప్రొపియోనిక్ ఆమ్లం (PPA), ఇది బ్యాక్టీరియా కిణ్వ ప్రక్రియ నుండి పొందిన షార్ట్-చైన్ ఫ్యాటీ యాసిడ్ ఉప ఉత్పత్తి మరియు ఆహార సంకలితం (డెన్ బెస్టెన్ et al., 2013). PPA యాంటీ బాక్టీరియల్ మరియు యాంటీ ఫంగల్ లక్షణాలను కలిగి ఉంది మరియు అందువల్ల దీనిని ఆహార సంరక్షణకారిగా మరియు అచ్చు మరియు బ్యాక్టీరియా పెరుగుదలను నిరోధించడానికి పారిశ్రామిక అనువర్తనాల్లో ఉపయోగిస్తారు (Wemmenhove et al., 2016). PPA వివిధ కణజాలాలలో విభిన్న ప్రభావాలను కలిగి ఉంటుంది. కాలేయంలో, PPA మాక్రోఫేజ్‌లలో సైటోకిన్ వ్యక్తీకరణను ప్రభావితం చేయడం ద్వారా శోథ నిరోధక ప్రభావాలను కలిగి ఉంటుంది (Kawasoe et al., 2022). ఈ నియంత్రణ ప్రభావం ఇతర రోగనిరోధక కణాలలో కూడా గమనించబడింది, ఇది వాపును తగ్గించడానికి దారితీస్తుంది (Haase et al., 2021). అయితే, మెదడులో వ్యతిరేక ప్రభావం గమనించబడింది. మునుపటి అధ్యయనాలు PPA ఎక్స్‌పోజర్ ఎలుకలలో ఆటిజం లాంటి ప్రవర్తనను ప్రేరేపిస్తుందని చూపించాయి (El-Ansary et al., 2012). ఇతర అధ్యయనాలు PPA గ్లియోసిస్‌ను ప్రేరేపించగలదని మరియు మెదడులో ప్రో-ఇన్‌ఫ్లమేటరీ మార్గాలను సక్రియం చేయగలదని చూపించాయి (Abdelli et al., 2019). PPA బలహీనమైన ఆమ్లం కాబట్టి, ఇది పేగు ఎపిథీలియం ద్వారా రక్తప్రవాహంలోకి వ్యాపించి, రక్త-మెదడు అవరోధం అలాగే జరాయువుతో సహా నిర్బంధ అడ్డంకులను దాటగలదు (Stinson et al., 2019), బ్యాక్టీరియా ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన నియంత్రణ జీవక్రియగా PPA యొక్క ప్రాముఖ్యతను హైలైట్ చేస్తుంది. ఆటిజంకు ప్రమాద కారకంగా PPA యొక్క సంభావ్య పాత్ర ప్రస్తుతం పరిశోధనలో ఉన్నప్పటికీ, ఆటిజం ఉన్న వ్యక్తులపై దాని ప్రభావాలు నాడీ భేదాన్ని ప్రేరేపించడానికి మించి ఉండవచ్చు.
న్యూరో డెవలప్‌మెంటల్ డిజార్డర్స్ ఉన్న రోగులలో విరేచనాలు మరియు మలబద్ధకం వంటి జీర్ణశయాంతర లక్షణాలు సర్వసాధారణం (Cao et al., 2021). ఆటిజం స్పెక్ట్రమ్ డిజార్డర్స్ (ASD) ఉన్న రోగుల మైక్రోబయోమ్ ఆరోగ్యకరమైన వ్యక్తుల నుండి భిన్నంగా ఉంటుందని మునుపటి అధ్యయనాలు చూపించాయి, ఇది గట్ మైక్రోబయోటా డైస్బియోసిస్ ఉనికిని సూచిస్తుంది (ఫైన్‌గోల్డ్ మరియు ఇతరులు, 2010). అదేవిధంగా, ఇన్ఫ్లమేటరీ ప్రేగు వ్యాధులు, ఊబకాయం, అల్జీమర్స్ వ్యాధి మొదలైన రోగుల మైక్రోబయోమ్ లక్షణాలు కూడా ఆరోగ్యకరమైన వ్యక్తుల నుండి భిన్నంగా ఉంటాయి (టర్న్‌బాగ్ మరియు ఇతరులు, 2009; వోగ్ట్ మరియు ఇతరులు, 2017; హెన్కే మరియు ఇతరులు, 2019). అయితే, ఈ రోజు వరకు, గట్ మైక్రోబయోమ్ మరియు న్యూరోలాజికల్ వ్యాధులు లేదా లక్షణాల మధ్య ఎటువంటి కారణ సంబంధాన్ని స్థాపించలేదు (యాప్ మరియు ఇతరులు, 2021), అయితే ఈ వ్యాధి స్థితులలో కొన్నింటిలో అనేక బాక్టీరియా జాతులు పాత్ర పోషిస్తాయని భావిస్తున్నారు. ఉదాహరణకు, ఆటిజం ఉన్న రోగుల మైక్రోబయోటాలో అక్కర్మాన్సియా, బాక్టీరాయిడ్స్, క్లోస్ట్రిడియం, లాక్టోబాసిల్లస్, డెసల్ఫోవిబ్రియో మరియు ఇతర జాతులు ఎక్కువగా ఉంటాయి (టోమోవా మరియు ఇతరులు, 2015; గోలుబెవా మరియు ఇతరులు, 2017; క్రిస్టియానో ​​మరియు ఇతరులు, 2018; జురిటా మరియు ఇతరులు, 2020). ముఖ్యంగా, ఈ జాతులలోని కొన్ని సభ్య జాతులు PPA ఉత్పత్తికి సంబంధించిన జన్యువులను కలిగి ఉన్నాయని తెలిసింది (రీచార్డ్ట్ మరియు ఇతరులు, 2014; యున్ మరియు లీ, 2016; జాంగ్ మరియు ఇతరులు, 2019; బౌర్ మరియు డ్యూర్, 2023). PPA యొక్క యాంటీమైక్రోబయల్ లక్షణాలను బట్టి, దాని సమృద్ధిని పెంచడం PPA-ఉత్పత్తి చేసే బ్యాక్టీరియా పెరుగుదలకు ప్రయోజనకరంగా ఉండవచ్చు (జాకబ్సన్ మరియు ఇతరులు, 2018). అందువల్ల, PFA-సమృద్ధ వాతావరణం గట్ మైక్రోబయోటాలో మార్పులకు దారితీయవచ్చు, జీర్ణశయాంతర వ్యాధికారకాలు కూడా కావచ్చు, ఇవి జీర్ణశయాంతర లక్షణాలకు దారితీసే సంభావ్య కారకాలు కావచ్చు.
సూక్ష్మజీవుల కూర్పులో తేడాలు అంతర్లీన వ్యాధులకు కారణమా లేదా లక్షణమా అనేది మైక్రోబయోమ్ పరిశోధనలో ఒక కేంద్ర ప్రశ్న. ఆహారం, గట్ మైక్రోబయోమ్ మరియు నాడీ సంబంధిత వ్యాధుల మధ్య సంక్లిష్ట సంబంధాన్ని వివరించే మొదటి అడుగు సూక్ష్మజీవుల కూర్పుపై ఆహారం యొక్క ప్రభావాలను అంచనా వేయడం. ఈ ప్రయోజనం కోసం, PPA-రిచ్ లేదా PPA-డిప్లెటెడ్ డైట్ తినిపించిన ఎలుకల పిల్లల గట్ మైక్రోబయోమ్‌లను పోల్చడానికి మేము దీర్ఘకాలం చదివిన మెటాజెనోమిక్ సీక్వెన్సింగ్‌ను ఉపయోగించాము. సంతానానికి వారి తల్లుల మాదిరిగానే ఆహారం ఇవ్వబడింది. PPA-రిచ్ డైట్ వల్ల గట్ మైక్రోబియల్ కూర్పు మరియు సూక్ష్మజీవుల క్రియాత్మక మార్గాలలో మార్పులు వస్తాయని మేము ఊహించాము, ముఖ్యంగా PPA జీవక్రియ మరియు/లేదా PPA ఉత్పత్తికి సంబంధించినవి.
ఈ అధ్యయనంలో FVB/N-Tg(GFAP-GFP)14Mes/J ట్రాన్స్‌జెనిక్ ఎలుకలు (జాక్సన్ లాబొరేటరీస్) ఉపయోగించబడ్డాయి, ఇవి సెంట్రల్ ఫ్లోరిడా విశ్వవిద్యాలయ సంస్థాగత జంతు సంరక్షణ మరియు వినియోగ కమిటీ (UCF-IACUC) మార్గదర్శకాలను అనుసరించి గ్లియా-నిర్దిష్ట GFAP ప్రమోటర్ నియంత్రణలో గ్రీన్ ఫ్లోరోసెంట్ ప్రోటీన్ (GFP)ని అతిగా ఎక్స్‌ప్రెస్ చేస్తాయి (జంతు వినియోగ అనుమతి సంఖ్య: PROTO202000002). తల్లిపాలు విడిచిన తర్వాత, ఎలుకలను ఒక్కొక్కటిగా బోనులలో ఉంచారు, ప్రతి బోనులో లింగానికి 1–5 ఎలుకలు ఉంటాయి. ఎలుకలకు శుద్ధి చేయబడిన నియంత్రణ ఆహారం (సవరించిన ఓపెన్-లేబుల్ ప్రామాణిక ఆహారం, 16 కిలో కేలరీలు కొవ్వు) లేదా సోడియం ప్రొపియోనేట్-సప్లిమెంటేటెడ్ ఆహారం (సవరించిన ఓపెన్-లేబుల్ ప్రామాణిక ఆహారం, 16 కిలో కేలరీలు కొవ్వు, 5,000 ppm సోడియం ప్రొపియోనేట్ కలిగి ఉంటుంది) తో యాడ్ లిబిటమ్ తినిపించబడ్డాయి. ఉపయోగించిన సోడియం ప్రొపియోనేట్ మొత్తం 5,000 mg PFA/kg మొత్తం ఆహార బరువుకు సమానం. ఆహార సంరక్షణకారిగా ఉపయోగించడానికి ఆమోదించబడిన PPA యొక్క అత్యధిక సాంద్రత ఇది. ఈ అధ్యయనానికి సిద్ధం కావడానికి, మాతృ ఎలుకలకు సంభోగం చేయడానికి 4 వారాల ముందు రెండు ఆహారాలు తినిపించబడ్డాయి మరియు ఆనకట్ట గర్భం అంతటా కొనసాగించబడ్డాయి. సంతాన ఎలుకలను [22 ఎలుకలు, 9 నియంత్రణలు (6 మగ, 3 ఆడ) మరియు 13 PPA (4 మగ, 9 ఆడ)] తల్లిపాలు విడిచి, ఆ తర్వాత 5 నెలల పాటు ఆనకట్టల మాదిరిగానే అదే ఆహారంలో కొనసాగించారు. సంతాన ఎలుకలను 5 నెలల వయస్సులో బలి ఇచ్చి, వాటి పేగు మల పదార్థాలను సేకరించి, మొదట 1.5 ml మైక్రోసెంట్రిఫ్యూజ్ ట్యూబ్‌లలో -20°C వద్ద నిల్వ చేసి, ఆపై హోస్ట్ DNA క్షీణించి, సూక్ష్మజీవుల న్యూక్లియిక్ ఆమ్లాలు వెలికితీసే వరకు -80°C ఫ్రీజర్‌కు బదిలీ చేయబడ్డాయి.
