శిలీంధ్రనాశక కారకం మరియు సాధారణ ఆహార సంకలితమైన ప్రొపియోనిక్ ఆమ్లం (PPA), ఎలుకలలో అసాధారణ నాడీ అభివృద్ధికి కారణమవుతుందని తేలింది. ఇది జీర్ణాశయ పనితీరు లోపంతో కూడి ఉంటుంది, దీనికి గట్ డైస్బయోసిస్ కారణం కావచ్చు. ఆహారంలో PPA వాడకానికి మరియు గట్ మైక్రోబయోటా డైస్బయోసిస్కు మధ్య ఒక సంబంధం ఉందని సూచించబడింది, కానీ దానిపై ప్రత్యక్షంగా పరిశోధన జరగలేదు. ఇక్కడ, మేము డైస్బయోసిస్కు దారితీయగల గట్ మైక్రోబయోటా కూర్పులో PPA-సంబంధిత మార్పులను పరిశోధించాము. సూక్ష్మజీవుల కూర్పు మరియు బ్యాక్టీరియా జీవక్రియ మార్గాలలో తేడాలను అంచనా వేయడానికి, చికిత్స చేయని ఆహారం తినిపించిన ఎలుకల (n=9) మరియు PPA-సమృద్ధి చెందిన ఆహారం తినిపించిన ఎలుకల (n=13) గట్ మైక్రోబయోమ్లను లాంగ్-రేంజ్ మెటాజెనోమిక్ సీక్వెన్సింగ్ ఉపయోగించి సీక్వెన్స్ చేశాము. ఆహారంలోని PPA, అనేక బాక్టీరాయిడ్స్, ప్రివోటెల్లా మరియు రూమినోకాకస్ జాతులతో సహా ముఖ్యమైన టాక్సాల సమృద్ధి పెరుగుదలతో సంబంధం కలిగి ఉంది, వీటిలోని సభ్యులు గతంలో PPA ఉత్పత్తిలో పాలుపంచుకున్నట్లు సూచించబడ్డారు. PPAకు గురైన ఎలుకల మైక్రోబయోమ్లలో లిపిడ్ జీవక్రియ మరియు స్టెరాయిడ్ హార్మోన్ల జీవసంశ్లేషణకు సంబంధించిన మార్గాలు కూడా ఎక్కువగా ఉన్నాయి. మా ఫలితాలు PPA పేగులోని సూక్ష్మజీవులను మరియు వాటికి సంబంధించిన జీవక్రియ మార్గాలను మార్చగలదని సూచిస్తున్నాయి. గమనించిన ఈ మార్పులు, వినియోగానికి సురక్షితమైనవిగా వర్గీకరించబడిన ప్రిజర్వేటివ్లు పేగులోని సూక్ష్మజీవుల కూర్పును మరియు తద్వారా మానవ ఆరోగ్యాన్ని ప్రభావితం చేయగలవని స్పష్టం చేస్తున్నాయి. వాటిలో, విశ్లేషించబడుతున్న వర్గీకరణ స్థాయిని బట్టి P, G లేదా S ఎంపిక చేయబడుతుంది. తప్పుడు పాజిటివ్ వర్గీకరణల ప్రభావాన్ని తగ్గించడానికి, 1e-4 (1/10,000 రీడ్స్) యొక్క కనీస సాపేక్ష సమృద్ధి థ్రెషోల్డ్ స్వీకరించబడింది. గణాంక విశ్లేషణకు ముందు, బ్రాకెన్ నివేదించిన సాపేక్ష సమృద్ధి (fraction_total_reads) సెంటర్డ్ లాగ్-రేషియో (CLR) ట్రాన్స్ఫర్మేషన్ (ఐచిసన్, 1982) ఉపయోగించి రూపాంతరం చేయబడింది. డేటా ట్రాన్స్ఫర్మేషన్ కోసం CLR పద్ధతి ఎంపిక చేయబడింది, ఎందుకంటే ఇది స్కేల్-ఇన్వేరియంట్ మరియు నాన్-స్పార్స్ డేటాసెట్లకు సరిపోతుంది (గ్లోర్ మరియు ఇతరులు, 2017). CLR ట్రాన్స్ఫర్మేషన్ సహజ లాగరిథమ్ను ఉపయోగిస్తుంది. బ్రాకెన్ నివేదించిన కౌంట్ డేటా రిలేటివ్ లాగ్ ఎక్స్ప్రెషన్ (RLE) (ఆండర్స్ మరియు హ్యూబర్, 2010) ఉపయోగించి సాధారణీకరించబడింది. మ్యాట్ప్లాట్లిబ్ v. 3.7.1, సీబోర్న్ v. 3.7.2 మరియు సీక్వెన్షియల్ లాగరిథమ్ల (గ్లోర్ మరియు ఇతరులు, 2017) కలయికను ఉపయోగించి చిత్రాలు రూపొందించబడ్డాయి. 0.12.2 మరియు స్టాంటానోటేషన్స్ v. 0.5.0 (హంటర్, 2007; వాస్కోమ్, 2021; చార్లియర్ మరియు ఇతరులు, 2022). సాధారణీకరించిన బ్యాక్టీరియా గణనలను ఉపయోగించి ప్రతి నమూనాకు బాసిల్లస్/బాక్టీరాయిడెట్స్ నిష్పత్తిని లెక్కించారు. పట్టికలలో నివేదించబడిన విలువలు 4 దశాంశ స్థానాలకు గుండ్రంగా చేయబడ్డాయి. క్రాకెన్టూల్స్ v. 1.2 ప్యాకేజీలో (లూ మరియు ఇతరులు, 2022) అందించిన alpha_diversity.py స్క్రిప్ట్ను ఉపయోగించి సింప్సన్ వైవిధ్య సూచికను లెక్కించారు. బ్రాకెన్ నివేదిక స్క్రిప్ట్లో అందించబడింది మరియు -an పరామితి కోసం సింప్సన్ సూచిక "Si" అందించబడింది. సమృద్ధిలో గణనీయమైన వ్యత్యాసాలు సగటు CLR వ్యత్యాసాలు ≥ 1 లేదా ≤ -1 గా నిర్వచించబడ్డాయి. ±1 యొక్క సగటు CLR వ్యత్యాసం ఒక నమూనా రకం సమృద్ధిలో 2.7 రెట్లు పెరుగుదలను సూచిస్తుంది. PPA నమూనాలో మరియు నియంత్రణ నమూనాలో టాక్సాన్ అధికంగా ఉందో లేదో వరుసగా గుర్తు (+/-) సూచిస్తుంది. మాన్-విట్నీ U పరీక్షను (విర్టానెన్ మరియు ఇతరులు, 2020) ఉపయోగించి ప్రాముఖ్యతను నిర్ణయించారు. Statsmodels v. 0.14 (బెంజమిని మరియు హోచ్బర్గ్, 1995; సీబోల్డ్ మరియు పెర్క్టోల్డ్, 2010) ఉపయోగించబడింది మరియు బహుళ పరీక్షలను సరిచేయడానికి బెంజమిని-హోచ్బర్గ్ విధానం వర్తింపజేయబడింది. గణాంక ప్రాముఖ్యతను నిర్ణయించడానికి సర్దుబాటు చేయబడిన p-విలువ ≤ 0.05 ను పరిమితిగా ఉపయోగించారు.
మానవ మైక్రోబయోమ్ను తరచుగా "శరీరంలోని చివరి అవయవం" అని పిలుస్తారు మరియు ఇది మానవ ఆరోగ్యంలో కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది (బాక్వెరో మరియు నోంబెలా, 2012). ముఖ్యంగా, గట్ మైక్రోబయోమ్ దాని వ్యవస్థ-వ్యాప్త ప్రభావానికి మరియు అనేక ముఖ్యమైన విధులలో దాని పాత్రకు గుర్తింపు పొందింది. గట్లో సహజీవన బ్యాక్టీరియా సమృద్ధిగా ఉంటాయి, ఇవి బహుళ పర్యావరణ సముదాయాలలో నివసిస్తూ, పోషకాలను వినియోగించుకుంటూ, మరియు సంభావ్య వ్యాధికారకాలతో పోటీపడతాయి (జంధ్యాల మరియు ఇతరులు, 2015). గట్ మైక్రోబయోటాలోని విభిన్న బ్యాక్టీరియా భాగాలు విటమిన్ల వంటి అవసరమైన పోషకాలను ఉత్పత్తి చేయగలవు మరియు జీర్ణక్రియను ప్రోత్సహించగలవు (రోలాండ్ మరియు ఇతరులు, 2018). బ్యాక్టీరియా జీవక్రియ ఉత్పన్నాలు కణజాల అభివృద్ధిని ప్రభావితం చేస్తాయని మరియు జీవక్రియ మరియు రోగనిరోధక మార్గాలను మెరుగుపరుస్తాయని కూడా చూపబడింది (హెయిట్జ్ మరియు ఇతరులు, 2011; యు మరియు ఇతరులు, 2022). మానవ గట్ మైక్రోబయోమ్ కూర్పు అత్యంత వైవిధ్యమైనది మరియు ఆహారం, లింగం, మందులు మరియు ఆరోగ్య స్థితి వంటి జన్యు మరియు పర్యావరణ కారకాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది (కుంభారే మరియు ఇతరులు, 2019).
గర్భస్థ శిశువు మరియు నవజాత శిశువుల అభివృద్ధిలో తల్లి తీసుకునే ఆహారం ఒక కీలకమైన అంశం, మరియు ఇది అభివృద్ధిని ప్రభావితం చేయగల సమ్మేళనాలకు ఒక సంభావ్య మూలం (బేజర్ మరియు ఇతరులు, 2004; ఇన్నిస్, 2014). అటువంటి ఆసక్తికరమైన సమ్మేళనాలలో ఒకటి ప్రొపియోనిక్ ఆమ్లం (PPA). ఇది బాక్టీరియా కిణ్వ ప్రక్రియ నుండి లభించే ఒక చిన్న-గొలుసు కొవ్వు ఆమ్ల ఉప-ఉత్పత్తి మరియు ఒక ఆహార సంకలితం (డెన్ బెస్ట్న్ మరియు ఇతరులు, 2013). PPAకు బాక్టీరియా నిరోధక మరియు శిలీంధ్ర నిరోధక గుణాలు ఉన్నాయి, అందువల్ల దీనిని ఆహార సంరక్షణకారిగా మరియు బూజు, బాక్టీరియా పెరుగుదలను నిరోధించడానికి పారిశ్రామిక అనువర్తనాలలో ఉపయోగిస్తారు (వెమ్మెన్హోవ్ మరియు ఇతరులు, 2016). PPA వివిధ కణజాలాలలో విభిన్న ప్రభావాలను చూపుతుంది. కాలేయంలో, మాక్రోఫేజ్లలో సైటోకైన్ వ్యక్తీకరణను ప్రభావితం చేయడం ద్వారా PPA శోథ నిరోధక ప్రభావాలను కలిగి ఉంటుంది (కవాసో మరియు ఇతరులు, 2022). ఈ నియంత్రణ ప్రభావం ఇతర రోగనిరోధక కణాలలో కూడా గమనించబడింది, ఇది శోథను తగ్గించడానికి దారితీస్తుంది (హాసే మరియు ఇతరులు, 2021). అయితే, మెదడులో దీనికి వ్యతిరేక ప్రభావం గమనించబడింది. గత అధ్యయనాలు PPA ప్రభావం ఎలుకలలో ఆటిజం లాంటి ప్రవర్తనను ప్రేరేపిస్తుందని చూపించాయి (ఎల్-అన్సరీ మరియు ఇతరులు, 2012). ఇతర అధ్యయనాలు PPA మెదడులో గ్లియోసిస్ను ప్రేరేపించి, ప్రో-ఇన్ఫ్లమేటరీ మార్గాలను సక్రియం చేయగలదని చూపించాయి (అబ్డెల్లీ మరియు ఇతరులు, 2019). PPA ఒక బలహీనమైన ఆమ్లం కాబట్టి, అది ప్రేగు ఎపిథీలియం ద్వారా రక్తప్రవాహంలోకి వ్యాపించి, తద్వారా రక్త-మెదడు అవరోధం మరియు జరాయువు (ప్లాసెంటా) వంటి నిరోధక అవరోధాలను దాటగలదు (స్టిన్సన్ మరియు ఇతరులు, 2019). ఇది బ్యాక్టీరియా ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన ఒక నియంత్రణ జీవక్రియ ఉత్పత్తిగా PPA యొక్క ప్రాముఖ్యతను నొక్కి చెబుతుంది. ఆటిజంకు ఒక ప్రమాద కారకంగా PPA యొక్క సంభావ్య పాత్ర ప్రస్తుతం పరిశోధనలో ఉన్నప్పటికీ, ఆటిజం ఉన్న వ్యక్తులపై దాని ప్రభావాలు నాడీ విభేదనను ప్రేరేపించడం కంటే ఎక్కువగా ఉండవచ్చు.