సవరించిన ప్రోటోకాల్ (చారలంపౌస్ మరియు ఇతరులు, 2019) ప్రకారం హోస్ట్ DNA తొలగించబడింది. క్లుప్తంగా, మల పదార్థాలను 500 µl ఇన్హిబిట్ఎక్స్ (కియాగెన్, క్యాట్#/ID: 19593) కు బదిలీ చేసి, స్తంభింపజేసి నిల్వ చేశారు. ప్రతి వెలికితీతకు గరిష్టంగా 1-2 మల గుళికలను ప్రాసెస్ చేయండి. మల పదార్థాలను ట్యూబ్ లోపల ప్లాస్టిక్ రోకలి ఉపయోగించి యాంత్రికంగా సజాతీయపరచి స్లర్రీని ఏర్పరుస్తారు. 5 నిమిషాలు లేదా నమూనాలు గుళికలు అయ్యే వరకు 10,000 RCF వద్ద నమూనాలను సెంట్రిఫ్యూజ్ చేసి, ఆపై సూపర్‌నాటెంట్‌ను పీల్చుకుని, 250 µl 1× PBSలో గుళికను తిరిగి సస్పెండ్ చేయండి. యూకారియోటిక్ కణ త్వచాలను విప్పుటకు డిటర్జెంట్‌గా నమూనాకు 250 µl 4.4% సాపోనిన్ ద్రావణం (TCI, ఉత్పత్తి సంఖ్య S0019) జోడించండి. నమూనాలను నునుపైన వరకు సున్నితంగా కలుపుతారు మరియు గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద 10 నిమిషాలు పొదిగిస్తారు. తరువాత, యూకారియోటిక్ కణాలను విచ్ఛిన్నం చేయడానికి, 350 μl న్యూక్లీజ్-రహిత నీటిని నమూనాకు జోడించారు, 30 సెకన్ల పాటు ఇంక్యుబేట్ చేశారు, ఆపై 12 μl 5 M NaCl జోడించారు. తరువాత నమూనాలను 6000 RCF వద్ద 5 నిమిషాల పాటు సెంట్రిఫ్యూజ్ చేశారు. సూపర్‌నాటెంట్‌ను పీల్చుకుని, 100 μl 1X PBSలో గుళికను తిరిగి సస్పెండ్ చేయండి. హోస్ట్ DNAను తొలగించడానికి, 100 μl HL-SAN బఫర్ (12.8568 గ్రా NaCl, 4 మి.లీ 1M MgCl2, 36 మి.లీ న్యూక్లీజ్-రహిత నీరు) మరియు 10 μl HL-SAN ఎంజైమ్ (ఆర్టిక్‌జైమ్స్ P/N 70910-202) జోడించండి. నమూనాలను పైప్‌టింగ్ ద్వారా పూర్తిగా కలిపి, ఎప్పెండోర్ఫ్™ థర్మోమిక్సర్ సిలో 37 °C వద్ద 30 నిమిషాలు 800 rpm వద్ద ఇంక్యుబేట్ చేశారు. ఇంక్యుబేట్ చేసిన తర్వాత, 6000 RCF వద్ద 3 నిమిషాలు సెంట్రిఫ్యూజ్ చేసి, 800 µl మరియు 1000 µl 1X PBSతో రెండుసార్లు కడగాలి. చివరగా, గుళికను 100 µl 1X PBSలో తిరిగి అమర్చారు.
న్యూ ఇంగ్లాండ్ బయోలాబ్స్ మోనార్క్ జెనోమిక్ DNA ప్యూరిఫికేషన్ కిట్ (న్యూ ఇంగ్లాండ్ బయోలాబ్స్, ఇప్స్విచ్, MA, క్యాట్# T3010L) ఉపయోగించి మొత్తం బ్యాక్టీరియా DNA ను వేరు చేశారు. కిట్‌తో అందించబడిన ప్రామాణిక ఆపరేటింగ్ విధానం కొద్దిగా సవరించబడింది. తుది ఎల్యూషన్ కోసం ఆపరేషన్‌కు ముందు 60°C వద్ద న్యూక్లీజ్-రహిత నీటిని ఇంక్యుబేట్ చేసి నిర్వహించండి. ప్రతి నమూనాకు 10 µl ప్రోటీనేస్ K మరియు 3 µl RNase A జోడించండి. తరువాత 100 µl సెల్ లైసిస్ బఫర్ వేసి మెల్లగా కలపండి. తరువాత నమూనాలను ఎప్పెండోర్ఫ్™ థర్మోమిక్సర్ C లో 56°C మరియు 1400 rpm వద్ద కనీసం 1 గంట మరియు 3 గంటల వరకు ఇంక్యుబేట్ చేశారు. ఇంక్యుబేట్ చేయబడిన నమూనాలను 12,000 RCF వద్ద 3 నిమిషాలు సెంట్రిఫ్యూజ్ చేశారు మరియు ప్రతి నమూనా నుండి సూపర్‌నాటెంట్‌ను 400 µL బైండింగ్ ద్రావణం కలిగిన ప్రత్యేక 1.5 mL మైక్రోసెంట్రిఫ్యూజ్ ట్యూబ్‌కు బదిలీ చేశారు. ఆ తర్వాత ట్యూబ్‌లను 1 సెకను వ్యవధిలో 5–10 సెకన్ల పాటు పల్స్ వోర్టెక్స్ చేశారు. ప్రతి నమూనాలోని మొత్తం ద్రవ పదార్థాన్ని (సుమారు 600–700 µL) ఫ్లో-త్రూ కలెక్షన్ ట్యూబ్‌లో ఉంచిన ఫిల్టర్ కార్ట్రిడ్జ్‌కు బదిలీ చేయండి. ప్రారంభ DNA బైండింగ్‌ను అనుమతించడానికి ట్యూబ్‌లను 1,000 RCF వద్ద 3 నిమిషాలు సెంట్రిఫ్యూజ్ చేసి, ఆపై అవశేష ద్రవాన్ని తొలగించడానికి 1 నిమిషం పాటు 12,000 RCF వద్ద సెంట్రిఫ్యూజ్ చేశారు. నమూనా కాలమ్‌ను కొత్త కలెక్షన్ ట్యూబ్‌కి బదిలీ చేసి, ఆపై రెండుసార్లు కడగాలి. మొదటి వాష్ కోసం, ప్రతి ట్యూబ్‌కు 500 µL వాష్ బఫర్‌ను జోడించండి. ట్యూబ్‌ను 3–5 సార్లు తిప్పండి మరియు తరువాత 1 నిమిషం పాటు 12,000 RCF వద్ద సెంట్రిఫ్యూజ్ చేయండి. కలెక్షన్ ట్యూబ్ నుండి ద్రవాన్ని తీసివేసి, ఫిల్టర్ కార్ట్రిడ్జ్‌ను అదే కలెక్షన్ ట్యూబ్‌లో తిరిగి ఉంచండి. రెండవ వాష్ కోసం, 500 µL వాష్ బఫర్‌ను ఫిల్టర్‌కు విలోమం చేయకుండా జోడించండి. నమూనాలను 1 నిమిషం పాటు 12,000 RCF వద్ద సెంట్రిఫ్యూజ్ చేశారు. ఫిల్టర్‌ను 1.5 mL LoBind® ట్యూబ్‌లోకి బదిలీ చేసి, 100 µL ముందుగా వేడిచేసిన న్యూక్లీజ్-రహిత నీటిని జోడించండి. ఫిల్టర్‌లను గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద 1 నిమిషం పాటు ఇంక్యుబేట్ చేసి, ఆపై 12,000 RCF వద్ద 1 నిమిషం పాటు సెంట్రిఫ్యూజ్ చేశారు. ఎలుటెడ్ DNA -80°C వద్ద నిల్వ చేయబడింది.
Qubit™ 4.0 ఫ్లోరోమీటర్ ఉపయోగించి DNA సాంద్రతను లెక్కించారు. తయారీదారు సూచనల ప్రకారం Qubit™ 1X dsDNA హై సెన్సిటివిటీ కిట్ (క్యాట్. నం. Q33231) ఉపయోగించి DNA తయారు చేయబడింది. Aglient™ 4150 లేదా 4200 టేప్‌స్టేషన్ ఉపయోగించి DNA ముక్క పొడవు పంపిణీని కొలుస్తారు. Agilent™ Genomic DNA Reagents (క్యాట్. నం. 5067-5366) మరియు Genomic DNA ScreenTape (క్యాట్. నం. 5067-5365) ఉపయోగించి DNA తయారు చేయబడింది. తయారీదారు సూచనల ప్రకారం Oxford Nanopore Technologies™ (ONT) Rapid PCR Barcoding Kit (SQK-RPB004) ఉపయోగించి లైబ్రరీ తయారీని నిర్వహించారు. Min106D ఫ్లో సెల్ (R 9.4.1)తో ONT GridION™ Mk1 సీక్వెన్సర్‌ని ఉపయోగించి DNA క్రమం చేయబడింది. సీక్వెన్సింగ్ సెట్టింగ్‌లు: అధిక ఖచ్చితత్వ బేస్ కాలింగ్, కనిష్ట q విలువ 9, బార్‌కోడ్ సెటప్ మరియు బార్‌కోడ్ ట్రిమ్. నమూనాలను 72 గంటలు క్రమం చేశారు, ఆ తర్వాత తదుపరి ప్రాసెసింగ్ మరియు విశ్లేషణ కోసం బేస్ కాల్ డేటాను సమర్పించారు.
బయోఇన్ఫర్మేటిక్స్ ప్రాసెసింగ్ గతంలో వివరించిన పద్ధతులను ఉపయోగించి నిర్వహించబడింది (గ్రీన్‌మ్యాన్ మరియు ఇతరులు, 2024). సీక్వెన్సింగ్ నుండి పొందిన FASTQ ఫైల్‌లను ప్రతి నమూనాకు డైరెక్టరీలుగా విభజించారు. బయోఇన్ఫర్మేటిక్స్ విశ్లేషణకు ముందు, డేటాను ఈ క్రింది పైప్‌లైన్ ఉపయోగించి ప్రాసెస్ చేశారు: మొదట, నమూనాల FASTQ ఫైల్‌లను ఒకే FASTQ ఫైల్‌లో విలీనం చేశారు. తరువాత, 1000 bp కంటే తక్కువ రీడ్‌లను Filtlong v. 0.2.1 ఉపయోగించి ఫిల్టర్ చేశారు, ఏకైక పరామితి –min_length 1000 (విక్, 2024) మార్చబడింది. తదుపరి ఫిల్టర్ చేయడానికి ముందు, నానోప్లాట్ v. 1.41.3ని ఉపయోగించి రీడ్ క్వాలిటీని ఈ క్రింది పారామితులతో నియంత్రించారు: –fastq –plots dot –N50 -o(డి కోస్టర్ మరియు రాడేమేకర్స్, 2023). ఈ క్రింది పారామితులతో హోస్ట్-కలుషితమైన రీడ్‌లను తొలగించడానికి మినీమ్యాప్2 v. 2.24-r1122 ఉపయోగించి రీడ్‌లు మౌస్ రిఫరెన్స్ జీనోమ్ GRCm39 (GCF_000001635.27) కు సమలేఖనం చేయబడ్డాయి: -L -ax మ్యాప్-ఆంట్(లీ, 2018). జనరేట్ చేయబడిన అలైన్‌మెంట్ ఫైల్‌లను samtools v. 1.16.1లో samtools view -b (Danecek et al., 2021) ఉపయోగించి BAM ఫార్మాట్‌కి మార్చారు. అప్పుడు samtools view -b -f 4ని ఉపయోగించి అన్‌లైన్ చేయబడిన రీడ్‌లు గుర్తించబడ్డాయి, ఈ రీడ్‌లు హోస్ట్ జీనోమ్‌కి చెందినవి కాదని సూచిస్తున్నాయి. డిఫాల్ట్ పారామితులతో samtools bam2fqని ఉపయోగించి అన్‌లైన్ చేయబడిన రీడ్‌లు తిరిగి FASTQ ఫార్మాట్‌కి మార్చబడ్డాయి. గతంలో వివరించిన సెట్టింగ్‌లను ఉపయోగించి మరింత ఫిల్టర్ చేయబడిన రీడ్‌లపై నానోప్లాట్ తిరిగి అమలు చేయబడింది. ఫిల్టరింగ్ తర్వాత, మెటాఫ్లై v. 2.8.2-b1689ని ఉపయోగించి మెటాజెనోమిక్ డేటాను కింది పారామితులతో సమీకరించారు: –nano-raw–మెటా (కోల్మోగోరోవ్ మరియు ఇతరులు, 2020). మిగిలిన పారామితులను వాటి డిఫాల్ట్ విలువల వద్ద వదిలివేయండి. అసెంబ్లీ తర్వాత, ఫిల్టర్ చేసిన రీడ్‌లు మినీమ్యాప్2 ఉపయోగించి అసెంబ్లీకి మ్యాప్ చేయబడ్డాయి మరియు -ax మ్యాప్-ఆంట్ పరామితి SAM ఫార్మాట్‌లో అలైన్‌మెంట్ ఫైల్‌ను రూపొందించడానికి ఉపయోగించబడింది. అసెంబ్లీని మొదట రాకాన్ v. 1.4.20 ఉపయోగించి కింది పారామితులతో శుద్ధి చేశారు: -m 8 -x -6 -g -8 -w 500 -u (వాసర్ మరియు ఇతరులు, 2017). రాకాన్ పూర్తయిన తర్వాత, మెడాకా_కాన్సెస్ ఉపయోగించి మెడాకా v. 1.7.2 తో మరింత శుద్ధి చేయబడింది, -m పరామితి మినహా అన్ని పారామితులు వాటి డిఫాల్ట్ విలువల వద్ద మిగిలి ఉన్నాయి. మా డేటా కోసం ఉపయోగించే ఫ్లో సెల్ కెమిస్ట్రీ మరియు అధిక-ఖచ్చితత్వ బేస్ కాలింగ్‌ను పేర్కొనడానికి -m పరామితి r941_min_hac_g507 కు సెట్ చేయబడింది (నానోపోరెటెక్/మెడాకా, 2024). ఫిల్టర్ చేసిన డేటా (ఇకపై సూక్ష్మజీవుల డేటాగా సూచిస్తారు) మరియు చివరిగా శుభ్రం చేసిన అసెంబ్లీని తదుపరి విశ్లేషణ కోసం ఉపయోగించారు.
వర్గీకరణ వర్గీకరణ కోసం, క్రాకెన్2 v. 2.1.2 (వుడ్ మరియు ఇతరులు, 2019) ఉపయోగించి రీడ్‌లు మరియు అసెంబుల్ చేయబడిన కాంటిగ్‌లను వర్గీకరించారు. రీడ్‌లు మరియు అసెంబ్లీల కోసం వరుసగా నివేదికలు మరియు అవుట్‌పుట్ ఫైల్‌లను రూపొందించండి. రీడ్‌లు మరియు అసెంబ్లీలను విశ్లేషించడానికి –use-names ఎంపికను ఉపయోగించండి. –gzip-కంప్రెస్డ్ మరియు –జత చేసిన ఎంపికలు రీడ్ విభాగాల కోసం పేర్కొనబడ్డాయి. మెటాజెనోమ్‌లలో టాక్సా యొక్క సాపేక్ష సమృద్ధిని బ్రాకెన్ v. 2.8 (లు మరియు ఇతరులు, 2017) ఉపయోగించి అంచనా వేయబడింది. మేము మొదట బ్రాకెన్-బిల్డ్‌ని ఉపయోగించి 1000 బేస్‌లను కలిగి ఉన్న kmer డేటాబేస్‌ను ఈ క్రింది పారామితులతో సృష్టించాము: -d-k 35 -l 1000 ఒకసారి నిర్మించిన తర్వాత, బ్రాకెన్ kraken2 ద్వారా రూపొందించబడిన నివేదిక ఆధారంగా నడుస్తుంది మరియు కింది ఎంపికలను ఉపయోగించి డేటాను ఫిల్టర్ చేస్తుంది: -d -I -O-పి 1000 -ఎల్

వాటిలో, విశ్లేషించబడుతున్న వర్గీకరణ స్థాయిని బట్టి P, G లేదా S ఎంపిక చేయబడతాయి. తప్పుడు సానుకూల వర్గీకరణల ప్రభావాన్ని తగ్గించడానికి, 1e-4 (1/10,000 రీడ్‌లు) కనీస సాపేక్ష సమృద్ధి థ్రెషోల్డ్‌ను స్వీకరించారు. గణాంక విశ్లేషణకు ముందు, బ్రాకెన్ (భిన్నం_మొత్తం_రీడ్‌లు) నివేదించిన సాపేక్ష సమృద్ధిని కేంద్రీకృత లాగ్-రేషియో (CLR) పరివర్తన (ఐచిసన్, 1982) ఉపయోగించి మార్చారు. CLR పద్ధతి డేటా పరివర్తన కోసం ఎంపిక చేయబడింది ఎందుకంటే ఇది స్కేల్-ఇన్‌వేరియంట్ మరియు నాన్-స్పార్స్ డేటాసెట్‌లకు సరిపోతుంది (గ్లోర్ మరియు ఇతరులు, 2017). CLR పరివర్తన సహజ సంవర్గమానాన్ని ఉపయోగిస్తుంది. బ్రాకెన్ నివేదించిన కౌంట్ డేటాను సాపేక్ష లాగ్ వ్యక్తీకరణ (RLE) (ఆండర్స్ మరియు హుబెర్, 2010) ఉపయోగించి సాధారణీకరించారు. మ్యాట్‌ప్లోట్‌లిబ్ v. 3.7.1, సీబార్న్ v. 3.7.2 మరియు సీక్వెన్షియల్ లాగరిథమ్‌ల (గ్లోర్ మరియు ఇతరులు, 2017) కలయికను ఉపయోగించి గణాంకాలు రూపొందించబడ్డాయి. 0.12.2 మరియు స్టాంటనోటేషన్లు v. 0.5.0 (హంటర్, 2007; వాస్కోమ్, 2021; చార్లియర్ మరియు ఇతరులు, 2022). సాధారణీకరించిన బ్యాక్టీరియా గణనలను ఉపయోగించి ప్రతి నమూనాకు బాసిల్లస్/బ్యాక్టీరాయిడెట్స్ నిష్పత్తిని లెక్కించారు. పట్టికలలో నివేదించబడిన విలువలు 4 దశాంశ స్థానాలకు గుండ్రంగా ఉంటాయి. క్రాకెన్‌టూల్స్ v. 1.2 ప్యాకేజీలో (Lu మరియు ఇతరులు, 2022) అందించబడిన alpha_diversity.py స్క్రిప్ట్‌ని ఉపయోగించి సింప్సన్ వైవిధ్య సూచిక లెక్కించబడుతుంది. బ్రాకెన్ నివేదిక స్క్రిప్ట్‌లో అందించబడింది మరియు సింప్సన్ సూచిక “Si” -an పరామితి కోసం అందించబడింది. సమృద్ధిలో గణనీయమైన తేడాలు సగటు CLR తేడాలు ≥ 1 లేదా ≤ -1గా నిర్వచించబడ్డాయి. ±1 సగటు CLR వ్యత్యాసం నమూనా రకం యొక్క సమృద్ధిలో 2.7 రెట్లు పెరుగుదలను సూచిస్తుంది. (+/-) గుర్తు వరుసగా PPA నమూనా మరియు నియంత్రణ నమూనాలో టాక్సన్ ఎక్కువగా ఉందో లేదో సూచిస్తుంది. మాన్-విట్నీ U పరీక్ష (విర్టానెన్ మరియు ఇతరులు, 2020) ఉపయోగించి ప్రాముఖ్యతను నిర్ణయించారు. స్టాట్స్‌మోడల్స్ v. 0.14 (బెంజమిని మరియు హోచ్‌బర్గ్, 1995; సీబోల్డ్ మరియు పెర్క్‌టోల్డ్, 2010) ఉపయోగించబడింది మరియు బహుళ పరీక్షల కోసం సరిదిద్దడానికి బెంజమిని-హోచ్‌బర్గ్ విధానాన్ని వర్తింపజేశారు. గణాంక ప్రాముఖ్యతను నిర్ణయించడానికి సర్దుబాటు చేయబడిన p-విలువ ≤ 0.05 థ్రెషోల్డ్‌గా ఉపయోగించబడింది.
మారంగా మరియు ఇతరులు (మరంగా మరియు ఇతరులు, 2023) వివరించిన ప్రోటోకాల్ యొక్క సవరించిన వెర్షన్‌ను ఉపయోగించి జన్యు వివరణ మరియు సాపేక్ష సమృద్ధి అంచనా వేయబడింది. మొదట, SeqKit v. 2.5.1 (షెన్ మరియు ఇతరులు, 2016) ఉపయోగించి అన్ని అసెంబ్లీల నుండి 500 bp కంటే తక్కువ కాంటిగ్‌లను తొలగించారు. ఎంచుకున్న అసెంబ్లీలను పాన్-మెటాజెనోమ్‌గా కలిపారు. ఓపెన్ రీడింగ్ ఫ్రేమ్‌లు (ORFలు) ప్రాడిగల్ v. 1.0.1 (ప్రాడిగల్ v. 2.6.3 యొక్క సమాంతర వెర్షన్) ఉపయోగించి కింది పారామితులతో గుర్తించబడ్డాయి: -d-f గ్ఫ్-ఐ -O-T 24 -p meta -C 10000 (హైట్ మరియు ఇతరులు, 2012; జేనికే, 2024). ఫలితంగా వచ్చిన న్యూక్లియోటైడ్ ఫైళ్లను పైథాన్ ఉపయోగించి ఫిల్టర్ చేసి, అసంపూర్ణ జన్యువులన్నింటినీ తొలగించారు. CD-HIT v. 4.8.1 తరువాత కింది పారామితులతో జన్యువులను క్లస్టర్ చేయడానికి ఉపయోగించబడింది: 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). జన్యు సమృద్ధి మరియు ఉల్లేఖనాన్ని అంచనా వేయడానికి ఉత్పత్తి చేయబడిన అనవసరమైన జన్యు కేటలాగ్ ఉపయోగించబడింది. సాపేక్ష జన్యు సమృద్ధిని KMA v. 1.4.9 (క్లాసెన్ et al., 2018) ఉపయోగించి అంచనా వేయబడింది. ముందుగా, కింది పారామితులతో KMA సూచికను ఉపయోగించి సూచిక ఫైల్‌ను సృష్టించండి: -i -Oతరువాత, బయోఇన్ఫర్మేటిక్స్ పైప్‌లైన్ విభాగంలో వివరించిన విధంగా ప్రతి నమూనా కోసం సూక్ష్మజీవుల రీడ్‌లతో పాటు ఉత్పత్తి చేయబడిన సూచికను ఉపయోగించి, KMA కింది పారామితులతో అమలు చేయబడింది: -i -O-t_db ద్వారా-bcNano -bc 0.7 -ef -t 24. తరువాత, CLR ఉపయోగించి జన్యు గణనలు సాధారణీకరించబడ్డాయి మరియు Sci-kit learn యొక్క ప్రధాన భాగం విశ్లేషణ (PCA) తరగతిని ఉపయోగించారు (Pedregosa et al., 2011). eggNOG v. 2.1.12 యొక్క emapper.py స్క్రిప్ట్ మరియు eggNOG డేటాబేస్ వెర్షన్ 5.0.2 ఉపయోగించి నాన్-రిడండెంట్ జన్యు కేటలాగ్‌పై అంచనా వేసిన జన్యు ఉల్లేఖనాన్ని ఈ క్రింది పారామితులతో నిర్వహించారు: –itype CDS –cpu 24 -i- డేటా కేటలాగ్–go_evidence ఎలక్ట్రానిక్ కానిది – అవుట్‌పుట్– అవుట్‌పుట్ డైరెక్టరీ–target_orthologs అన్నీ –seed_ortholog_evalue 0.001 –seed_ortholog_score 60 –query_cover 20 –subject_cover 0 –translate –override –temp_dir(Cantalapiedra et al., 2021). తగినంత టెంప్లేట్ కవరేజ్ మరియు టెంప్లేట్ గుర్తింపు (≥ 90%) మరియు సమృద్ధి (లోతు ≥ 3) ఉన్న జన్యువులను ఎంచుకోవడానికి KMA ఫలితాలు పరీక్షించబడ్డాయి. పైన వివరించిన విధంగా CLR ఉపయోగించి KMA లోతు ఫలితాలు రూపాంతరం చెందాయి. ప్రతి జన్యువుకు కాంటిగ్ మూలాన్ని ఉపయోగించి ఫంక్షనల్ ఉల్లేఖనం మరియు వర్గీకరణ ఫలితాల నుండి కాంటిగ్ ID లతో KMA ఫలితాలను పోల్చారు. టాక్సా మాదిరిగానే, జన్యు సమృద్ధిలో గణనీయమైన తేడాలు సగటు CLR వ్యత్యాసం ≥ 1 లేదా ≤ -1 కలిగిన జన్యువులుగా నిర్వచించబడ్డాయి, PPA లేదా నియంత్రణ నమూనాలలో జన్యువు వరుసగా ఎక్కువగా ఉందని సూచించే సంకేతం (+/-)తో.