న్యూరోడెవలప్మెంటల్ డిజార్డర్స్ ఉన్న రోగులలో విరేచనాలు మరియు మలబద్ధకం వంటి జీర్ణాశయ సంబంధిత లక్షణాలు సాధారణంగా ఉంటాయి (కావో మరియు ఇతరులు, 2021). ఆటిజం స్పెక్ట్రమ్ డిజార్డర్స్ (ASD) ఉన్న రోగుల మైక్రోబయోమ్ ఆరోగ్యకరమైన వ్యక్తుల మైక్రోబయోమ్కు భిన్నంగా ఉంటుందని మునుపటి అధ్యయనాలు చూపించాయి, ఇది గట్ మైక్రోబయోటా డైస్బయోసిస్ ఉనికిని సూచిస్తుంది (ఫైన్గోల్డ్ మరియు ఇతరులు, 2010). అదేవిధంగా, ఇన్ఫ్లమేటరీ బవెల్ డిసీజెస్, ఊబకాయం, అల్జీమర్స్ వ్యాధి మొదలైనవి ఉన్న రోగుల మైక్రోబయోమ్ లక్షణాలు కూడా ఆరోగ్యకరమైన వ్యక్తుల లక్షణాలకు భిన్నంగా ఉంటాయి (టర్న్బాగ్ మరియు ఇతరులు, 2009; వోగ్ట్ మరియు ఇతరులు, 2017; హెన్కే మరియు ఇతరులు, 2019). అయినప్పటికీ, ఈ వ్యాధి స్థితులలో కొన్నింటిలో అనేక బాక్టీరియా జాతులు పాత్ర పోషిస్తాయని భావించినప్పటికీ, గట్ మైక్రోబయోమ్కు మరియు నాడీ సంబంధిత వ్యాధులు లేదా లక్షణాలకు మధ్య ఇప్పటి వరకు ఎటువంటి కారణ సంబంధం స్థాపించబడలేదు (యాప్ మరియు ఇతరులు, 2021). ఉదాహరణకు, ఆటిజం ఉన్న రోగుల మైక్రోబయోటాలో అకెర్మాన్సియా, బాక్టీరాయిడ్స్, క్లోస్ట్రిడియం, లాక్టోబాసిల్లస్, డెసల్ఫోవిబ్రియో మరియు ఇతర జాతులు అధికంగా ఉంటాయి (టోమోవా మరియు ఇతరులు, 2015; గోలుబేవా మరియు ఇతరులు, 2017; క్రిస్టియానో మరియు ఇతరులు, 2018; జురిటా మరియు ఇతరులు, 2020). ముఖ్యంగా, ఈ జాతులలో కొన్నింటికి చెందిన సభ్య జాతులు PPA ఉత్పత్తికి సంబంధించిన జన్యువులను కలిగి ఉన్నాయని తెలుసు (రీచార్డ్ట్ మరియు ఇతరులు, 2014; యున్ మరియు లీ, 2016; జాంగ్ మరియు ఇతరులు, 2019; బౌర్ మరియు డ్యూరే, 2023). PPA యొక్క యాంటీమైక్రోబయల్ లక్షణాలను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, దాని సమృద్ధిని పెంచడం PPA-ఉత్పత్తి చేసే బ్యాక్టీరియా పెరుగుదలకు ప్రయోజనకరంగా ఉండవచ్చు (జాకబ్సన్ మరియు ఇతరులు, 2018). అందువల్ల, PFA అధికంగా ఉండే వాతావరణం జీర్ణాశయ వ్యాధికారకాలతో సహా గట్ మైక్రోబయోటాలో మార్పులకు దారితీయవచ్చు, ఇవి జీర్ణాశయ లక్షణాలకు దారితీసే సంభావ్య కారకాలు కావచ్చు.
మైక్రోబయోమ్ పరిశోధనలో ఒక ప్రధాన ప్రశ్న ఏమిటంటే, సూక్ష్మజీవుల కూర్పులోని తేడాలు అంతర్లీన వ్యాధులకు కారణమా లేక లక్షణమా అనేది. ఆహారం, గట్ మైక్రోబయోమ్ మరియు నాడీ సంబంధిత వ్యాధుల మధ్య ఉన్న సంక్లిష్ట సంబంధాన్ని స్పష్టం చేసే దిశగా మొదటి అడుగు, సూక్ష్మజీవుల కూర్పుపై ఆహారం యొక్క ప్రభావాలను అంచనా వేయడం. ఈ లక్ష్యంతో, PPA అధికంగా ఉన్న లేదా PPA తక్కువగా ఉన్న ఆహారం తినిపించిన ఎలుకల సంతానం యొక్క గట్ మైక్రోబయోమ్లను పోల్చడానికి మేము లాంగ్-రీడ్ మెటాజెనోమిక్ సీక్వెన్సింగ్ను ఉపయోగించాము. ఆ సంతానానికి వాటి తల్లులకు తినిపించిన ఆహారాన్నే తినిపించారు. PPA అధికంగా ఉన్న ఆహారం గట్ సూక్ష్మజీవుల కూర్పులో మరియు సూక్ష్మజీవుల క్రియాత్మక మార్గాలలో, ముఖ్యంగా PPA జీవక్రియ మరియు/లేదా PPA ఉత్పత్తికి సంబంధించిన వాటిలో మార్పులకు దారితీస్తుందని మేము ఊహించాము.
ఈ అధ్యయనంలో, యూనివర్సిటీ ఆఫ్ సెంట్రల్ ఫ్లోరిడా ఇన్స్టిట్యూషనల్ యానిమల్ కేర్ అండ్ యూజ్ కమిటీ (UCF-IACUC) మార్గదర్శకాల ప్రకారం (జంతు వినియోగ అనుమతి సంఖ్య: PROTO202000002), గ్లియా-నిర్దిష్ట GFAP ప్రమోటర్ నియంత్రణలో గ్రీన్ ఫ్లోరోసెంట్ ప్రోటీన్ (GFP)ను అధికంగా ఉత్పత్తి చేసే FVB/N-Tg(GFAP-GFP)14Mes/J ట్రాన్స్జెనిక్ ఎలుకలను (జాక్సన్ లాబొరేటరీస్) ఉపయోగించారు. పాలు విడిచిన తర్వాత, ఎలుకలను ఒక్కో పంజరంలో ఒక్కో లింగానికి చెందిన 1–5 ఎలుకల చొప్పున విడివిడిగా పంజరాలలో ఉంచారు. ఎలుకలకు శుద్ధి చేసిన నియంత్రణ ఆహారం (సవరించిన ఓపెన్-లేబుల్ ప్రామాణిక ఆహారం, 16 kcal% కొవ్వు) లేదా సోడియం ప్రొపియోనేట్ కలిపిన ఆహారం (సవరించిన ఓపెన్-లేబుల్ ప్రామాణిక ఆహారం, 16 kcal% కొవ్వు, 5,000 ppm సోడియం ప్రొపియోనేట్తో కూడినది) స్వేచ్ఛగా తినడానికి ఇచ్చారు. ఉపయోగించిన సోడియం ప్రొపియోనేట్ పరిమాణం, మొత్తం ఆహార బరువుకు కిలోగ్రాముకు 5,000 mg PFAకు సమానం. ఆహార సంరక్షణకారిగా ఉపయోగించడానికి ఆమోదించబడిన PPA యొక్క అత్యధిక గాఢత ఇదే. ఈ అధ్యయనం కోసం సిద్ధం చేయడానికి, తల్లి ఎలుకలకు సంభోగానికి 4 వారాల ముందు రెండు రకాల ఆహారాలను తినిపించి, తల్లి గర్భధారణ అంతటా కొనసాగించారు. సంతానపు ఎలుకలకు [22 ఎలుకలు, 9 నియంత్రణ సమూహం (6 మగ, 3 ఆడ) మరియు 13 PPA (4 మగ, 9 ఆడ)] పాలు మాన్పించి, ఆ తర్వాత 5 నెలల పాటు వాటి తల్లులకు తినిపించిన ఆహారాన్నే కొనసాగించారు. సంతానపు ఎలుకలను 5 నెలల వయస్సులో బలి ఇచ్చి, వాటి ప్రేగులలోని మలాన్ని సేకరించి, మొదట 1.5 ml మైక్రోసెంట్రిఫ్యూజ్ ట్యూబ్లలో -20°C వద్ద నిల్వ చేసి, ఆ తర్వాత హోస్ట్ DNA క్షీణించి, సూక్ష్మజీవుల న్యూక్లియిక్ ఆమ్లాలు సంగ్రహించబడే వరకు -80°C ఫ్రీజర్కు తరలించారు.