జన్యు మార్గ సమృద్ధిని పోల్చడానికి ఎగ్‌నోగ్ కేటాయించిన క్యోటో ఎన్‌సైక్లోపీడియా ఆఫ్ జీన్స్ అండ్ జీనోమ్స్ (KEGG) ఆర్థోలాగ్ (KO) ఐడెంటిఫైయర్‌ల ప్రకారం జన్యువులను మొదట వర్గీకరించారు. విశ్లేషణకు ముందు నాకౌట్‌లు లేని జన్యువులు లేదా బహుళ నాకౌట్‌లతో కూడిన జన్యువులు తొలగించబడ్డాయి. ప్రతి నమూనాకు ప్రతి KO యొక్క సగటు సమృద్ధిని లెక్కించారు మరియు గణాంక విశ్లేషణ జరిగింది. KEGG ప్రకారం ప్రొపియోనేట్ జీవక్రియలో పాత్రను సూచిస్తూ, KEGG_Pathway కాలమ్‌లో ko00640 వరుసను కేటాయించిన ఏదైనా జన్యువుగా PPA జీవక్రియ జన్యువులను నిర్వచించారు. PPA ఉత్పత్తితో సంబంధం కలిగి ఉన్నట్లు గుర్తించబడిన జన్యువులు అనుబంధ పట్టిక 1లో జాబితా చేయబడ్డాయి (రీచార్డ్ట్ మరియు ఇతరులు, 2014; యాంగ్ మరియు ఇతరులు, 2017). ప్రతి నమూనా రకంలో గణనీయంగా ఎక్కువ సమృద్ధిగా ఉన్న PPA జీవక్రియ మరియు ఉత్పత్తి జన్యువులను గుర్తించడానికి ప్రస్తారణ పరీక్షలు నిర్వహించబడ్డాయి. విశ్లేషించబడిన ప్రతి జన్యువుకు వెయ్యి ప్రస్తారణలు నిర్వహించబడ్డాయి. గణాంక ప్రాముఖ్యతను నిర్ణయించడానికి 0.05 యొక్క p-విలువను కటాఫ్‌గా ఉపయోగించారు. క్లస్టర్‌లోని ప్రతినిధి జన్యువుల ఉల్లేఖనాల ఆధారంగా క్లస్టర్‌లోని వ్యక్తిగత జన్యువులకు ఫంక్షనల్ ఉల్లేఖనాలు కేటాయించబడ్డాయి. PPA జీవక్రియ మరియు/లేదా PPA ఉత్పత్తితో సంబంధం ఉన్న టాక్సాను క్రాకెన్2 అవుట్‌పుట్ ఫైల్‌లలోని కాంటిగ్ IDలను eggNOG ఉపయోగించి ఫంక్షనల్ ఉల్లేఖన సమయంలో నిలుపుకున్న అదే కాంటిగ్ IDలతో సరిపోల్చడం ద్వారా గుర్తించవచ్చు. గతంలో వివరించిన మాన్-విట్నీ U పరీక్షను ఉపయోగించి ప్రాముఖ్యత పరీక్ష నిర్వహించబడింది. బెంజమిని-హోచ్‌బర్గ్ విధానాన్ని ఉపయోగించి బహుళ పరీక్షలకు దిద్దుబాటు జరిగింది. గణాంక ప్రాముఖ్యతను నిర్ణయించడానికి ≤ 0.05 యొక్క p- విలువను కటాఫ్‌గా ఉపయోగించారు.
సింప్సన్ వైవిధ్య సూచికను ఉపయోగించి ఎలుకల గట్ మైక్రోబయోమ్ యొక్క వైవిధ్యాన్ని అంచనా వేశారు. జాతి మరియు జాతుల వైవిధ్యం పరంగా నియంత్రణ మరియు PPA నమూనాల మధ్య ఎటువంటి ముఖ్యమైన తేడాలు గమనించబడలేదు (జాతికి p- విలువ: 0.18, జాతులకు p- విలువ: 0.16) (మూర్తి 1). అప్పుడు సూక్ష్మజీవుల కూర్పును ప్రధాన భాగాల విశ్లేషణ (PCA) ఉపయోగించి పోల్చారు. PPA మరియు నియంత్రణ నమూనాల మధ్య సూక్ష్మజీవుల జాతుల కూర్పులో తేడాలు ఉన్నాయని సూచిస్తూ, వాటి ఫైలా ద్వారా నమూనాల క్లస్టరింగ్‌ను చిత్రం 2 చూపిస్తుంది. ఈ క్లస్టరింగ్ జాతి స్థాయిలో తక్కువగా ఉచ్ఛరించబడింది, PPA కొన్ని బ్యాక్టీరియాను ప్రభావితం చేస్తుందని సూచిస్తుంది (అనుబంధ చిత్రం 1).
చిత్రం 1. ఎలుకల గట్ మైక్రోబయోమ్ యొక్క ఆల్ఫా వైవిధ్యం మరియు జాతుల కూర్పు. PPA మరియు నియంత్రణ నమూనాలలో జాతుల (A) మరియు జాతుల (B) సింప్సన్ వైవిధ్య సూచికలను చూపించే బాక్స్ ప్లాట్లు. మాన్-విట్నీ U పరీక్షను ఉపయోగించి ప్రాముఖ్యతను నిర్ణయించారు మరియు బెంజమిని-హోచ్‌బర్గ్ విధానాన్ని ఉపయోగించి బహుళ దిద్దుబాటు జరిగింది. ns, p-విలువ ముఖ్యమైనది కాదు (p>0.05).
చిత్రం 2. జాతుల స్థాయిలో మౌస్ గట్ మైక్రోబయోమ్ కూర్పు యొక్క ప్రధాన భాగాల విశ్లేషణ ఫలితాలు. ప్రధాన భాగాల విశ్లేషణ ప్లాట్ వాటి మొదటి రెండు ప్రధాన భాగాలలో నమూనాల పంపిణీని ప్రదర్శిస్తుంది. రంగులు నమూనా రకాన్ని సూచిస్తాయి: PPA- బహిర్గత ఎలుకలు ఊదా రంగులో ఉంటాయి మరియు నియంత్రణ ఎలుకలు పసుపు రంగులో ఉంటాయి. ప్రధాన భాగాలు 1 మరియు 2 వరుసగా x- అక్షం మరియు y- అక్షంపై ప్లాట్ చేయబడ్డాయి మరియు వాటి వివరించిన వ్యత్యాస నిష్పత్తిగా వ్యక్తీకరించబడ్డాయి.
RLE రూపాంతరం చెందిన కౌంట్ డేటాను ఉపయోగించి, నియంత్రణ మరియు PPA ఎలుకలలో మధ్యస్థ బాక్టీరాయిడెట్స్/బాసిల్లి నిష్పత్తిలో గణనీయమైన తగ్గుదల గమనించబడింది (నియంత్రణ: 9.66, PPA: 3.02; p-విలువ = 0.0011). నియంత్రణ ఎలుకలతో పోలిస్తే PPA ఎలుకలలో బాక్టీరాయిడెట్స్ అధికంగా ఉండటం వల్ల ఈ వ్యత్యాసం ఏర్పడింది, అయితే వ్యత్యాసం గణనీయంగా లేదు (నియంత్రణ సగటు CLR: 5.51, PPA సగటు CLR: 6.62; p-విలువ = 0.054), అయితే బాక్టీరాయిడెట్స్ సమృద్ధి సమానంగా ఉంది (నియంత్రణ సగటు CLR: 7.76, PPA సగటు CLR: 7.60; p-విలువ = 0.18).
గట్ మైక్రోబయోమ్ యొక్క వర్గీకరణ సభ్యుల సమృద్ధి యొక్క విశ్లేషణలో 1 ఫైలం మరియు 77 జాతులు PPA మరియు నియంత్రణ నమూనాల మధ్య గణనీయంగా తేడా ఉందని తేలింది (అనుబంధ పట్టిక 2). PPA నమూనాలలో 59 జాతుల సమృద్ధి నియంత్రణ నమూనాలలో కంటే గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉంది, అయితే నియంత్రణ నమూనాలలో కేవలం 16 జాతుల సమృద్ధి PPA నమూనాలలో కంటే ఎక్కువగా ఉంది (మూర్తి 3).
చిత్రం 3. PPA మరియు నియంత్రణ ఎలుకల గట్ మైక్రోబయోమ్‌లో టాక్సా యొక్క అవకలన సమృద్ధి. అగ్నిపర్వత ప్లాట్లు PPA మరియు నియంత్రణ నమూనాల మధ్య జాతులు (A) లేదా జాతులు (B) సమృద్ధిలో తేడాలను ప్రదర్శిస్తాయి. బూడిద రంగు చుక్కలు టాక్సా సమృద్ధిలో గణనీయమైన తేడాను సూచించవు. రంగు చుక్కలు సమృద్ధిలో గణనీయమైన తేడాలను సూచిస్తాయి (p-విలువ ≤ 0.05). నమూనా రకాల మధ్య సమృద్ధిలో అతిపెద్ద తేడాలు కలిగిన టాప్ 20 టాక్సాలను వరుసగా ఎరుపు మరియు లేత నీలం (నియంత్రణ మరియు PPA నమూనాలు)లో చూపించబడ్డాయి. నియంత్రణ లేదా PPA నమూనాలలో నియంత్రణల కంటే పసుపు మరియు ఊదా చుక్కలు కనీసం 2.7 రెట్లు ఎక్కువగా ఉన్నాయి. నల్ల చుక్కలు గణనీయంగా భిన్నమైన సమృద్ధితో టాక్సాను సూచిస్తాయి, సగటు CLR తేడాలు -1 మరియు 1 మధ్య ఉంటాయి. P విలువలను మాన్-విట్నీ U పరీక్షను ఉపయోగించి లెక్కించారు మరియు బెంజమిని-హోచ్‌బర్గ్ విధానాన్ని ఉపయోగించి బహుళ పరీక్షల కోసం సరిదిద్దారు. బోల్డ్ సగటు CLR తేడాలు సమృద్ధిలో గణనీయమైన తేడాలను సూచిస్తాయి.
గట్ సూక్ష్మజీవుల కూర్పును విశ్లేషించిన తర్వాత, మేము మైక్రోబయోమ్ యొక్క క్రియాత్మక వ్యాఖ్యానాన్ని నిర్వహించాము. తక్కువ-నాణ్యత గల జన్యువులను ఫిల్టర్ చేసిన తర్వాత, అన్ని నమూనాలలో మొత్తం 378,355 ప్రత్యేక జన్యువులను గుర్తించారు. ఈ జన్యువుల యొక్క రూపాంతరం చెందిన సమృద్ధిని ప్రధాన భాగాల విశ్లేషణ (PCA) కోసం ఉపయోగించారు మరియు ఫలితాలు వాటి క్రియాత్మక ప్రొఫైల్‌ల ఆధారంగా నమూనా రకాల యొక్క అధిక స్థాయి క్లస్టరింగ్‌ను చూపించాయి (మూర్తి 4).
చిత్రం 4. మౌస్ గట్ మైక్రోబయోమ్ యొక్క ఫంక్షనల్ ప్రొఫైల్‌ను ఉపయోగించి PCA ఫలితాలు. PCA ప్లాట్ వాటి మొదటి రెండు ప్రధాన భాగాలలో నమూనాల పంపిణీని ప్రదర్శిస్తుంది. రంగులు నమూనా రకాన్ని సూచిస్తాయి: PPA-బహిర్గత ఎలుకలు ఊదా రంగులో ఉంటాయి మరియు నియంత్రణ ఎలుకలు పసుపు రంగులో ఉంటాయి. ప్రధాన భాగాలు 1 మరియు 2 వరుసగా x-అక్షం మరియు y-అక్షంపై ప్లాట్ చేయబడ్డాయి మరియు వాటి వివరించిన వ్యత్యాస నిష్పత్తిగా వ్యక్తీకరించబడ్డాయి.
తరువాత మేము వివిధ నమూనా రకాల్లో KEGG నాకౌట్‌ల సమృద్ధిని పరిశీలించాము. మొత్తం 3648 ప్రత్యేకమైన నాకౌట్‌లను గుర్తించాము, వాటిలో 196 నియంత్రణ నమూనాలలో గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉన్నాయి మరియు 106 PPA నమూనాలలో ఎక్కువగా ఉన్నాయి (మూర్తి 5). నియంత్రణ నమూనాలలో మొత్తం 145 జన్యువులు మరియు PPA నమూనాలలో 61 జన్యువులు గుర్తించబడ్డాయి, గణనీయంగా భిన్నమైన సమృద్ధితో. లిపిడ్ మరియు అమైనోషుగర్ జీవక్రియకు సంబంధించిన మార్గాలు PPA నమూనాలలో గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉన్నాయి (అనుబంధ పట్టిక 3). నియంత్రణ నమూనాలలో నైట్రోజన్ జీవక్రియ మరియు సల్ఫర్ రిలే వ్యవస్థలకు సంబంధించిన మార్గాలు గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉన్నాయి (అనుబంధ పట్టిక 3). అమైనోషుగర్/న్యూక్లియోటైడ్ జీవక్రియ (ko:K21279) మరియు ఇనోసిటాల్ ఫాస్ఫేట్ జీవక్రియ (ko:K07291) కు సంబంధించిన జన్యువుల సమృద్ధి PPA నమూనాలలో గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉంది (మూర్తి 5). నియంత్రణ నమూనాలలో బెంజోయేట్ జీవక్రియ (ko:K22270), నైట్రోజన్ జీవక్రియ (ko:K00368), మరియు గ్లైకోలిసిస్/గ్లూకోనోజెనిసిస్ (ko:K00131) (మూర్తి 5) కు సంబంధించిన జన్యువులు గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉన్నాయి.
చిత్రం 5. PPA మరియు నియంత్రణ ఎలుకల గట్ మైక్రోబయోమ్‌లో KOల యొక్క అవకలన సమృద్ధి. అగ్నిపర్వత ప్లాట్ క్రియాత్మక సమూహాల (KOs) సమృద్ధిలో తేడాలను వర్ణిస్తుంది. బూడిద రంగు చుక్కలు నమూనా రకాల మధ్య గణనీయంగా తేడా లేని KOలను సూచిస్తాయి (p-విలువ > 0.05). రంగు చుక్కలు సమృద్ధిలో గణనీయమైన తేడాలను సూచిస్తాయి (p-విలువ ≤ 0.05). నమూనా రకాల మధ్య సమృద్ధిలో అతిపెద్ద తేడాలు కలిగిన 20 KOలు వరుసగా నియంత్రణ మరియు PPA నమూనాలకు అనుగుణంగా ఎరుపు మరియు లేత నీలం రంగులలో చూపబడ్డాయి. పసుపు మరియు ఊదా చుక్కలు వరుసగా నియంత్రణ మరియు PPA నమూనాలలో కనీసం 2.7 రెట్లు ఎక్కువ సమృద్ధిగా ఉన్న KOలను సూచిస్తాయి. నల్ల చుక్కలు -1 మరియు 1 మధ్య సగటు CLR తేడాలతో గణనీయంగా భిన్నమైన సమృద్ధి కలిగిన KOలను సూచిస్తాయి. P విలువలను మాన్-విట్నీ U పరీక్షను ఉపయోగించి లెక్కించారు మరియు బెంజమిని-హోచ్‌బర్గ్ విధానాన్ని ఉపయోగించి బహుళ పోలికల కోసం సర్దుబాటు చేశారు. KO KEGGలో ఒక మార్గానికి చెందినది కాదని NaN సూచిస్తుంది. బోల్డ్ సగటు CLR వ్యత్యాస విలువలు సమృద్ధిలో గణనీయమైన తేడాలను సూచిస్తాయి. జాబితా చేయబడిన KO లు ఏ మార్గాలకు చెందినవో వివరణాత్మక సమాచారం కోసం, అనుబంధ పట్టిక 3 చూడండి.
వ్యాఖ్యానించబడిన జన్యువులలో, 1601 జన్యువులు నమూనా రకాల మధ్య గణనీయంగా భిన్నమైన సమృద్ధిని కలిగి ఉన్నాయి (p ≤ 0.05), ప్రతి జన్యువు కనీసం 2.7 రెట్లు ఎక్కువ సమృద్ధిగా ఉంటుంది. ఈ జన్యువులలో, 4 జన్యువులు నియంత్రణ నమూనాలలో ఎక్కువగా ఉన్నాయి మరియు 1597 జన్యువులు PPA నమూనాలలో ఎక్కువగా ఉన్నాయి. PPA యాంటీమైక్రోబయల్ లక్షణాలను కలిగి ఉన్నందున, నమూనా రకాల మధ్య PPA జీవక్రియ మరియు ఉత్పత్తి జన్యువుల సమృద్ధిని మేము పరిశీలించాము. 1332 PPA జీవక్రియ-సంబంధిత జన్యువులలో, 27 జన్యువులు నియంత్రణ నమూనాలలో గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉన్నాయి మరియు 12 జన్యువులు PPA నమూనాలలో ఎక్కువగా ఉన్నాయి. 223 PPA ఉత్పత్తి-సంబంధిత జన్యువులలో, 1 జన్యువు PPA నమూనాలలో గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉంది. PPA జీవక్రియలో పాల్గొన్న జన్యువుల అధిక సమృద్ధిని Figure 6A మరింత ప్రదర్శిస్తుంది, నియంత్రణ నమూనాలలో మరియు పెద్ద ప్రభావ పరిమాణాలలో గణనీయంగా ఎక్కువ సమృద్ధితో, Figure 6B PPA నమూనాలలో గణనీయంగా ఎక్కువ సమృద్ధిగా గమనించిన వ్యక్తిగత జన్యువులను హైలైట్ చేస్తుంది.
చిత్రం 6. మౌస్ గట్ మైక్రోబయోమ్‌లో PPA-సంబంధిత జన్యువుల అవకలన సమృద్ధి. అగ్నిపర్వత ప్లాట్లు PPA జీవక్రియ (A) మరియు PPA ఉత్పత్తి (B) తో సంబంధం ఉన్న జన్యువుల సమృద్ధిలో తేడాలను వర్ణిస్తాయి. బూడిద రంగు చుక్కలు నమూనా రకాల మధ్య (p-విలువ > 0.05) సమృద్ధిగా గణనీయంగా తేడా లేని జన్యువులను సూచిస్తాయి. రంగు చుక్కలు సమృద్ధిలో గణనీయమైన తేడాలను సూచిస్తాయి (p-విలువ ≤ 0.05). సమృద్ధిలో అతిపెద్ద తేడాలు కలిగిన 20 జన్యువులు వరుసగా ఎరుపు మరియు లేత నీలం (నియంత్రణ మరియు PPA నమూనాలు) లో చూపబడ్డాయి. పసుపు మరియు ఊదా చుక్కల సమృద్ధి నియంత్రణ నమూనాల కంటే నియంత్రణ మరియు PPA నమూనాలలో కనీసం 2.7 రెట్లు ఎక్కువగా ఉంది. నల్ల చుక్కలు గణనీయంగా భిన్నమైన సమృద్ధి కలిగిన జన్యువులను సూచిస్తాయి, సగటు CLR -1 మరియు 1 మధ్య తేడాలు ఉన్నాయి. P విలువలను మాన్-విట్నీ U పరీక్షను ఉపయోగించి లెక్కించారు మరియు బెంజమిని-హోచ్‌బర్గ్ విధానాన్ని ఉపయోగించి బహుళ పోలికల కోసం సరిదిద్దారు. జన్యువులు అనవసరమైన జన్యు కేటలాగ్‌లోని ప్రతినిధి జన్యువులకు అనుగుణంగా ఉంటాయి. జన్యు పేర్లు KO జన్యువును సూచించే KEGG చిహ్నాన్ని కలిగి ఉంటాయి. బోల్డ్ సగటు CLR తేడాలు గణనీయంగా భిన్నమైన సమృద్ధిని సూచిస్తాయి. KEGG డేటాబేస్‌లో జన్యువుకు చిహ్నం లేదని డాష్ (-) సూచిస్తుంది.
PPA జీవక్రియ మరియు/లేదా ఉత్పత్తికి సంబంధించిన జన్యువులతో కూడిన టాక్సాను జన్యువు యొక్క కాంటిగ్ IDతో కాంటిగ్‌ల వర్గీకరణ గుర్తింపును సరిపోల్చడం ద్వారా గుర్తించారు. జాతి స్థాయిలో, 130 జాతులు PPA జీవక్రియకు సంబంధించిన జన్యువులను కలిగి ఉన్నట్లు కనుగొనబడ్డాయి మరియు 61 జాతులు PPA ఉత్పత్తికి సంబంధించిన జన్యువులను కలిగి ఉన్నట్లు కనుగొనబడ్డాయి (అనుబంధ పట్టిక 4). అయితే, ఏ జాతి కూడా సమృద్ధిలో గణనీయమైన తేడాలను చూపించలేదు (p > 0.05).
జాతుల స్థాయిలో, 144 బాక్టీరియా జాతులు PPA జీవక్రియతో సంబంధం ఉన్న జన్యువులను కలిగి ఉన్నట్లు కనుగొనబడ్డాయి మరియు 68 బాక్టీరియా జాతులు PPA ఉత్పత్తితో సంబంధం ఉన్న జన్యువులను కలిగి ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది (అనుబంధ పట్టిక 5). PPA జీవక్రియలలో, ఎనిమిది బ్యాక్టీరియా నమూనా రకాల మధ్య సమృద్ధిలో గణనీయమైన పెరుగుదలను చూపించింది మరియు అన్నీ ప్రభావంలో గణనీయమైన మార్పులను చూపించాయి (అనుబంధ పట్టిక 6). సమృద్ధిలో గణనీయమైన తేడాలతో గుర్తించబడిన అన్ని PPA జీవక్రియలు PPA నమూనాలలో ఎక్కువగా ఉన్నాయి. జాతుల-స్థాయి వర్గీకరణ నమూనా రకాల మధ్య గణనీయంగా తేడా లేని జాతుల ప్రతినిధులను వెల్లడించింది, వీటిలో అనేక బాక్టీరాయిడ్‌లు మరియు రుమినోకాకస్ జాతులు, అలాగే డంకనియా డుబోయిస్, మైక్సోబాక్టీరియం ఎంటెరికా, మోనోకాకస్ పెక్టినోలిటికస్ మరియు ఆల్కాలిజెన్స్ పాలిమార్ఫా ఉన్నాయి. PPA-ఉత్పత్తి చేసే బ్యాక్టీరియాలో, నాలుగు బ్యాక్టీరియా నమూనా రకాల మధ్య సమృద్ధిలో గణనీయమైన తేడాలను చూపించింది. సమృద్ధిలో గణనీయమైన తేడాలు ఉన్న జాతులలో బాక్టీరాయిడ్స్ నోవోరోస్సి, డంకనియా డుబోయిస్, మైక్సోబాక్టీరియం ఎంటెరిటిడిస్ మరియు రుమినోకాకస్ బోవిస్ ఉన్నాయి.