సవరించిన ప్రోటోకాల్ (చరాలంపౌస్ మరియు ఇతరులు, 2019) ప్రకారం హోస్ట్ DNA తొలగించబడింది. క్లుప్తంగా, మలంలోని పదార్థాలను 500 µl ఇన్హిబిట్ఎక్స్ (కయాజెన్, క్యాట్#/ఐడి: 19593) లోకి బదిలీ చేసి, గడ్డకట్టించి నిల్వ చేశారు. ప్రతి వెలికితీతకు గరిష్టంగా 1-2 మలపుటకలను ప్రాసెస్ చేయండి. ఆ తర్వాత మలంలోని పదార్థాలను ట్యూబ్ లోపల ప్లాస్టిక్ రోకలిని ఉపయోగించి యాంత్రికంగా ఏకరీతిగా చేసి చిక్కటి ద్రవంగా మార్చారు. నమూనాలను 10,000 RCF వద్ద 5 నిమిషాల పాటు లేదా నమూనాలు గుళికలుగా మారే వరకు సెంట్రిఫ్యూజ్ చేయండి, ఆ తర్వాత సూపర్నాటెంట్ను పీల్చివేసి, గుళికను 250 µl 1× PBS లో తిరిగి సస్పెండ్ చేయండి. యూకారియోటిక్ కణ త్వచాలను వదులు చేయడానికి డిటర్జెంట్గా నమూనాకు 250 µl 4.4% సాపోనిన్ ద్రావణాన్ని (TCI, ఉత్పత్తి సంఖ్య S0019) జోడించండి. నమూనాలను నునుపుగా అయ్యే వరకు సున్నితంగా కలిపి, గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద 10 నిమిషాల పాటు ఇంక్యుబేట్ చేశారు. తరువాత, యూకారియోటిక్ కణాలను విచ్ఛిన్నం చేయడానికి, నమూనాకు 350 μl న్యూక్లియేస్-రహిత నీటిని కలిపి, 30 సెకన్ల పాటు ఇంక్యుబేట్ చేసి, ఆపై 12 μl 5 M NaCl ను జోడించారు. ఆ తర్వాత నమూనాలను 5 నిమిషాల పాటు 6000 RCF వద్ద సెంట్రిఫ్యూజ్ చేశారు. సూపర్నాటెంట్ను ఆస్పిరేట్ చేసి, పెల్లెట్ను 100 μl 1X PBS లో తిరిగి సస్పెండ్ చేశారు. హోస్ట్ DNA ను తొలగించడానికి, 100 μl HL-SAN బఫర్ (12.8568 గ్రా NaCl, 4 ml 1M MgCl2, 36 ml న్యూక్లియేస్-రహిత నీరు) మరియు 10 μl HL-SAN ఎంజైమ్ (ArticZymes P/N 70910-202) ను జోడించారు. నమూనాలను పైపెట్టింగ్ ద్వారా పూర్తిగా కలిపి, ఎప్పెండార్ఫ్™ థర్మోమిక్సర్ C పై 37 °C వద్ద 30 నిమిషాల పాటు 800 rpm వేగంతో ఇంక్యుబేట్ చేశారు. ఇంక్యుబేషన్ తర్వాత, 6000 RCF వద్ద 3 నిమిషాల పాటు సెంట్రిఫ్యూజ్ చేసి, 800 µl మరియు 1000 µl 1X PBS తో రెండుసార్లు కడిగారు. చివరగా, పెల్లెట్ను 100 µl 1X PBS లో తిరిగి సస్పెండ్ చేశారు.
న్యూ ఇంగ్లాండ్ బయోలాబ్స్ మోనార్క్ జెనోమిక్ DNA ప్యూరిఫికేషన్ కిట్ (న్యూ ఇంగ్లాండ్ బయోలాబ్స్, ఇప్స్విచ్, MA, క్యాట్# T3010L) ఉపయోగించి మొత్తం బ్యాక్టీరియల్ DNAను వేరుచేయడం జరిగింది. కిట్తో అందించబడిన ప్రామాణిక నిర్వహణ విధానం కొద్దిగా సవరించబడింది. తుది ఎల్యూషన్ కోసం ఆపరేషన్కు ముందు, న్యూక్లియేస్-రహిత నీటిని 60°C వద్ద ఇంక్యుబేట్ చేసి, ఆ ఉష్ణోగ్రతను అలాగే ఉంచండి. ప్రతి నమూనాకు 10 µl ప్రోటీనేస్ K మరియు 3 µl RNase A కలపండి. ఆ తర్వాత 100 µl సెల్ లైసిస్ బఫర్ను కలిపి, నెమ్మదిగా కలపండి. అనంతరం నమూనాలను ఎప్పెండార్ఫ్™ థర్మోమిక్సర్ Cలో 56°C మరియు 1400 rpm వద్ద కనీసం 1 గంట నుండి 3 గంటల వరకు ఇంక్యుబేట్ చేశారు. ఇంక్యుబేట్ చేసిన నమూనాలను 12,000 RCF వద్ద 3 నిమిషాల పాటు సెంట్రిఫ్యూజ్ చేశారు మరియు ప్రతి నమూనా నుండి వచ్చిన సూపర్నాటెంట్ను 400 µL బైండింగ్ సొల్యూషన్ ఉన్న ప్రత్యేక 1.5 mL మైక్రోసెంట్రిఫ్యూజ్ ట్యూబ్లోకి బదిలీ చేశారు. ఆ తర్వాత ట్యూబ్లను 1 సెకను విరామాలలో 5–10 సెకన్ల పాటు పల్స్ వోర్టెక్స్ చేశారు. ప్రతి నమూనాలోని మొత్తం ద్రవ పదార్థాన్ని (సుమారు 600–700 µL) ఫ్లో-త్రూ కలెక్షన్ ట్యూబ్లో ఉంచిన ఫిల్టర్ కార్ట్రిడ్జ్లోకి బదిలీ చేయండి. ప్రారంభ DNA బంధనం కోసం ట్యూబ్లను 3 నిమిషాల పాటు 1,000 RCF వద్ద సెంట్రిఫ్యూజ్ చేశారు, ఆ తర్వాత మిగిలిపోయిన ద్రవాన్ని తొలగించడానికి 1 నిమిషం పాటు 12,000 RCF వద్ద సెంట్రిఫ్యూజ్ చేశారు. నమూనా కాలమ్ను ఒక కొత్త కలెక్షన్ ట్యూబ్లోకి బదిలీ చేసి, ఆ తర్వాత రెండుసార్లు కడిగారు. మొదటిసారి కడగడానికి, ప్రతి ట్యూబ్కు 500 µL వాష్ బఫర్ను కలపండి. ట్యూబ్ను 3–5 సార్లు తలక్రిందులుగా తిప్పి, ఆ తర్వాత 1 నిమిషం పాటు 12,000 RCF వద్ద సెంట్రిఫ్యూజ్ చేయండి. కలెక్షన్ ట్యూబ్లోని ద్రవాన్ని తీసివేసి, ఫిల్టర్ కార్ట్రిడ్జ్ను తిరిగి అదే కలెక్షన్ ట్యూబ్లో ఉంచండి. రెండవసారి కడగడానికి, ట్యూబ్ను తలక్రిందులుగా తిప్పకుండా ఫిల్టర్కు 500 µL వాష్ బఫర్ను కలపండి. నమూనాలను 12,000 RCF వద్ద 1 నిమిషం పాటు సెంట్రిఫ్యూజ్ చేశారు. ఫిల్టర్ను 1.5 mL LoBind® ట్యూబ్లోకి మార్చి, ముందుగా వేడి చేసిన 100 µL న్యూక్లియేస్-రహిత నీటిని కలపండి. ఫిల్టర్లను గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద 1 నిమిషం పాటు ఇంక్యుబేట్ చేసి, ఆపై 12,000 RCF వద్ద 1 నిమిషం పాటు సెంట్రిఫ్యూజ్ చేశారు. ఎల్యూటెడ్ DNAను -80°C వద్ద నిల్వ చేశారు.
Qubit™ 4.0 ఫ్లోరోమీటర్ను ఉపయోగించి DNA గాఢతను లెక్కించారు. తయారీదారు సూచనల ప్రకారం Qubit™ 1X dsDNA హై సెన్సిటివిటీ కిట్ (క్యాట్. నం. Q33231) ఉపయోగించి DNAను సిద్ధం చేశారు. Agilent™ 4150 లేదా 4200 టేప్స్టేషన్ను ఉపయోగించి DNA ఫ్రాగ్మెంట్ పొడవు పంపిణీని కొలిచారు. Agilent™ జెనోమిక్ DNA రిఏజెంట్స్ (క్యాట్. నం. 5067-5366) మరియు జెనోమిక్ DNA స్క్రీన్టేప్ (క్యాట్. నం. 5067-5365) ఉపయోగించి DNAను సిద్ధం చేశారు. తయారీదారు సూచనల ప్రకారం ఆక్స్ఫర్డ్ నానోపోర్ టెక్నాలజీస్™ (ONT) రాపిడ్ PCR బార్కోడింగ్ కిట్ (SQK-RPB004) ఉపయోగించి లైబ్రరీ ప్రిపరేషన్ నిర్వహించారు. Min106D ఫ్లో సెల్ (R 9.4.1)తో ONT GridION™ Mk1 సీక్వెన్సర్ను ఉపయోగించి DNAను సీక్వెన్స్ చేశారు. సీక్వెన్సింగ్ సెట్టింగ్లు ఈ విధంగా ఉన్నాయి: అధిక ఖచ్చితత్వ బేస్ కాలింగ్, కనిష్ట q విలువ 9, బార్కోడ్ సెటప్, మరియు బార్కోడ్ ట్రిమ్. నమూనాలను 72 గంటల పాటు సీక్వెన్స్ చేసిన తర్వాత, తదుపరి ప్రాసెసింగ్ మరియు విశ్లేషణ కోసం బేస్ కాల్ డేటాను సమర్పించారు.