ఈ అధ్యయనంలో, ఎలుకల గట్ మైక్రోబయోటాపై PPA ఎక్స్‌పోజర్ ప్రభావాలను మేము పరిశీలించాము. PPA బ్యాక్టీరియాలో విభిన్న ప్రతిస్పందనలను పొందగలదు ఎందుకంటే ఇది కొన్ని జాతుల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది, ఇతర జాతులచే ఆహార వనరుగా ఉపయోగించబడుతుంది లేదా యాంటీమైక్రోబయల్ ప్రభావాలను కలిగి ఉంటుంది. అందువల్ల, ఆహార పదార్ధాల ద్వారా గట్ వాతావరణంలో దీనిని చేర్చడం వలన సహనం, గ్రహణశీలత మరియు పోషక వనరుగా ఉపయోగించుకునే సామర్థ్యంపై ఆధారపడి విభిన్న ప్రభావాలు ఉండవచ్చు. సున్నితమైన బ్యాక్టీరియా జాతులను తొలగించి, PPAకి ఎక్కువ నిరోధకత కలిగిన లేదా దానిని ఆహార వనరుగా ఉపయోగించుకోగల వాటితో భర్తీ చేయవచ్చు, ఇది గట్ మైక్రోబయోటా కూర్పులో మార్పులకు దారితీస్తుంది. మా ఫలితాలు సూక్ష్మజీవుల కూర్పులో గణనీయమైన తేడాలను వెల్లడించాయి కానీ మొత్తం సూక్ష్మజీవుల వైవిధ్యంపై ఎటువంటి ప్రభావం చూపలేదు. జాతుల స్థాయిలో అతిపెద్ద ప్రభావాలను గమనించారు, PPA మరియు నియంత్రణ నమూనాల మధ్య సమృద్ధిలో 70 కంటే ఎక్కువ టాక్సాలు గణనీయంగా భిన్నంగా ఉన్నాయి (అనుబంధ పట్టిక 2). PPA-బహిర్గత నమూనాల కూర్పు యొక్క మరింత మూల్యాంకనం బహిర్గతం కాని నమూనాలతో పోలిస్తే సూక్ష్మజీవుల జాతుల యొక్క ఎక్కువ వైవిధ్యతను వెల్లడించింది, PPA బ్యాక్టీరియా పెరుగుదల లక్షణాలను పెంచుతుందని మరియు PPA-సమృద్ధ వాతావరణాలలో జీవించగల బ్యాక్టీరియా జనాభాను పరిమితం చేస్తుందని సూచిస్తుంది. అందువల్ల, PPA గట్ మైక్రోబయోటా వైవిధ్యం యొక్క విస్తృత అంతరాయానికి కారణం కాకుండా ఎంపిక చేసిన మార్పులను ప్రేరేపించవచ్చు.
PPA వంటి ఆహార సంరక్షణకారులు గతంలో మొత్తం వైవిధ్యాన్ని ప్రభావితం చేయకుండా గట్ మైక్రోబయోమ్ భాగాల సమృద్ధిని మారుస్తాయని తేలింది (నాగ్‌పాల్ మరియు ఇతరులు, 2021). ఇక్కడ, PPA-బహిర్గత ఎలుకలలో గణనీయంగా సమృద్ధిగా ఉన్న ఫైలమ్ బాక్టీరాయిడెట్స్ (గతంలో బాక్టీరాయిడెట్స్ అని పిలువబడేవి) లోని బాక్టీరాయిడెట్స్ జాతుల మధ్య అత్యంత అద్భుతమైన తేడాలను మేము గమనించాము. బాక్టీరాయిడెస్ జాతుల పెరుగుదల శ్లేష్మ క్షీణతతో ముడిపడి ఉంటుంది, ఇది సంక్రమణ ప్రమాదాన్ని పెంచుతుంది మరియు వాపును ప్రోత్సహిస్తుంది (కార్నిక్ మరియు ఇతరులు, 2015; దేశాయ్ మరియు ఇతరులు, 2016; పెన్జోల్ మరియు ఇతరులు., 2019). బాక్టీరాయిడెస్ ఫ్రాగిలిస్‌తో చికిత్స పొందిన నియోనాటల్ మగ ఎలుకలు ఆటిజం స్పెక్ట్రమ్ డిజార్డర్ (ASD)ని గుర్తుచేసే సామాజిక ప్రవర్తనలను ప్రదర్శించాయని ఒక అధ్యయనం కనుగొంది (కార్మెల్ మరియు ఇతరులు, 2023), మరియు ఇతర అధ్యయనాలు బాక్టీరాయిడెస్ జాతులు రోగనిరోధక కార్యకలాపాలను మార్చగలవని మరియు ఆటో ఇమ్యూన్ ఇన్ఫ్లమేటరీ కార్డియోమయోపతికి దారితీస్తాయని చూపించాయి (గిల్-క్రూజ్ మరియు ఇతరులు, 2019). PPA కి గురైన ఎలుకలలో రుమినోకాకస్, ప్రీవోటెల్లా మరియు పారాబాక్టీరాయిడ్స్ జాతికి చెందిన జాతులు కూడా గణనీయంగా పెరిగాయి (కోరెట్టి మరియు ఇతరులు, 2018). కొన్ని రుమినోకాకస్ జాతులు ప్రోఇన్‌ఫ్లమేటరీ సైటోకిన్‌ల ఉత్పత్తి ద్వారా క్రోన్'స్ వ్యాధి వంటి వ్యాధులతో సంబంధం కలిగి ఉంటాయి (హెంకే మరియు ఇతరులు, 2019), అయితే ప్రీవోటెల్లా హ్యూమాని వంటి ప్రీవోటెల్లా జాతులు రక్తపోటు మరియు ఇన్సులిన్ సున్నితత్వం వంటి జీవక్రియ వ్యాధులతో సంబంధం కలిగి ఉంటాయి (పెడెర్సెన్ మరియు ఇతరులు, 2016; లి మరియు ఇతరులు, 2017). చివరగా, బాక్టీరాయిడెట్స్ జాతుల మొత్తం సమృద్ధి కారణంగా నియంత్రణ ఎలుకలలో కంటే బాక్టీరాయిడెట్స్ (గతంలో ఫర్మిక్యూట్స్ అని పిలుస్తారు) బాక్టీరాయిడెట్స్ నిష్పత్తి PPA- బహిర్గత ఎలుకలలో గణనీయంగా తక్కువగా ఉందని మేము కనుగొన్నాము. ఈ నిష్పత్తి గతంలో పేగు హోమియోస్టాసిస్ యొక్క ముఖ్యమైన సూచికగా చూపబడింది మరియు ఈ నిష్పత్తిలో ఆటంకాలు వివిధ వ్యాధి స్థితులతో సంబంధం కలిగి ఉన్నాయి (టర్పిన్ మరియు ఇతరులు, 2016; టకేజావా మరియు ఇతరులు, 2021; అన్ మరియు ఇతరులు, 2023), వీటిలో ఇన్ఫ్లమేటరీ ప్రేగు వ్యాధులు (స్టోజనోవ్ మరియు ఇతరులు, 2020) ఉన్నాయి. సమిష్టిగా, ఫైలమ్ బాక్టీరాయిడెట్స్ యొక్క జాతులు అధిక ఆహార PPA ద్వారా ఎక్కువగా ప్రభావితమైనట్లు కనిపిస్తాయి. ఇది PPAకి అధిక సహనం లేదా PPAని శక్తి వనరుగా ఉపయోగించుకునే సామర్థ్యం వల్ల కావచ్చు, ఇది కనీసం ఒక జాతికి నిజమని తేలింది, హోయ్లెసెల్లా ఎనోసియా (హిచ్ మరియు ఇతరులు, 2022). ప్రత్యామ్నాయంగా, తల్లి PPA ఎక్స్పోజర్ ఎలుక సంతానం యొక్క ప్రేగు బాక్టీరాయిడెట్స్ వలసరాజ్యానికి ఎక్కువ అవకాశం కలిగి ఉండటం ద్వారా పిండం అభివృద్ధిని పెంచుతుంది; అయితే, మా అధ్యయన రూపకల్పన అటువంటి అంచనాను అనుమతించలేదు.
PPA జీవక్రియ మరియు ఉత్పత్తికి సంబంధించిన జన్యువుల సమృద్ధిలో మెటాజెనోమిక్ కంటెంట్ అంచనా గణనీయమైన తేడాలను వెల్లడించింది, PPA-బహిర్గత ఎలుకలు PPA ఉత్పత్తికి కారణమైన జన్యువుల అధిక సమృద్ధిని ప్రదర్శించాయి, అయితే PPA-బహిర్గత ఎలుకలు PAA జీవక్రియకు కారణమైన జన్యువుల అధిక సమృద్ధిని ప్రదర్శించాయి (మూర్తి 6). ఈ ఫలితాలు సూక్ష్మజీవుల కూర్పుపై PPA ప్రభావం దాని ఉపయోగం వల్ల మాత్రమే కాకపోవచ్చు, లేకపోతే PPA జీవక్రియతో సంబంధం ఉన్న జన్యువుల సమృద్ధి PPA-బహిర్గత ఎలుకల గట్ మైక్రోబయోమ్‌లో అధిక సమృద్ధిని చూపించి ఉండాలి. ఒక వివరణ ఏమిటంటే, PPA బ్యాక్టీరియా సమృద్ధిని ప్రధానంగా దాని యాంటీమైక్రోబయల్ ప్రభావాల ద్వారా మధ్యవర్తిత్వం చేస్తుంది, బ్యాక్టీరియా పోషకంగా ఉపయోగించడం ద్వారా కాదు. మునుపటి అధ్యయనాలు PPA సాల్మొనెల్లా టైఫిమురియం పెరుగుదలను మోతాదు-ఆధారిత పద్ధతిలో నిరోధిస్తుందని చూపించాయి (జాకబ్సన్ మరియు ఇతరులు, 2018). PPA యొక్క అధిక సాంద్రతలకు గురికావడం దాని యాంటీమైక్రోబయల్ లక్షణాలకు నిరోధకత కలిగిన బ్యాక్టీరియా కోసం ఎంచుకోవచ్చు మరియు తప్పనిసరిగా దానిని జీవక్రియ చేయలేకపోవచ్చు లేదా ఉత్పత్తి చేయలేకపోవచ్చు. ఉదాహరణకు, అనేక పారాబాక్టీరాయిడ్స్ జాతులు PPA నమూనాలలో గణనీయంగా అధిక సమృద్ధిని చూపించాయి, కానీ PPA జీవక్రియ లేదా ఉత్పత్తికి సంబంధించిన జన్యువులు కనుగొనబడలేదు (అనుబంధ పట్టికలు 2, 4, మరియు 5). ఇంకా, కిణ్వ ప్రక్రియ ఉప ఉత్పత్తిగా PPA ఉత్పత్తి వివిధ బ్యాక్టీరియాలలో విస్తృతంగా పంపిణీ చేయబడింది (గొంజాలెజ్-గార్సియా మరియు ఇతరులు, 2017). నియంత్రణ నమూనాలలో PPA జీవక్రియకు సంబంధించిన జన్యువులు అధికంగా ఉండటానికి అధిక బ్యాక్టీరియా వైవిధ్యం కారణం కావచ్చు (అవెరినా మరియు ఇతరులు, 2020). ఇంకా, 1332 జన్యువులలో 27 (2.14%) మాత్రమే PPA జీవక్రియతో ప్రత్యేకంగా సంబంధం ఉన్న జన్యువులుగా అంచనా వేయబడ్డాయి. PPA జీవక్రియతో సంబంధం ఉన్న అనేక జన్యువులు ఇతర జీవక్రియ మార్గాలలో కూడా పాల్గొంటాయి. PPA జీవక్రియలో పాల్గొన్న జన్యువుల సమృద్ధి నియంత్రణ నమూనాలలో ఎక్కువగా ఉందని ఇది మరింత నిరూపిస్తుంది; ఈ జన్యువులు PPA వినియోగం లేదా ఉప ఉత్పత్తిగా ఏర్పడటానికి దారితీయని మార్గాల్లో పనిచేయవచ్చు. ఈ సందర్భంలో, PPA ఉత్పత్తితో సంబంధం ఉన్న ఒక జన్యువు మాత్రమే నమూనా రకాల మధ్య సమృద్ధిలో గణనీయమైన తేడాలను చూపించింది. PPA జీవక్రియతో సంబంధం ఉన్న జన్యువులకు విరుద్ధంగా, PPA ఉత్పత్తికి మార్కర్ జన్యువులను ఎంపిక చేశారు ఎందుకంటే అవి PPA ఉత్పత్తికి బ్యాక్టీరియా మార్గంలో ప్రత్యక్షంగా పాల్గొంటాయి. PPA-బహిర్గత ఎలుకలలో, అన్ని జాతులు PPA ఉత్పత్తి చేసే సమృద్ధి మరియు సామర్థ్యాన్ని గణనీయంగా పెంచినట్లు కనుగొనబడింది. PPAలు PPA ఉత్పత్తిదారులను ఎంచుకుంటాయనే అంచనాకు ఇది మద్దతు ఇస్తుంది మరియు అందువల్ల PPA ఉత్పత్తి సామర్థ్యం పెరుగుతుందని అంచనా వేస్తుంది. అయితే, జన్యు సమృద్ధి తప్పనిసరిగా జన్యు వ్యక్తీకరణతో సంబంధం కలిగి ఉండదు; అందువల్ల, PPA జీవక్రియతో సంబంధం ఉన్న జన్యువుల సమృద్ధి నియంత్రణ నమూనాలలో ఎక్కువగా ఉన్నప్పటికీ, వ్యక్తీకరణ రేటు భిన్నంగా ఉండవచ్చు (షి మరియు ఇతరులు, 2014). PPA-ఉత్పత్తి చేసే జన్యువుల ప్రాబల్యం మరియు PPA ఉత్పత్తి మధ్య సంబంధాన్ని నిర్ధారించడానికి, PPA ఉత్పత్తిలో పాల్గొన్న జన్యువుల వ్యక్తీకరణ యొక్క అధ్యయనాలు అవసరం.
PPA మరియు నియంత్రణ మెటాజినోమ్‌ల యొక్క క్రియాత్మక వ్యాఖ్యానం కొన్ని తేడాలను వెల్లడించింది. జన్యు కంటెంట్ యొక్క PCA విశ్లేషణ PPA మరియు నియంత్రణ నమూనాల మధ్య వివిక్త సమూహాలను వెల్లడించింది (మూర్తి 5). నమూనా లోపల క్లస్టరింగ్ నియంత్రణ జన్యు కంటెంట్ మరింత వైవిధ్యంగా ఉందని వెల్లడించింది, అయితే PPA నమూనాలు కలిసి క్లస్టర్ చేయబడ్డాయి. జన్యు కంటెంట్ ద్వారా క్లస్టరింగ్ జాతుల కూర్పు ద్వారా క్లస్టరింగ్‌తో పోల్చవచ్చు. అందువల్ల, పాత్వే సమృద్ధిలో తేడాలు వాటిలోని నిర్దిష్ట జాతులు మరియు జాతుల సమృద్ధిలో మార్పులకు అనుగుణంగా ఉంటాయి. PPA నమూనాలలో, గణనీయంగా ఎక్కువ సమృద్ధి ఉన్న రెండు మార్గాలు అమైనోషుగర్/న్యూక్లియోటైడ్ చక్కెర జీవక్రియ (ko:K21279) మరియు బహుళ లిపిడ్ జీవక్రియ మార్గాలకు సంబంధించినవి (ko:K00647, ko:K03801; అనుబంధ పట్టిక 3). ko:K21279 తో అనుబంధించబడిన జన్యువులు PPA నమూనాలలో గణనీయంగా ఎక్కువ సంఖ్యలో జాతులను కలిగి ఉన్న జాతులలో ఒకటైన బాక్టీరాయిడ్స్ జాతితో సంబంధం కలిగి ఉన్నాయని తెలిసింది. ఈ ఎంజైమ్ క్యాప్సులర్ పాలిసాకరైడ్‌లను వ్యక్తీకరించడం ద్వారా రోగనిరోధక ప్రతిస్పందనను తప్పించుకోగలదు (వాంగ్ మరియు ఇతరులు, 2008). PPA-బహిర్గత ఎలుకలలో గమనించిన బాక్టీరాయిడెట్‌ల పెరుగుదలకు ఇది కారణం కావచ్చు. ఇది PPA మైక్రోబయోమ్‌లో గమనించిన పెరిగిన కొవ్వు ఆమ్ల సంశ్లేషణను పూర్తి చేస్తుంది. బాక్టీరియా కొవ్వు ఆమ్లాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి FASIIko:K00647 (fabB) మార్గాన్ని ఉపయోగిస్తుంది, ఇది హోస్ట్ జీవక్రియ మార్గాలను ప్రభావితం చేస్తుంది (యావో మరియు రాక్, 2015; జాన్సన్ మరియు ఇతరులు, 2020), మరియు లిపిడ్ జీవక్రియలో మార్పులు న్యూరో డెవలప్‌మెంట్‌లో పాత్ర పోషిస్తాయి (యు మరియు ఇతరులు, 2020). PPA నమూనాలలో పెరిగిన సమృద్ధిని చూపించే మరొక మార్గం స్టెరాయిడ్ హార్మోన్ బయోసింథసిస్ (ko:K12343). గట్ మైక్రోబయోటా హార్మోన్ స్థాయిలను ప్రభావితం చేసే సామర్థ్యం మరియు హార్మోన్ల ద్వారా ప్రభావితమయ్యే సామర్థ్యం మధ్య విలోమ సంబంధం ఉందని పెరుగుతున్న ఆధారాలు ఉన్నాయి, అంటే పెరిగిన స్టెరాయిడ్ స్థాయిలు దిగువ ఆరోగ్య పరిణామాలను కలిగి ఉండవచ్చు (Tetel మరియు ఇతరులు, 2018).
ఈ అధ్యయనంలో పరిమితులు మరియు పరిగణనలు లేవు. ఒక ముఖ్యమైన వ్యత్యాసం ఏమిటంటే, మేము జంతువుల శారీరక అంచనాలను నిర్వహించలేదు. అందువల్ల, మైక్రోబయోమ్‌లో మార్పులు ఏదైనా వ్యాధితో సంబంధం కలిగి ఉన్నాయా అని నేరుగా నిర్ధారించడం సాధ్యం కాదు. మరొక పరిశీలన ఏమిటంటే, ఈ అధ్యయనంలోని ఎలుకలకు వాటి తల్లుల మాదిరిగానే ఆహారం ఇవ్వబడింది. PPA-రిచ్ డైట్ నుండి PPA-ఫ్రీ డైట్‌కు మారడం వల్ల మైక్రోబయోమ్‌పై దాని ప్రభావాలు మెరుగుపడతాయో లేదో భవిష్యత్తు అధ్యయనాలు నిర్ణయించవచ్చు. మా అధ్యయనం యొక్క ఒక పరిమితి, అనేక ఇతర వాటిలాగే, పరిమిత నమూనా పరిమాణం. చెల్లుబాటు అయ్యే తీర్మానాలను తీసుకోగలిగినప్పటికీ, ఫలితాలను విశ్లేషించేటప్పుడు పెద్ద నమూనా పరిమాణం ఎక్కువ గణాంక శక్తిని అందిస్తుంది. గట్ మైక్రోబయోమ్‌లో మార్పులు మరియు ఏదైనా వ్యాధి మధ్య సంబంధం గురించి తీర్మానాలు చేయడంలో కూడా మేము జాగ్రత్తగా ఉన్నాము (యాప్ మరియు ఇతరులు, 2021). వయస్సు, లింగం మరియు ఆహారంతో సహా గందరగోళ కారకాలు సూక్ష్మజీవుల కూర్పును గణనీయంగా ప్రభావితం చేస్తాయి. సంక్లిష్ట వ్యాధులతో గట్ మైక్రోబయోమ్ అనుబంధానికి సంబంధించి సాహిత్యంలో గమనించిన అసమానతలను ఈ కారకాలు వివరించవచ్చు (జాన్సన్ మరియు ఇతరులు, 2019; లాగోడ్ మరియు నాజర్, 2023). ఉదాహరణకు, ASD ఉన్న జంతువులు మరియు మానవులలో బాక్టీరాయిడెట్స్ జాతికి చెందిన సభ్యులు పెరిగినట్లు లేదా తగ్గినట్లు చూపబడింది (ఏంజెలిస్ మరియు ఇతరులు, 2013; కుషాక్ మరియు ఇతరులు, 2017). అదేవిధంగా, తాపజనక ప్రేగు వ్యాధులతో బాధపడుతున్న రోగులలో గట్ కూర్పుపై చేసిన అధ్యయనాలు ఒకే టాక్సాలో పెరుగుదల మరియు తగ్గుదల రెండింటినీ కనుగొన్నాయి (వాల్టర్స్ మరియు ఇతరులు, 2014; ఫోర్బ్స్ మరియు ఇతరులు, 2018; ఉపాధ్యాయ్ మరియు ఇతరులు, 2023). లింగ పక్షపాతం యొక్క ప్రభావాన్ని పరిమితం చేయడానికి, తేడాలు ఎక్కువగా ఆహారం ద్వారా నడపబడేలా లింగాల సమాన ప్రాతినిధ్యాన్ని నిర్ధారించడానికి మేము ప్రయత్నించాము. ఫంక్షనల్ ఉల్లేఖనం యొక్క ఒక సవాలు అనవసరమైన జన్యు శ్రేణుల తొలగింపు. మా జన్యు క్లస్టరింగ్ పద్ధతికి 95% శ్రేణి గుర్తింపు మరియు 85% పొడవు సారూప్యత, అలాగే తప్పుడు క్లస్టరింగ్‌ను తొలగించడానికి 90% అమరిక కవరేజ్ అవసరం. అయితే, కొన్ని సందర్భాల్లో, మేము ఒకే ఉల్లేఖనాలతో COGలను గమనించాము (ఉదా., MUT) (Fig. 6). ఈ ఆర్థోలాగ్‌లు విభిన్నంగా ఉన్నాయా, నిర్దిష్ట జాతులతో సంబంధం కలిగి ఉన్నాయా లేదా ఇది జన్యు క్లస్టరింగ్ విధానం యొక్క పరిమితినా అని నిర్ధారించడానికి మరిన్ని అధ్యయనాలు అవసరం. క్రియాత్మక వ్యాఖ్యానం యొక్క మరొక పరిమితి సంభావ్య తప్పుడు వర్గీకరణ; బాక్టీరియల్ జన్యువు mmdA అనేది ప్రొపియోనేట్ సంశ్లేషణలో పాల్గొన్న తెలిసిన ఎంజైమ్, కానీ KEGG దీనిని ప్రొపియోనేట్ జీవక్రియ మార్గంతో అనుబంధించదు. దీనికి విరుద్ధంగా, scpB మరియు mmcD ఆర్థోలాగ్‌లు సంబంధించినవి. నియమించబడిన నాకౌట్‌లు లేని పెద్ద సంఖ్యలో జన్యువులు జన్యు సమృద్ధిని అంచనా వేసేటప్పుడు PPA-సంబంధిత జన్యువులను గుర్తించలేకపోవచ్చు. భవిష్యత్ అధ్యయనాలు మెటాట్రాన్స్క్రిప్టోమ్ విశ్లేషణ నుండి ప్రయోజనం పొందుతాయి, ఇది గట్ మైక్రోబయోటా యొక్క క్రియాత్మక లక్షణాల గురించి లోతైన అవగాహనను అందిస్తుంది మరియు సంభావ్య దిగువ ప్రభావాలకు జన్యు వ్యక్తీకరణను లింక్ చేస్తుంది. నిర్దిష్ట న్యూరో డెవలప్‌మెంటల్ డిజార్డర్స్ లేదా ఇన్ఫ్లమేటరీ బవెల్ వ్యాధులతో కూడిన అధ్యయనాల కోసం, సూక్ష్మజీవుల కూర్పులో మార్పులను ఈ రుగ్మతలకు అనుసంధానించడానికి జంతువుల శారీరక మరియు ప్రవర్తనా అంచనాలు అవసరం. గట్ మైక్రోబయోమ్‌ను జెర్మ్-ఫ్రీ ఎలుకలలోకి మార్పిడి చేసే అదనపు అధ్యయనాలు కూడా మైక్రోబయోమ్ వ్యాధికి చోదకమా లేదా లక్షణమా అని నిర్ణయించడానికి ఉపయోగపడతాయి.