గతంలో వివరించిన పద్ధతులను (గ్రీన్మ్యాన్ మరియు ఇతరులు, 2024) ఉపయోగించి బయోఇన్ఫర్మాటిక్స్ ప్రాసెసింగ్ నిర్వహించబడింది. సీక్వెన్సింగ్ నుండి పొందిన FASTQ ఫైల్లు ప్రతి నమూనాకు డైరెక్టరీలుగా విభజించబడ్డాయి. బయోఇన్ఫర్మాటిక్స్ విశ్లేషణకు ముందు, డేటాను ఈ క్రింది పైప్లైన్ను ఉపయోగించి ప్రాసెస్ చేశారు: మొదట, నమూనాల FASTQ ఫైల్లను ఒకే FASTQ ఫైల్గా విలీనం చేశారు. ఆ తర్వాత, –min_length 1000 (విక్, 2024) అనే పారామీటర్ను మాత్రమే మార్చి, Filtlong v. 0.2.1 ఉపయోగించి 1000 bp కంటే తక్కువ నిడివి ఉన్న రీడ్లను ఫిల్టర్ చేశారు. తదుపరి ఫిల్టరింగ్కు ముందు, ఈ క్రింది పారామీటర్లతో NanoPlot v. 1.41.3 ఉపయోగించి రీడ్ నాణ్యతను నియంత్రించారు: –fastq –plots dot –N50 -o
టాక్సోనమిక్ వర్గీకరణ కోసం, రీడ్లు మరియు అసెంబుల్ చేయబడిన కాంటిగ్లను Kraken2 v. 2.1.2 (Wood et al., 2019) ఉపయోగించి వర్గీకరించారు. వరుసగా రీడ్లు మరియు అసెంబ్లీల కోసం నివేదికలు మరియు అవుట్పుట్ ఫైల్లను రూపొందించండి. రీడ్లు మరియు అసెంబ్లీలను విశ్లేషించడానికి –use-names ఎంపికను ఉపయోగించండి. రీడ్ సెగ్మెంట్ల కోసం –gzip-compressed మరియు –paired ఎంపికలు పేర్కొనబడ్డాయి. మెటాజీనోమ్లలోని టాక్సా యొక్క సాపేక్ష సమృద్ధిని Bracken v. 2.8 (Lu et al., 2017) ఉపయోగించి అంచనా వేశారు. మేము మొదట కింది పారామితులతో bracken-build ఉపయోగించి 1000 బేస్లను కలిగి ఉన్న kmer డేటాబేస్ను సృష్టించాము: -d
మారంగా మరియు ఇతరులు (మరంగా మరియు ఇతరులు, 2023) వివరించిన ప్రోటోకాల్ యొక్క సవరించిన సంస్కరణను ఉపయోగించి జన్యు వ్యాఖ్యానం మరియు సాపేక్ష సమృద్ధి అంచనా వేయబడ్డాయి. మొదట, SeqKit v. 2.5.1 (షెన్ మరియు ఇతరులు, 2016) ఉపయోగించి అన్ని అసెంబ్లీల నుండి 500 bp కంటే తక్కువ నిడివి ఉన్న కాంటిగ్లు తొలగించబడ్డాయి. ఎంపిక చేయబడిన అసెంబ్లీలు తరువాత పాన్-మెటాజెనోమ్గా కలపబడ్డాయి. కింది పారామితులతో ప్రోడిగల్ v. 1.0.1 (ప్రోడిగల్ v. 2.6.3 యొక్క సమాంతర వెర్షన్) ఉపయోగించి ఓపెన్ రీడింగ్ ఫ్రేమ్లు (ORFs) గుర్తించబడ్డాయి: -d
జన్యు మార్గాల సమృద్ధిని పోల్చడానికి, eggNOG ద్వారా కేటాయించబడిన క్యోటో ఎన్సైక్లోపీడియా ఆఫ్ జీన్స్ అండ్ జెనోమ్స్ (KEGG) ఆర్థోలాగ్ (KO) ఐడెంటిఫైయర్ల ప్రకారం జన్యువులను మొదట సమూహాలుగా విభజించారు. విశ్లేషణకు ముందు, నాకౌట్లు లేని జన్యువులను లేదా బహుళ నాకౌట్లు ఉన్న జన్యువులను తొలగించారు. ఆ తర్వాత, ప్రతి నమూనాకు ప్రతి KO యొక్క సగటు సమృద్ధిని లెక్కించి, గణాంక విశ్లేషణ నిర్వహించారు. KEGG ప్రకారం ప్రొపియోనేట్ జీవక్రియలో పాత్రను సూచిస్తూ, KEGG_Pathway కాలమ్లో ko00640 అనే వరుస కేటాయించబడిన ఏ జన్యువునైనా PPA జీవక్రియ జన్యువుగా నిర్వచించారు. PPA ఉత్పత్తితో సంబంధం ఉన్నట్లుగా గుర్తించబడిన జన్యువులు అనుబంధ పట్టిక 1లో జాబితా చేయబడ్డాయి (రీచార్డ్ట్ మరియు ఇతరులు, 2014; యాంగ్ మరియు ఇతరులు, 2017). ప్రతి నమూనా రకంలో గణనీయంగా అధిక సమృద్ధిని కలిగి ఉన్న PPA జీవక్రియ మరియు ఉత్పత్తి జన్యువులను గుర్తించడానికి పెర్ముటేషన్ పరీక్షలు నిర్వహించబడ్డాయి. విశ్లేషించబడిన ప్రతి జన్యువుకు వెయ్యి పెర్ముటేషన్లు నిర్వహించబడ్డాయి. గణాంక ప్రాముఖ్యతను నిర్ధారించడానికి 0.05 p-విలువను కటాఫ్గా ఉపయోగించారు. క్లస్టర్లోని ప్రతినిధి జన్యువుల వివరణల ఆధారంగా, క్లస్టర్లోని ప్రతి జన్యువుకు క్రియాత్మక వివరణలు కేటాయించబడ్డాయి. Kraken2 అవుట్పుట్ ఫైళ్ళలోని కాంటిగ్ IDలను, eggNOG ఉపయోగించి క్రియాత్మక వివరణ సమయంలో నిలుపుకున్న అదే కాంటిగ్ IDలతో సరిపోల్చడం ద్వారా, PPA జీవక్రియ మరియు/లేదా PPA ఉత్పత్తితో సంబంధం ఉన్న టాక్సాలను గుర్తించవచ్చు. ఇంతకు ముందు వివరించిన మాన్-విట్నీ U పరీక్షను ఉపయోగించి ప్రాముఖ్యత పరీక్ష నిర్వహించబడింది. బెంజమిని-హోచ్బర్గ్ విధానాన్ని ఉపయోగించి బహుళ పరీక్షల కోసం సవరణ చేయబడింది. గణాంక ప్రాముఖ్యతను నిర్ధారించడానికి p-విలువ ≤ 0.05ను కటాఫ్గా ఉపయోగించారు.
ఎలుకల ప్రేగు మైక్రోబయోమ్ యొక్క వైవిధ్యాన్ని సింప్సన్ డైవర్సిటీ ఇండెక్స్ ఉపయోగించి అంచనా వేశారు. జీనస్ మరియు జాతుల వైవిధ్యం పరంగా కంట్రోల్ మరియు PPA నమూనాల మధ్య గణనీయమైన తేడాలు గమనించబడలేదు (జీనస్కు p-విలువ: 0.18, జాతులకు p-విలువ: 0.16) (పటం 1). ఆ తర్వాత ప్రిన్సిపల్ కాంపోనెంట్ అనాలిసిస్ (PCA) ఉపయోగించి మైక్రోబియల్ కూర్పును పోల్చారు. పటం 2, నమూనాలను వాటి ఫైలాల వారీగా సమూహపరచడాన్ని చూపిస్తుంది, ఇది PPA మరియు కంట్రోల్ నమూనాల మధ్య మైక్రోబయోమ్ల జాతుల కూర్పులో తేడాలు ఉన్నాయని సూచిస్తుంది. ఈ సమూహపరచడం జీనస్ స్థాయిలో తక్కువగా స్పష్టమైంది, ఇది PPA కొన్ని నిర్దిష్ట బ్యాక్టీరియాలను ప్రభావితం చేస్తుందని సూచిస్తుంది (అనుబంధ పటం 1).
పటం 1. ఎలుక ప్రేగు మైక్రోబయోమ్ యొక్క ప్రజాతుల ఆల్ఫా వైవిధ్యం మరియు జాతుల కూర్పు. PPA మరియు నియంత్రణ నమూనాలలో ప్రజాతుల (A) మరియు జాతుల (B) సింప్సన్ వైవిధ్య సూచికలను చూపించే బాక్స్ ప్లాట్లు. మాన్-విట్నీ U పరీక్షను ఉపయోగించి ప్రాముఖ్యతను నిర్ధారించారు మరియు బెంజమిని-హోచ్బర్గ్ విధానాన్ని ఉపయోగించి బహుళ సవరణను నిర్వహించారు. ns, p-విలువ ముఖ్యమైనది కాదు (p>0.05).
పటం 2. జాతుల స్థాయిలో ఎలుకల ప్రేగు మైక్రోబయోమ్ కూర్పు యొక్క ప్రధాన భాగ విశ్లేషణ ఫలితాలు. ప్రధాన భాగ విశ్లేషణ ప్లాట్, నమూనాల పంపిణీని వాటి మొదటి రెండు ప్రధాన భాగాలలో ప్రదర్శిస్తుంది. రంగులు నమూనా రకాన్ని సూచిస్తాయి: PPA-కు గురైన ఎలుకలు ఊదా రంగులో మరియు నియంత్రణ ఎలుకలు పసుపు రంగులో ఉంటాయి. ప్రధాన భాగాలు 1 మరియు 2 వరుసగా x-అక్షం మరియు y-అక్షంపై ప్లాట్ చేయబడ్డాయి మరియు వాటి వివరించిన వైవిధ్య నిష్పత్తిగా వ్యక్తీకరించబడ్డాయి.
RLE రూపాంతరం చెందిన గణన డేటాను ఉపయోగించి, నియంత్రణ మరియు PPA ఎలుకలలో మధ్యస్థ బాక్టెరాయిడెట్స్/బాసిల్లి నిష్పత్తిలో గణనీయమైన తగ్గుదల గమనించబడింది (నియంత్రణ: 9.66, PPA: 3.02; p-విలువ = 0.0011). నియంత్రణలతో పోలిస్తే PPA ఎలుకలలో బాక్టెరాయిడెట్స్ అధికంగా ఉండటం వల్ల ఈ వ్యత్యాసం ఏర్పడింది, అయినప్పటికీ ఈ వ్యత్యాసం గణనీయమైనది కాదు (నియంత్రణ సగటు CLR: 5.51, PPA సగటు CLR: 6.62; p-విలువ = 0.054), అయితే బాక్టెరాయిడెట్స్ సమృద్ధి మాత్రం సమానంగా ఉంది (నియంత్రణ సగటు CLR: 7.76, PPA సగటు CLR: 7.60; p-విలువ = 0.18).
గట్ మైక్రోబయోమ్ యొక్క వర్గీకరణ సభ్యుల సమృద్ధి విశ్లేషణలో, PPA మరియు నియంత్రణ నమూనాల మధ్య 1 ఫైలం మరియు 77 జాతులు గణనీయంగా విభిన్నంగా ఉన్నాయని వెల్లడైంది (అనుబంధ పట్టిక 2). PPA నమూనాలలో 59 జాతుల సమృద్ధి నియంత్రణ నమూనాల కంటే గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉంది, అయితే నియంత్రణ నమూనాలలో కేవలం 16 జాతుల సమృద్ధి మాత్రమే PPA నమూనాల కంటే ఎక్కువగా ఉంది (పటం 3).
పటం 3. PPA మరియు నియంత్రణ ఎలుకల గట్ మైక్రోబయోమ్లో టాక్సా యొక్క విభిన్న సమృద్ధి. వోల్కానో ప్లాట్లు PPA మరియు నియంత్రణ నమూనాల మధ్య ప్రజాతులు (A) లేదా జాతులు (B) యొక్క సమృద్ధిలో తేడాలను ప్రదర్శిస్తాయి. బూడిద రంగు చుక్కలు టాక్సా సమృద్ధిలో గణనీయమైన తేడా లేదని సూచిస్తాయి. రంగు చుక్కలు సమృద్ధిలో గణనీయమైన తేడాలను సూచిస్తాయి (p-విలువ ≤ 0.05). నమూనా రకాల మధ్య సమృద్ధిలో అత్యధిక తేడాలు ఉన్న మొదటి 20 టాక్సాలు వరుసగా ఎరుపు మరియు లేత నీలం (నియంత్రణ మరియు PPA నమూనాలు) రంగులలో చూపబడ్డాయి. పసుపు మరియు ఊదా రంగు చుక్కలు నియంత్రణ లేదా PPA నమూనాలలో నియంత్రణల కంటే కనీసం 2.7 రెట్లు ఎక్కువగా ఉన్నాయి. నలుపు చుక్కలు గణనీయంగా విభిన్నమైన సమృద్ధిని కలిగి ఉన్న టాక్సాలను సూచిస్తాయి, వీటి సగటు CLR తేడాలు -1 మరియు 1 మధ్య ఉంటాయి. P విలువలు మాన్-విట్నీ U పరీక్షను ఉపయోగించి లెక్కించబడ్డాయి మరియు బెంజమిని-హోచ్బర్గ్ విధానాన్ని ఉపయోగించి బహుళ పరీక్షల కోసం సరిదిద్దబడ్డాయి. బోల్డ్ సగటు CLR తేడాలు సమృద్ధిలో గణనీయమైన తేడాలను సూచిస్తాయి.
పేగు సూక్ష్మజీవుల కూర్పును విశ్లేషించిన తర్వాత, మేము మైక్రోబయోమ్ యొక్క క్రియాత్మక వివరణను నిర్వహించాము. నాణ్యత తక్కువ ఉన్న జన్యువులను వడపోసిన తర్వాత, అన్ని నమూనాలలో మొత్తం 378,355 ప్రత్యేక జన్యువులు గుర్తించబడ్డాయి. ఈ జన్యువుల రూపాంతరం చెందిన సమృద్ధిని ప్రధాన భాగ విశ్లేషణ (PCA) కోసం ఉపయోగించారు, మరియు ఫలితాలు వాటి క్రియాత్మక ప్రొఫైల్ల ఆధారంగా నమూనా రకాల అధిక స్థాయి సమూహీకరణను చూపించాయి (మూర్తి 4).
పటం 4. ఎలుక ప్రేగు మైక్రోబయోమ్ యొక్క క్రియాత్మక ప్రొఫైల్ను ఉపయోగించి పొందిన PCA ఫలితాలు. ఈ PCA ప్లాట్, నమూనాల మొదటి రెండు ప్రధాన కాంపోనెంట్ల పంపిణీని ప్రదర్శిస్తుంది. రంగులు నమూనా రకాన్ని సూచిస్తాయి: PPA-కు గురైన ఎలుకలు ఊదా రంగులో మరియు నియంత్రణ ఎలుకలు పసుపు రంగులో ఉంటాయి. ప్రధాన కాంపోనెంట్లు 1 మరియు 2 వరుసగా x-అక్షం మరియు y-అక్షంపై గీయబడ్డాయి మరియు వాటి వివరించబడిన వైవిధ్య నిష్పత్తిగా వ్యక్తీకరించబడ్డాయి.
తరువాత మేము వివిధ నమూనా రకాలలో KEGG నాకౌట్ల సమృద్ధిని పరిశీలించాము. మొత్తం 3648 ప్రత్యేక నాకౌట్లు గుర్తించబడ్డాయి, వాటిలో 196 నియంత్రణ నమూనాలలో మరియు 106 PPA నమూనాలలో గణనీయంగా అధికంగా ఉన్నాయి (పటం 5). నియంత్రణ నమూనాలలో మొత్తం 145 జన్యువులు మరియు PPA నమూనాలలో 61 జన్యువులు గుర్తించబడ్డాయి, వీటి సమృద్ధిలో గణనీయమైన తేడాలు ఉన్నాయి. లిపిడ్ మరియు అమైనోషుగర్ జీవక్రియకు సంబంధించిన మార్గాలు PPA నమూనాలలో గణనీయంగా అధికంగా ఉన్నాయి (అనుబంధ పట్టిక 3). నత్రజని జీవక్రియ మరియు సల్ఫర్ రిలే వ్యవస్థలకు సంబంధించిన మార్గాలు నియంత్రణ నమూనాలలో గణనీయంగా అధికంగా ఉన్నాయి (అనుబంధ పట్టిక 3). అమైనోషుగర్/న్యూక్లియోటైడ్ జీవక్రియ (ko:K21279) మరియు ఇనోసిటాల్ ఫాస్ఫేట్ జీవక్రియ (ko:K07291)కు సంబంధించిన జన్యువుల సమృద్ధి PPA నమూనాలలో గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉంది (పటం 5). నియంత్రణ నమూనాలలో బెంజోయేట్ జీవక్రియ (ko:K22270), నత్రజని జీవక్రియ (ko:K00368), మరియు గ్లైకోలిసిస్/గ్లూకోనియోజెనిసిస్ (ko:K00131) లకు సంబంధించిన జన్యువులు గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉన్నాయి (పటం 5).
పటం 5. PPA మరియు నియంత్రణ ఎలుకల గట్ మైక్రోబయోమ్లో KOల భేదాత్మక సమృద్ధి. వోల్కనో ప్లాట్ క్రియాత్మక సమూహాల (KOలు) సమృద్ధిలోని వ్యత్యాసాలను చిత్రీకరిస్తుంది. బూడిద రంగు చుక్కలు నమూనా రకాల మధ్య సమృద్ధిలో గణనీయమైన వ్యత్యాసం లేని KOలను సూచిస్తాయి (p-విలువ > 0.05). రంగు చుక్కలు సమృద్ధిలో గణనీయమైన వ్యత్యాసాలను సూచిస్తాయి (p-విలువ ≤ 0.05). నమూనా రకాల మధ్య సమృద్ధిలో అత్యధిక వ్యత్యాసాలు ఉన్న 20 KOలు వరుసగా నియంత్రణ మరియు PPA నమూనాలకు అనుగుణంగా ఎరుపు మరియు లేత నీలం రంగులలో చూపబడ్డాయి. పసుపు మరియు ఊదా రంగు చుక్కలు వరుసగా నియంత్రణ మరియు PPA నమూనాలలో కనీసం 2.7 రెట్లు అధికంగా ఉన్న KOలను సూచిస్తాయి. నలుపు రంగు చుక్కలు -1 మరియు 1 మధ్య సగటు CLR వ్యత్యాసాలతో, గణనీయంగా భిన్నమైన సమృద్ధిని కలిగిన KOలను సూచిస్తాయి. P విలువలు మాన్-విట్నీ U పరీక్షను ఉపయోగించి లెక్కించబడ్డాయి మరియు బెంజమిని-హోచ్బర్గ్ విధానాన్ని ఉపయోగించి బహుళ పోలికల కోసం సర్దుబాటు చేయబడ్డాయి. NaN అంటే ఆ KO KEGGలోని ఒక మార్గానికి చెందినది కాదని సూచిస్తుంది. బోల్డ్గా ఉన్న సగటు CLR వ్యత్యాస విలువలు సమృద్ధిలో గణనీయమైన వ్యత్యాసాలను సూచిస్తాయి. జాబితా చేయబడిన KOలు చెందిన మార్గాల గురించిన వివరణాత్మక సమాచారం కోసం, అనుబంధ పట్టిక 3ని చూడండి.
గుర్తించబడిన జన్యువులలో, 1601 జన్యువులు నమూనా రకాల మధ్య గణనీయంగా విభిన్నమైన సమృద్ధిని కలిగి ఉన్నాయి (p ≤ 0.05), ప్రతి జన్యువు కనీసం 2.7 రెట్లు అధికంగా ఉంది. ఈ జన్యువులలో, 4 జన్యువులు నియంత్రణ నమూనాలలో అధికంగా ఉండగా, 1597 జన్యువులు PPA నమూనాలలో అధికంగా ఉన్నాయి. PPAకు సూక్ష్మజీవనాశక లక్షణాలు ఉన్నందున, మేము నమూనా రకాల మధ్య PPA జీవక్రియ మరియు ఉత్పత్తి జన్యువుల సమృద్ధిని పరిశీలించాము. 1332 PPA జీవక్రియ-సంబంధిత జన్యువులలో, 27 జన్యువులు నియంత్రణ నమూనాలలో గణనీయంగా అధికంగా ఉండగా, 12 జన్యువులు PPA నమూనాలలో అధికంగా ఉన్నాయి. 223 PPA ఉత్పత్తి-సంబంధిత జన్యువులలో, 1 జన్యువు PPA నమూనాలలో గణనీయంగా అధికంగా ఉంది. పటం 6A, PPA జీవక్రియలో పాల్గొన్న జన్యువుల అధిక సమృద్ధిని, నియంత్రణ నమూనాలలో గణనీయంగా అధిక సమృద్ధిని మరియు పెద్ద ప్రభావ పరిమాణాలను మరింతగా ప్రదర్శిస్తుంది, అయితే పటం 6B, PPA నమూనాలలో గమనించిన గణనీయంగా అధిక సమృద్ధి గల వ్యక్తిగత జన్యువులను హైలైట్ చేస్తుంది.
పటం 6. ఎలుక పేగు మైక్రోబయోమ్లో PPA-సంబంధిత జన్యువుల భేదాత్మక సమృద్ధి. వోల్కానో ప్లాట్లు PPA జీవక్రియ (A) మరియు PPA ఉత్పత్తి (B)తో సంబంధం ఉన్న జన్యువుల సమృద్ధిలోని వ్యత్యాసాలను చిత్రీకరిస్తాయి. బూడిద రంగు చుక్కలు నమూనా రకాల మధ్య సమృద్ధిలో గణనీయమైన వ్యత్యాసం లేని జన్యువులను సూచిస్తాయి (p-విలువ > 0.05). రంగు చుక్కలు సమృద్ధిలో గణనీయమైన వ్యత్యాసాలను సూచిస్తాయి (p-విలువ ≤ 0.05). సమృద్ధిలో అత్యధిక వ్యత్యాసాలు ఉన్న 20 జన్యువులు వరుసగా ఎరుపు మరియు లేత నీలం రంగులలో (నియంత్రణ మరియు PPA నమూనాలు) చూపబడ్డాయి. నియంత్రణ నమూనాలతో పోలిస్తే నియంత్రణ మరియు PPA నమూనాలలో పసుపు మరియు ఊదా రంగు చుక్కల సమృద్ధి కనీసం 2.7 రెట్లు ఎక్కువగా ఉంది. నలుపు చుక్కలు -1 మరియు 1 మధ్య సగటు CLR వ్యత్యాసాలతో, గణనీయంగా భిన్నమైన సమృద్ధిని కలిగిన జన్యువులను సూచిస్తాయి. P విలువలు మాన్-విట్నీ U పరీక్షను ఉపయోగించి లెక్కించబడ్డాయి మరియు బెంజమిని-హోచ్బర్గ్ విధానాన్ని ఉపయోగించి బహుళ పోలికల కోసం సరిదిద్దబడ్డాయి. జన్యువులు నాన్-రిడండెంట్ జన్యు కేటలాగ్లోని ప్రతినిధి జన్యువులకు అనుగుణంగా ఉంటాయి. జన్యు పేర్లు KO జన్యువును సూచించే KEGG చిహ్నాన్ని కలిగి ఉంటాయి. బోల్డ్గా ఉన్న సగటు CLR వ్యత్యాసాలు గణనీయంగా విభిన్నమైన సమృద్ధిని సూచిస్తాయి. ఒక డాష్ (-) KEGG డేటాబేస్లో ఆ జన్యువుకు చిహ్నం లేదని సూచిస్తుంది.
PPA జీవక్రియ మరియు/లేదా ఉత్పత్తికి సంబంధించిన జన్యువులు ఉన్న టాక్సాలను, కాంటిగ్ల టాక్సోనమిక్ గుర్తింపును జన్యువు యొక్క కాంటిగ్ IDతో సరిపోల్చడం ద్వారా గుర్తించారు. ప్రజాతి స్థాయిలో, 130 ప్రజాతులలో PPA జీవక్రియకు సంబంధించిన జన్యువులు ఉన్నట్లు మరియు 61 ప్రజాతులలో PPA ఉత్పత్తికి సంబంధించిన జన్యువులు ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది (అనుబంధ పట్టిక 4). అయితే, ఏ ప్రజాతి కూడా సమృద్ధిలో గణనీయమైన తేడాలను చూపించలేదు (p > 0.05).