సారాంశంలో, ఆహార PPA గట్ మైక్రోబయోటా యొక్క కూర్పును మార్చడంలో ఒక కారకంగా పనిచేస్తుందని మేము నిరూపించాము. PPA అనేది వివిధ ఆహారాలలో విస్తృతంగా కనిపించే FDA-ఆమోదించిన సంరక్షణకారి, ఇది దీర్ఘకాలికంగా బహిర్గతం అయినప్పుడు, సాధారణ గట్ వృక్షజాలం యొక్క అంతరాయానికి దారితీస్తుంది. అనేక బ్యాక్టీరియా సమృద్ధిగా మార్పులను మేము కనుగొన్నాము, PPA గట్ మైక్రోబయోటా యొక్క కూర్పును ప్రభావితం చేస్తుందని సూచిస్తుంది. మైక్రోబయోటాలో మార్పులు కొన్ని జీవక్రియ మార్గాల స్థాయిలలో మార్పులకు దారితీయవచ్చు, ఇది హోస్ట్ ఆరోగ్యానికి సంబంధించిన శారీరక మార్పులకు దారితీస్తుంది. సూక్ష్మజీవుల కూర్పుపై ఆహార PPA యొక్క ప్రభావాలు డైస్బియోసిస్ లేదా ఇతర వ్యాధులకు దారితీస్తాయో లేదో తెలుసుకోవడానికి మరిన్ని అధ్యయనాలు అవసరం. ఈ అధ్యయనం గట్ కూర్పుపై PPA ప్రభావాలు మానవ ఆరోగ్యాన్ని ఎలా ప్రభావితం చేస్తాయనే దానిపై భవిష్యత్తు అధ్యయనాలకు పునాది వేస్తుంది.
ఈ అధ్యయనంలో సమర్పించబడిన డేటాసెట్‌లు ఆన్‌లైన్ రిపోజిటరీలలో అందుబాటులో ఉన్నాయి. రిపోజిటరీ పేరు మరియు యాక్సెషన్ నంబర్: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/, PRJNA1092431.
ఈ జంతు అధ్యయనాన్ని యూనివర్సిటీ ఆఫ్ సెంట్రల్ ఫ్లోరిడా ఇన్స్టిట్యూషనల్ యానిమల్ కేర్ అండ్ యూజ్ కమిటీ (UCF-IACUC) ఆమోదించింది (జంతు వినియోగ అనుమతి సంఖ్య: PROTO202000002). ఈ అధ్యయనం స్థానిక చట్టాలు, నిబంధనలు మరియు సంస్థాగత అవసరాలకు అనుగుణంగా ఉంటుంది.
NG: కాన్సెప్చువలైజేషన్, డేటా క్యూరేషన్, ఫార్మల్ అనాలిసిస్, ఇన్వెస్టిగేషన్, మెథడాలజీ, సాఫ్ట్‌వేర్, విజువలైజేషన్, రైటింగ్ (ఒరిజినల్ డ్రాఫ్ట్), రైటింగ్ (రివ్యూ & ఎడిటింగ్). LA: కాన్సెప్చువలైజేషన్, డేటా క్యూరేషన్, మెథడాలజీ, రిసోర్సెస్, రైటింగ్ (రివ్యూ & ఎడిటింగ్). SH: ఫార్మల్ అనాలిసిస్, సాఫ్ట్‌వేర్, రైటింగ్ (రివ్యూ & ఎడిటింగ్). SA: ఇన్వెస్టిగేషన్, రైటింగ్ (రివ్యూ & ఎడిటింగ్). చీఫ్ జడ్జ్: ఇన్వెస్టిగేషన్, రైటింగ్ (రివ్యూ & ఎడిటింగ్). SN: కాన్సెప్చువలైజేషన్, ప్రాజెక్ట్ అడ్మినిస్ట్రేషన్, రిసోర్సెస్, సూపర్‌విజన్, రైటింగ్ (రివ్యూ & ఎడిటింగ్). TA: కాన్సెప్చువలైజేషన్, ప్రాజెక్ట్ అడ్మినిస్ట్రేషన్, సూపర్‌విజన్, రైటింగ్ (రివ్యూ & ఎడిటింగ్).
ఈ వ్యాసం యొక్క పరిశోధన, రచయిత హక్కు మరియు/లేదా ప్రచురణకు తమకు ఎటువంటి ఆర్థిక సహాయం అందలేదని రచయితలు ప్రకటించారు.
ఆసక్తి సంఘర్షణగా భావించే వాణిజ్య లేదా ఆర్థిక సంబంధాలు లేనప్పుడు పరిశోధన నిర్వహించబడిందని రచయితలు ప్రకటించారు. వర్తించదు.
ఈ వ్యాసంలో వ్యక్తీకరించబడిన అన్ని అభిప్రాయాలు పూర్తిగా రచయితల అభిప్రాయాలు మరియు వారి సంస్థలు, ప్రచురణకర్తలు, సంపాదకులు లేదా సమీక్షకుల అభిప్రాయాలను ప్రతిబింబించవు. ఈ వ్యాసంలో మూల్యాంకనం చేయబడిన ఏవైనా ఉత్పత్తులు లేదా వాటి తయారీదారులు చేసిన ఏవైనా క్లెయిమ్‌లకు ప్రచురణకర్త హామీ ఇవ్వరు లేదా ఆమోదించరు.
ఈ వ్యాసం కోసం అనుబంధ విషయాలను ఆన్‌లైన్‌లో చూడవచ్చు: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frmbi.2024.1451735/full#supplementary-material
అబ్దేల్లి LS, సంసమ్ A, నాసర్ SA (2019). ఆటిజం స్పెక్ట్రమ్ రుగ్మతలలో PTEN/AKT మార్గాన్ని నియంత్రించడం ద్వారా ప్రొపియోనిక్ ఆమ్లం గ్లియోసిస్ మరియు న్యూరోఇన్ఫ్లమేషన్‌ను ప్రేరేపిస్తుంది. శాస్త్రీయ నివేదికలు 9, 8824–8824. doi: 10.1038/s41598-019-45348-z
ఐచిసన్, జె. (1982). కూర్పు డేటా యొక్క గణాంక విశ్లేషణ. జెఆర్ స్టాట్ సోక్ సెర్ బి మెథడోల్. 44, 139–160. doi: 10.1111/j.2517-6161.1982.tb01195.x
ఆహ్న్ జె, క్వాన్ హెచ్, కిమ్ వైజె (2023). రొమ్ము క్యాన్సర్‌కు ప్రమాద కారకంగా ఫర్మిక్యూట్స్/బ్యాక్టీరాయిడెట్స్ నిష్పత్తి. జర్నల్ ఆఫ్ క్లినికల్ మెడిసిన్, 12, 2216. doi: 10.3390/jcm12062216
ఆండర్స్ ఎస్., హుబెర్ డబ్ల్యూ. (2010). సీక్వెన్స్ కౌంట్ డేటా యొక్క డిఫరెన్షియల్ ఎక్స్‌ప్రెషన్ విశ్లేషణ. నాట్ మునుపటి. 1–1, 1–10. doi: 10.1038/npre.2010.4282.1
ఏంజెలిస్, MD, పిక్కోలో, M., వన్నిని, L., సిరగుసా, S., గియాకోమో, AD, సెరాజానెట్టి, DI, మరియు ఇతరులు. (2013). ఆటిజం మరియు విస్తృతమైన అభివృద్ధి రుగ్మత ఉన్న పిల్లలలో మల మైక్రోబయోటా మరియు జీవక్రియ వేరే విధంగా పేర్కొనబడలేదు. PloS One 8, e76993. doi: 10.1371/జర్నల్.pone.0076993
అవెరినా OV, కోవ్టున్ AS, పోలియకోవా SI, సవిలోవా AM, రెబ్రికోవ్ DV, డానిలెంకో VN (2020). ఆటిజం స్పెక్ట్రమ్ రుగ్మతలు ఉన్న చిన్న పిల్లలలో పేగు మైక్రోబయోటా యొక్క బాక్టీరియల్ న్యూరోమెటబాలిక్ లక్షణాలు. జర్నల్ ఆఫ్ మెడికల్ మైక్రోబయాలజీ 69, 558–571. doi: 10.1099/jmm.0.001178
బాక్వెరో ఎఫ్., నోంబెలా కె. (2012). మానవ అవయవంగా సూక్ష్మజీవి. క్లినికల్ మైక్రోబయాలజీ అండ్ ఇన్ఫెక్షన్ 18, 2–4. doi: 10.1111/j.1469-0691.2012.03916.x
బౌర్ టి., డ్యూర్ పి. (2023). ప్రొపియోనిక్ ఆమ్లం ఉత్పత్తి చేసే బ్యాక్టీరియా యొక్క శరీరధర్మశాస్త్రంలో కొత్త అంతర్దృష్టులు: అనారోటిగ్నమ్ ప్రొపియోనికమ్ మరియు అనారోటిగ్నమ్ నియోప్రొపియోనికమ్ (గతంలో క్లోస్ట్రిడియం ప్రొపియోనికమ్ మరియు క్లోస్ట్రిడియం నియోప్రొపియోనికమ్). సూక్ష్మజీవులు 11, 685. doi: 10.3390/microorganisms11030685
Bazer FW, స్పెన్సర్ TE, Wu G, Cudd TA, Meininger SJ (2004). తల్లి పోషణ మరియు పిండం అభివృద్ధి. J Nutr. 134, 2169–2172. doi: 10.1093/jn/134.9.2169
బెంజమిని, వై., మరియు హోచ్‌బర్గ్, జె. (1995). తప్పుడు-సానుకూల రేటును నియంత్రించడం: బహుళ పరీక్షలకు ఆచరణాత్మక మరియు సమర్థవంతమైన విధానం. జెఆర్ స్టాట్ సోక్ సెర్ బి మెథడోల్. 57, 289–300. doi: 10.1111/j.2517-6161.1995.tb02031.x