జాతుల స్థాయిలో, 144 బాక్టీరియా జాతులలో PPA జీవక్రియకు సంబంధించిన జన్యువులు ఉన్నట్లు మరియు 68 బాక్టీరియా జాతులలో PPA ఉత్పత్తికి సంబంధించిన జన్యువులు ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది (అనుబంధ పట్టిక 5). PPA జీవక్రియ జరిపే వాటిలో, ఎనిమిది బాక్టీరియాలు నమూనా రకాల మధ్య వాటి సంఖ్యలో గణనీయమైన పెరుగుదలను చూపించాయి, మరియు అన్నీ వాటి ప్రభావంలో గణనీయమైన మార్పులను చూపించాయి (అనుబంధ పట్టిక 6). సంఖ్యలో గణనీయమైన తేడాలు ఉన్నట్లు గుర్తించబడిన అన్ని PPA జీవక్రియ జరిపేవి, PPA నమూనాలలో అధికంగా ఉన్నాయి. జాతుల స్థాయి వర్గీకరణలో, నమూనా రకాల మధ్య గణనీయంగా తేడా చూపని ప్రజాతుల ప్రతినిధులు వెల్లడయ్యాయి. వీటిలో అనేక బాక్టీరాయిడ్స్ మరియు రూమినోకోకస్ జాతులతో పాటు, డంకేనియా డుబోయిస్, మైక్సోబాక్టీరియం ఎంటెరికా, మోనోకోకస్ పెక్టినోలైటికస్, మరియు ఆల్కలిజెనెస్ పాలిమోర్ఫా ఉన్నాయి. PPA-ఉత్పత్తి చేసే బాక్టీరియాలలో, నాలుగు బాక్టీరియాలు నమూనా రకాల మధ్య వాటి సంఖ్యలో గణనీయమైన తేడాలను చూపించాయి. సంఖ్యలో గణనీయమైన తేడాలు ఉన్న జాతులలో బాక్టీరాయిడ్స్ నోవోరోస్సి, డంకేనియా డుబోయిస్, మైక్సోబాక్టీరియం ఎంటెరిటిడిస్, మరియు రూమినోకోకస్ బోవిస్ ఉన్నాయి.
ఈ అధ్యయనంలో, ఎలుకల ప్రేగులలోని సూక్ష్మజీవులపై PPA ప్రభావాలను మేము పరిశీలించాము. PPA కొన్ని జాతులచే ఉత్పత్తి చేయబడటం, ఇతర జాతులచే ఆహార వనరుగా ఉపయోగించబడటం లేదా సూక్ష్మజీవనాశక ప్రభావాలను కలిగి ఉండటం వలన, అది బ్యాక్టీరియాలో విభిన్న ప్రతిస్పందనలను ప్రేరేపిస్తుంది. అందువల్ల, ఆహార అనుబంధం ద్వారా ప్రేగు వాతావరణంలోకి దీనిని చేర్చడం అనేది, బ్యాక్టీరియా యొక్క సహనం, సున్నితత్వం మరియు దానిని పోషక వనరుగా ఉపయోగించుకునే సామర్థ్యంపై ఆధారపడి విభిన్న ప్రభావాలను కలిగి ఉండవచ్చు. సున్నితమైన బ్యాక్టీరియా జాతులు తొలగించబడి, వాటి స్థానంలో PPAకు ఎక్కువ నిరోధకత కలిగినవి లేదా దానిని ఆహార వనరుగా ఉపయోగించుకోగలవి చేరవచ్చు, ఇది ప్రేగులలోని సూక్ష్మజీవుల కూర్పులో మార్పులకు దారితీస్తుంది. మా ఫలితాలు సూక్ష్మజీవుల కూర్పులో గణనీయమైన తేడాలను వెల్లడించాయి, కానీ మొత్తం సూక్ష్మజీవుల వైవిధ్యంపై ఎటువంటి ప్రభావం చూపలేదు. జాతుల స్థాయిలో అతిపెద్ద ప్రభావాలు గమనించబడ్డాయి, PPA మరియు నియంత్రణ నమూనాల మధ్య 70కి పైగా టాక్సాల సమృద్ధిలో గణనీయమైన తేడాలు ఉన్నాయి (అనుబంధ పట్టిక 2). PPAకు గురైన నమూనాల కూర్పును మరింతగా మూల్యాంకనం చేయగా, గురికాని నమూనాలతో పోలిస్తే సూక్ష్మజీవుల జాతులలో ఎక్కువ భిన్నత్వం ఉన్నట్లు వెల్లడైంది. ఇది PPA బ్యాక్టీరియా పెరుగుదల లక్షణాలను పెంచి, PPA అధికంగా ఉన్న వాతావరణంలో జీవించగల బ్యాక్టీరియా జనాభాను పరిమితం చేయవచ్చని సూచిస్తుంది. అందువల్ల, PPA ప్రేగు మైక్రోబయోటా వైవిధ్యానికి విస్తృతమైన అంతరాయం కలిగించకుండా, ఎంపికగా మార్పులను ప్రేరేపించవచ్చు.
PPA వంటి ఆహార సంరక్షణకారులు మొత్తం వైవిధ్యాన్ని ప్రభావితం చేయకుండా గట్ మైక్రోబయోమ్ భాగాల సమృద్ధిని మారుస్తాయని గతంలో చూపబడింది (నాగ్పాల్ మరియు ఇతరులు, 2021). ఇక్కడ, మేము బాక్టీరాయిడెటెస్ ఫైలమ్లోని (గతంలో బాక్టీరాయిడెటెస్ అని పిలువబడే) బాక్టీరాయిడెటెస్ జాతుల మధ్య అత్యంత విస్మయపరిచే తేడాలను గమనించాము, ఇవి PPAకు గురైన ఎలుకలలో గణనీయంగా సమృద్ధి చెందాయి. బాక్టీరాయిడ్స్ జాతుల సమృద్ధి పెరగడం అనేది శ్లేష్మం విచ్ఛిన్నం పెరగడంతో ముడిపడి ఉంటుంది, ఇది ఇన్ఫెక్షన్ ప్రమాదాన్ని పెంచి, వాపును ప్రోత్సహించవచ్చు (కార్నిక్ మరియు ఇతరులు, 2015; దేశాయ్ మరియు ఇతరులు, 2016; పెన్జోల్ మరియు ఇతరులు, 2019). ఒక అధ్యయనంలో, బాక్టెరాయిడ్స్ ఫ్రాజిలిస్తో చికిత్స పొందిన నవజాత మగ ఎలుకలు ఆటిజం స్పెక్ట్రమ్ డిజార్డర్ (ASD)ను పోలిన సామాజిక ప్రవర్తనలను ప్రదర్శించాయని కనుగొనబడింది (కార్మెల్ మరియు ఇతరులు, 2023), మరియు ఇతర అధ్యయనాలు బాక్టెరాయిడ్స్ జాతులు రోగనిరోధక శక్తిని మార్చగలవని మరియు ఆటోఇమ్యూన్ ఇన్ఫ్లమేటరీ కార్డియోమయోపతికి దారితీస్తాయని చూపించాయి (గిల్-క్రూజ్ మరియు ఇతరులు, 2019). PPAకు గురైన ఎలుకలలో రూమినోకాకస్, ప్రివోటెల్లా మరియు పారాబాక్టెరాయిడ్స్ ప్రజాతులకు చెందిన జాతులు కూడా గణనీయంగా పెరిగాయి (కోరెట్టి మరియు ఇతరులు, 2018). కొన్ని రూమినోకాకస్ జాతులు ప్రోఇన్ఫ్లమేటరీ సైటోకైన్ల ఉత్పత్తి ద్వారా క్రోన్స్ వ్యాధి వంటి వ్యాధులతో సంబంధం కలిగి ఉంటాయి (హెంకే మరియు ఇతరులు, 2019), అయితే ప్రివోటెల్లా హ్యూమాని వంటి ప్రివోటెల్లా జాతులు అధిక రక్తపోటు మరియు ఇన్సులిన్ సెన్సిటివిటీ వంటి జీవక్రియ సంబంధిత వ్యాధులతో సంబంధం కలిగి ఉంటాయి (పెడెర్సెన్ మరియు ఇతరులు, 2016; లీ మరియు ఇతరులు, 2017). చివరగా, బాక్టెరాయిడెట్స్ జాతుల మొత్తం సమృద్ధి ఎక్కువగా ఉండటం వల్ల, నియంత్రణ ఎలుకలతో పోలిస్తే PPAకు గురైన ఎలుకలలో బాక్టెరాయిడెట్స్ (గతంలో ఫిర్మికుట్స్ అని పిలువబడేవి) మరియు బాక్టెరాయిడెట్స్ నిష్పత్తి గణనీయంగా తక్కువగా ఉందని మేము కనుగొన్నాము. ఈ నిష్పత్తి ప్రేగుల హోమియోస్టాసిస్కు ఒక ముఖ్యమైన సూచికగా గతంలో చూపబడింది, మరియు ఈ నిష్పత్తిలో కలిగే అవాంతరాలు ఇన్ఫ్లమేటరీ బవెల్ వ్యాధులతో (స్టోజానోవ్ మరియు ఇతరులు, 2020) సహా వివిధ వ్యాధి స్థితులతో (టర్పిన్ మరియు ఇతరులు, 2016; టేకేజావా మరియు ఇతరులు, 2021; ఆన్ మరియు ఇతరులు, 2023) సంబంధం కలిగి ఉన్నాయి. సమిష్టిగా, బాక్టెరాయిడెట్స్ ఫైలమ్కు చెందిన జాతులు ఆహారంలో పెరిగిన PPA వల్ల అత్యంత బలంగా ప్రభావితమవుతున్నట్లు కనిపిస్తున్నాయి. ఇది PPA పట్ల అధిక సహనం లేదా PPAను శక్తి వనరుగా ఉపయోగించుకునే సామర్థ్యం వల్ల కావచ్చు, ఇది కనీసం ఒక జాతి అయిన హోయ్లెసెల్లా ఎనోసియా విషయంలో నిజమని నిరూపించబడింది (హిచ్ మరియు ఇతరులు, 2022). ప్రత్యామ్నాయంగా, తల్లి PPAకు గురికావడం వల్ల ఎలుక పిల్లల ప్రేగులు బాక్టెరాయిడెట్స్ కాలనీకరణకు మరింత సున్నితంగా మారడం ద్వారా పిండ అభివృద్ధిని మెరుగుపరచవచ్చు; అయితే, మా అధ్యయన రూపకల్పన అటువంటి అంచనాకు అనుమతించలేదు.
మెటాజెనోమిక్ కంటెంట్ అంచనా, PPA జీవక్రియ మరియు ఉత్పత్తికి సంబంధించిన జన్యువుల సమృద్ధిలో గణనీయమైన తేడాలను వెల్లడించింది. PPAకు గురైన ఎలుకలలో PPA ఉత్పత్తికి బాధ్యత వహించే జన్యువులు అధిక సంఖ్యలో ఉండగా, PPAకు గురి కాని ఎలుకలలో PAA జీవక్రియకు బాధ్యత వహించే జన్యువులు అధిక సంఖ్యలో ఉన్నాయి (పటం 6). ఈ ఫలితాలు, సూక్ష్మజీవుల కూర్పుపై PPA ప్రభావం కేవలం దాని వాడకం వల్ల మాత్రమే కాకపోవచ్చని సూచిస్తున్నాయి; ఒకవేళ అలా జరిగి ఉంటే, PPAకు గురైన ఎలుకల గట్ మైక్రోబయోమ్లో PPA జీవక్రియకు సంబంధించిన జన్యువులు అధిక సంఖ్యలో కనిపించి ఉండేవి. దీనికి ఒక వివరణ ఏమిటంటే, PPA బ్యాక్టీరియాను ఒక పోషకంగా ఉపయోగించుకోవడం ద్వారా కాకుండా, ప్రధానంగా దాని సూక్ష్మజీవనాశక ప్రభావాల ద్వారా బ్యాక్టీరియా సమృద్ధిని నియంత్రిస్తుంది. గత అధ్యయనాలు PPA, సాల్మోనెల్లా టైఫిమ్యూరియం పెరుగుదలను మోతాదుకు అనుగుణంగా నిరోధిస్తుందని చూపించాయి (జాకబ్సన్ మరియు ఇతరులు, 2018). అధిక గాఢతలలో PPAకు గురికావడం వల్ల, దాని సూక్ష్మజీవనాశక లక్షణాలకు నిరోధకత కలిగిన బ్యాక్టీరియా ఎంపిక కావచ్చు మరియు అవి దానిని జీవక్రియ చేయడానికి లేదా ఉత్పత్తి చేయడానికి తప్పనిసరిగా సామర్థ్యం కలిగి ఉండకపోవచ్చు. ఉదాహరణకు, అనేక పారాబాక్టీరాయిడ్స్ జాతులు PPA నమూనాలలో గణనీయంగా అధిక సంఖ్యలో కనిపించాయి, కానీ PPA జీవక్రియ లేదా ఉత్పత్తికి సంబంధించిన జన్యువులు ఏవీ కనుగొనబడలేదు (అనుబంధ పట్టికలు 2, 4, మరియు 5). అంతేకాకుండా, కిణ్వన ప్రక్రియ యొక్క ఉప-ఉత్పత్తిగా PPA ఉత్పత్తి వివిధ బాక్టీరియాలలో విస్తృతంగా వ్యాపించి ఉంది (గొంజాలెజ్-గార్సియా మరియు ఇతరులు, 2017). నియంత్రణ నమూనాలలో PPA జీవక్రియకు సంబంధించిన జన్యువులు అధిక సంఖ్యలో ఉండటానికి అధిక బాక్టీరియా వైవిధ్యమే కారణం కావచ్చు (అవెరినా మరియు ఇతరులు, 2020). అంతేకాకుండా, 1332 జన్యువులలో కేవలం 27 (2.14%) మాత్రమే ప్రత్యేకంగా PPA జీవక్రియతో సంబంధం ఉన్న జన్యువులుగా అంచనా వేయబడ్డాయి. PPA జీవక్రియతో సంబంధం ఉన్న అనేక జన్యువులు ఇతర జీవక్రియ మార్గాలలో కూడా పాల్గొంటాయి. ఇది నియంత్రణ నమూనాలలో PPA జీవక్రియలో పాల్గొనే జన్యువుల సంఖ్య ఎక్కువగా ఉందని మరింతగా నిరూపిస్తుంది; ఈ జన్యువులు PPA వినియోగానికి లేదా ఉప-ఉత్పత్తిగా ఏర్పడటానికి దారితీయని మార్గాలలో పనిచేయవచ్చు. ఈ సందర్భంలో, PPA ఉత్పత్తితో సంబంధం ఉన్న ఒకే ఒక జన్యువు మాత్రమే నమూనాల రకాల మధ్య సంఖ్యలో గణనీయమైన తేడాలను చూపించింది. PPA జీవక్రియతో సంబంధం ఉన్న జన్యువులకు భిన్నంగా, PPA ఉత్పత్తికి సంబంధించిన మార్కర్ జన్యువులను ఎంపిక చేశారు, ఎందుకంటే అవి PPA ఉత్పత్తికి సంబంధించిన బాక్టీరియల్ మార్గంలో నేరుగా పాల్గొంటాయి. PPAకు గురైన ఎలుకలలో, అన్ని జాతులలో PPAను ఉత్పత్తి చేసే సమృద్ధి మరియు సామర్థ్యం గణనీయంగా పెరిగినట్లు కనుగొనబడింది. ఇది, PPAలు PPA ఉత్పత్తిదారులను ఎంపిక చేస్తాయనే అంచనాకు మద్దతు ఇస్తుంది, అందువల్ల PPA ఉత్పత్తి సామర్థ్యం పెరుగుతుందని అంచనా వేయవచ్చు. అయితే, జన్యు సమృద్ధికి మరియు జన్యు వ్యక్తీకరణకు తప్పనిసరిగా సంబంధం ఉండదు; అందువల్ల, నియంత్రణ నమూనాలలో PPA జీవక్రియతో సంబంధం ఉన్న జన్యువుల సమృద్ధి ఎక్కువగా ఉన్నప్పటికీ, వ్యక్తీకరణ రేటు భిన్నంగా ఉండవచ్చు (షి మరియు ఇతరులు, 2014). PPA-ఉత్పత్తి చేసే జన్యువుల ప్రాబల్యానికి మరియు PPA ఉత్పత్తికి మధ్య ఉన్న సంబంధాన్ని నిర్ధారించడానికి, PPA ఉత్పత్తిలో పాల్గొన్న జన్యువుల వ్యక్తీకరణపై అధ్యయనాలు అవసరం.
PPA మరియు కంట్రోల్ మెటాజీనోమ్ల యొక్క క్రియాత్మక వివరణ కొన్ని తేడాలను వెల్లడించింది. జన్యు కంటెంట్ యొక్క PCA విశ్లేషణ PPA మరియు కంట్రోల్ నమూనాల మధ్య వివిక్త సమూహాలను వెల్లడించింది (పటం 5). నమూనాలోని సమూహీకరణ కంట్రోల్ జన్యు కంటెంట్ మరింత వైవిధ్యంగా ఉందని, అయితే PPA నమూనాలు కలిసి సమూహంగా ఏర్పడ్డాయని వెల్లడించింది. జన్యు కంటెంట్ ద్వారా సమూహీకరణ జాతుల కూర్పు ద్వారా సమూహీకరణతో పోల్చదగినదిగా ఉంది. అందువల్ల, మార్గాల సమృద్ధిలోని తేడాలు, వాటిలోని నిర్దిష్ట జాతులు మరియు స్ట్రెయిన్ల సమృద్ధిలోని మార్పులకు అనుగుణంగా ఉన్నాయి. PPA నమూనాలలో, గణనీయంగా అధిక సమృద్ధిని కలిగిన రెండు మార్గాలు అమైనోషుగర్/న్యూక్లియోటైడ్ షుగర్ జీవక్రియ (ko:K21279) మరియు బహుళ లిపిడ్ జీవక్రియ మార్గాలకు (ko:K00647, ko:K03801; అనుబంధ పట్టిక 3) సంబంధించినవి. ko:K21279తో సంబంధం ఉన్న జన్యువులు బాక్టీరాయిడ్స్ ప్రజాతితో సంబంధం కలిగి ఉన్నాయని తెలుసు, ఇది PPA నమూనాలలో గణనీయంగా అధిక సంఖ్యలో జాతులను కలిగి ఉన్న ప్రజాతులలో ఒకటి. ఈ ఎంజైమ్ క్యాప్సులర్ పాలిసాకరైడ్లను వ్యక్తీకరించడం ద్వారా రోగనిరోధక ప్రతిస్పందనను తప్పించుకోగలదు (వాంగ్ మరియు ఇతరులు, 2008). PPAకు గురైన ఎలుకలలో గమనించిన బాక్టెరాయిడెట్స్ పెరుగుదలకు ఇది కారణం కావచ్చు. ఇది PPA మైక్రోబయోమ్లో గమనించిన పెరిగిన కొవ్వు ఆమ్లాల సంశ్లేషణకు పూరకంగా ఉంటుంది. బ్యాక్టీరియా కొవ్వు ఆమ్లాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి FASIIko:K00647 (fabB) మార్గాన్ని ఉపయోగిస్తుంది, ఇది హోస్ట్ జీవక్రియ మార్గాలను ప్రభావితం చేయవచ్చు (యావో మరియు రాక్, 2015; జాన్సన్ మరియు ఇతరులు, 2020), మరియు లిపిడ్ జీవక్రియలోని మార్పులు నాడీ అభివృద్ధిలో పాత్ర పోషించవచ్చు (యు మరియు ఇతరులు, 2020). PPA నమూనాలలో అధికంగా కనిపించిన మరో మార్గం స్టెరాయిడ్ హార్మోన్ బయోసింథసిస్ (ko:K12343). హార్మోన్ల స్థాయిలను ప్రభావితం చేసే గట్ మైక్రోబయోటా సామర్థ్యానికి మరియు హార్మోన్లచే ప్రభావితమయ్యే సామర్థ్యానికి మధ్య విలోమ సంబంధం ఉందని, తద్వారా పెరిగిన స్టెరాయిడ్ స్థాయిలు తదుపరి ఆరోగ్య పరిణామాలకు దారితీయవచ్చని పెరుగుతున్న ఆధారాలు సూచిస్తున్నాయి (టెటెల్ మరియు ఇతరులు, 2018).
ఈ అధ్యయనంలో పరిమితులు మరియు పరిగణనలు లేకపోలేదు. ఒక ముఖ్యమైన తేడా ఏమిటంటే, మేము జంతువుల శారీరక మూల్యాంకనాలను నిర్వహించలేదు. అందువల్ల, మైక్రోబయోమ్లోని మార్పులు ఏదైనా వ్యాధితో సంబంధం కలిగి ఉన్నాయో లేదో నేరుగా నిర్ధారించడం సాధ్యం కాదు. మరొక పరిగణన ఏమిటంటే, ఈ అధ్యయనంలోని ఎలుకలకు వాటి తల్లులకు తినిపించిన ఆహారాన్నే తినిపించారు. PPA-సమృద్ధిగా ఉన్న ఆహారం నుండి PPA-రహిత ఆహారానికి మారడం మైక్రోబయోమ్పై దాని ప్రభావాలను మెరుగుపరుస్తుందో లేదో భవిష్యత్ అధ్యయనాలు నిర్ధారించవచ్చు. అనేక ఇతర అధ్యయనాల మాదిరిగానే, మా అధ్యయనం యొక్క ఒక పరిమితి పరిమిత నమూనా పరిమాణం. సరైన నిర్ధారణలకు రాగలిగినప్పటికీ, ఫలితాలను విశ్లేషించేటప్పుడు పెద్ద నమూనా పరిమాణం ఎక్కువ గణాంక శక్తిని అందిస్తుంది. గట్ మైక్రోబయోమ్లోని మార్పులకు మరియు ఏదైనా వ్యాధికి మధ్య సంబంధం గురించి నిర్ధారణలకు రావడంలో కూడా మేము జాగ్రత్తగా ఉన్నాము (యాప్ మరియు ఇతరులు, 2021). వయస్సు, లింగం మరియు ఆహారం వంటి గందరగోళ కారకాలు సూక్ష్మజీవుల కూర్పును గణనీయంగా ప్రభావితం చేయగలవు. ఈ కారకాలు సంక్లిష్ట వ్యాధులతో గట్ మైక్రోబయోమ్ యొక్క సంబంధానికి సంబంధించి సాహిత్యంలో గమనించిన అస్థిరతలను వివరించవచ్చు (జాన్సన్ మరియు ఇతరులు, 2019; లాగోడ్ మరియు నాసర్, 2023). ఉదాహరణకు, ASD ఉన్న జంతువులు మరియు మానవులలో బాక్టెరాయిడెట్స్ జాతికి చెందిన సభ్యులు పెరగడం లేదా తగ్గడం గమనించబడింది (ఏంజెలిస్ మరియు ఇతరులు, 2013; కుషాక్ మరియు ఇతరులు, 2017). అదేవిధంగా, ఇన్ఫ్లమేటరీ బవెల్ వ్యాధులు ఉన్న రోగులలో గట్ కూర్పుపై చేసిన అధ్యయనాలు అదే టాక్సాలో పెరుగుదల మరియు తగ్గుదల రెండింటినీ కనుగొన్నాయి (వాల్టర్స్ మరియు ఇతరులు, 2014; ఫోర్బ్స్ మరియు ఇతరులు, 2018; ఉపాధ్యాయ్ మరియు ఇతరులు, 2023). లింగ పక్షపాతం ప్రభావాన్ని పరిమితం చేయడానికి, మేము స్త్రీ, పురుషులకు సమాన ప్రాతినిధ్యం ఉండేలా చూసుకున్నాము, తద్వారా తేడాలు ఎక్కువగా ఆహారం వల్లనే ఏర్పడి ఉండే అవకాశం ఉంది. ఫంక్షనల్ అనోటేషన్లో ఒక సవాలు ఏమిటంటే, పునరావృతమయ్యే జన్యు శ్రేణులను తొలగించడం. మా జన్యు క్లస్టరింగ్ పద్ధతికి తప్పుడు క్లస్టరింగ్ను తొలగించడానికి 95% సీక్వెన్స్ ఐడెంటిటీ, 85% లెంగ్త్ సిమిలారిటీ, అలాగే 90% అలైన్మెంట్ కవరేజ్ అవసరం. అయినప్పటికీ, కొన్ని సందర్భాల్లో, మేము ఒకే రకమైన అనోటేషన్లతో (ఉదాహరణకు, MUT) COGలను గమనించాము (పటం 6). ఈ ఆర్థోలాగ్లు విభిన్నమైనవా, నిర్దిష్ట జాతులతో సంబంధం కలిగి ఉన్నాయా, లేదా ఇది జన్యు సమూహీకరణ విధానం యొక్క పరిమితియా అని నిర్ధారించడానికి మరిన్ని అధ్యయనాలు అవసరం. క్రియాత్మక వివరణ యొక్క మరొక పరిమితి తప్పుగా వర్గీకరించే అవకాశం; బ్యాక్టీరియా జన్యువు mmdA అనేది ప్రొపియోనేట్ సంశ్లేషణలో పాల్గొనే ఒక తెలిసిన ఎంజైమ్, కానీ KEGG దానిని ప్రొపియోనేట్ జీవక్రియ మార్గంతో అనుబంధించదు. దీనికి విరుద్ధంగా, scpB మరియు mmcD ఆర్థోలాగ్లు సంబంధం కలిగి ఉన్నాయి. నిర్దేశిత నాకౌట్లు లేని అధిక సంఖ్యలో ఉన్న జన్యువులు, జన్యు సమృద్ధిని అంచనా వేసేటప్పుడు PPA-సంబంధిత జన్యువులను గుర్తించడంలో అసమర్థతకు దారితీయవచ్చు. భవిష్యత్ అధ్యయనాలు మెటాట్రాన్స్క్రిప్టోమ్ విశ్లేషణ నుండి ప్రయోజనం పొందుతాయి, ఇది గట్ మైక్రోబయోటా యొక్క క్రియాత్మక లక్షణాలపై లోతైన అవగాహనను అందిస్తుంది మరియు జన్యు వ్యక్తీకరణను సంభావ్య తదుపరి ప్రభావాలకు అనుసంధానిస్తుంది. నిర్దిష్ట నాడీ అభివృద్ధి లోపాలు లేదా తాపజనక ప్రేగు వ్యాధులకు సంబంధించిన అధ్యయనాల కోసం, మైక్రోబయోమ్ కూర్పులోని మార్పులను ఈ రుగ్మతలకు అనుసంధానించడానికి జంతువుల శారీరక మరియు ప్రవర్తనా అంచనాలు అవసరం. మైక్రోబయోమ్ వ్యాధికి కారణమా లేదా లక్షణమా అని నిర్ధారించడానికి, సూక్ష్మజీవి రహిత ఎలుకలలోకి గట్ మైక్రోబయోమ్ను మార్పిడి చేసే అదనపు అధ్యయనాలు కూడా ఉపయోగకరంగా ఉంటాయి.
సంక్షిప్తంగా, ఆహారంలోని PPA పేగు మైక్రోబయోటా కూర్పును మార్చడంలో ఒక కారకంగా పనిచేస్తుందని మేము నిరూపించాము. PPA అనేది FDA-ఆమోదం పొందిన ఒక ప్రిజర్వేటివ్, ఇది వివిధ ఆహారాలలో విస్తృతంగా లభిస్తుంది. దీనికి దీర్ఘకాలం పాటు గురికావడం వల్ల, సాధారణ పేగు వృక్షజాలానికి అంతరాయం కలగవచ్చు. మేము అనేక బాక్టీరియాల సమృద్ధిలో మార్పులను కనుగొన్నాము, ఇది PPA పేగు మైక్రోబయోటా కూర్పును ప్రభావితం చేయగలదని సూచిస్తుంది. మైక్రోబయోటాలోని మార్పులు కొన్ని జీవక్రియ మార్గాల స్థాయిలలో మార్పులకు దారితీయవచ్చు, ఇది ఆతిథేయ ఆరోగ్యానికి సంబంధించిన శారీరక మార్పులకు దారితీయవచ్చు. సూక్ష్మజీవుల కూర్పుపై ఆహారంలోని PPA ప్రభావాలు డిస్బయోసిస్ లేదా ఇతర వ్యాధులకు దారితీస్తాయో లేదో నిర్ధారించడానికి మరిన్ని అధ్యయనాలు అవసరం. పేగు కూర్పుపై PPA ప్రభావాలు మానవ ఆరోగ్యాన్ని ఎలా ప్రభావితం చేస్తాయనే దానిపై భవిష్యత్ అధ్యయనాలకు ఈ అధ్యయనం పునాది వేస్తుంది.
ఈ అధ్యయనంలో సమర్పించబడిన డేటాసెట్లు ఆన్లైన్ రిపోజిటరీలలో అందుబాటులో ఉన్నాయి. రిపోజిటరీ పేరు మరియు యాక్సెషన్ నంబర్: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/, PRJNA1092431.
ఈ జంతు అధ్యయనం సెంట్రల్ ఫ్లోరిడా విశ్వవిద్యాలయం యొక్క సంస్థాగత జంతు సంరక్షణ మరియు వినియోగ కమిటీ (UCF-IACUC) ద్వారా ఆమోదించబడింది (జంతు వినియోగ అనుమతి సంఖ్య: PROTO202000002). ఈ అధ్యయనం స్థానిక చట్టాలు, నిబంధనలు మరియు సంస్థాగత అవసరాలకు అనుగుణంగా ఉంది.
NG: భావన రూపకల్పన, డేటా క్యూరేషన్, ఫార్మల్ అనాలిసిస్, పరిశోధన, మెథడాలజీ, సాఫ్ట్వేర్, విజువలైజేషన్, రచన (ఒరిజినల్ డ్రాఫ్ట్), రచన (సమీక్ష & ఎడిటింగ్). LA: భావన రూపకల్పన, డేటా క్యూరేషన్, మెథడాలజీ, వనరులు, రచన (సమీక్ష & ఎడిటింగ్). SH: ఫార్మల్ అనాలిసిస్, సాఫ్ట్వేర్, రచన (సమీక్ష & ఎడిటింగ్). SA: పరిశోధన, రచన (సమీక్ష & ఎడిటింగ్). చీఫ్ జడ్జ్: పరిశోధన, రచన (సమీక్ష & ఎడిటింగ్). SN: భావన రూపకల్పన, ప్రాజెక్ట్ అడ్మినిస్ట్రేషన్, వనరులు, పర్యవేక్షణ, రచన (సమీక్ష & ఎడిటింగ్). TA: భావన రూపకల్పన, ప్రాజెక్ట్ అడ్మినిస్ట్రేషన్, పర్యవేక్షణ, రచన (సమీక్ష & ఎడిటింగ్).
ఈ వ్యాసం యొక్క పరిశోధన, రచనా మరియు/లేదా ప్రచురణ కోసం తాము ఎటువంటి ఆర్థిక సహాయం పొందలేదని రచయితలు ప్రకటించారు.
సంభావ్య ప్రయోజన వైరుధ్యంగా భావించబడే ఎలాంటి వాణిజ్య లేదా ఆర్థిక సంబంధాలు లేకుండా ఈ పరిశోధన నిర్వహించబడిందని రచయితలు ప్రకటిస్తున్నారు. వర్తించదు.
ఈ వ్యాసంలో వ్యక్తపరిచిన అభిప్రాయాలన్నీ కేవలం రచయితలవి మాత్రమే మరియు అవి వారి సంస్థలు, ప్రచురణకర్తలు, సంపాదకులు లేదా సమీక్షకుల అభిప్రాయాలను తప్పనిసరిగా ప్రతిబింబించవు. ఈ వ్యాసంలో మూల్యాంకనం చేయబడిన ఏవైనా ఉత్పత్తులకు, లేదా వాటి తయారీదారులు చేసిన ఏవైనా వాదనలకు ప్రచురణకర్త హామీ ఇవ్వరు లేదా ఆమోదించరు.
ఈ వ్యాసానికి సంబంధించిన అనుబంధ సమాచారాన్ని ఆన్లైన్లో ఇక్కడ చూడవచ్చు: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frmbi.2024.1451735/full#supplementary-material
అబ్డెల్లి LS, సంసామ్ A, నాసర్ SA (2019). ఆటిజం స్పెక్ట్రమ్ డిజార్డర్స్లో PTEN/AKT మార్గాన్ని నియంత్రించడం ద్వారా ప్రొపియోనిక్ ఆమ్లం గ్లియోసిస్ మరియు న్యూరోఇన్ఫ్లమేషన్ను ప్రేరేపిస్తుంది. సైంటిఫిక్ రిపోర్ట్స్ 9, 8824–8824. doi: 10.1038/s41598-019-45348-z
ఐచిసన్, జె. (1982). కూర్పు డేటా యొక్క గణాంక విశ్లేషణ. జెఆర్ స్టాట్ సాక్ సెర్ బి మెథడాలజీ. 44, 139–160. doi: 10.1111/j.2517-6161.1982.tb01195.x
ఆన్ జె, క్వాన్ హెచ్, కిమ్ వైజె (2023). రొమ్ము క్యాన్సర్కు ప్రమాద కారకంగా ఫర్మికుట్స్/బాక్టీరాయిడెట్స్ నిష్పత్తి. జర్నల్ ఆఫ్ క్లినికల్ మెడిసిన్, 12, 2216. doi: 10.3390/jcm12062216
ఆండర్స్ ఎస్., హ్యూబర్ డబ్ల్యూ. (2010). సీక్వెన్స్ కౌంట్ డేటా యొక్క డిఫరెన్షియల్ ఎక్స్ప్రెషన్ విశ్లేషణ. నాట్ ప్రివ్. 1–1, 1–10. doi: 10.1038/npre.2010.4282.1
ఏంజెలిస్, MD, పిక్కోలో, M., వన్నిని, L., సిరాగుసా, S., గియాకోమో, AD, సెర్రాజానెట్టి, DI, మరియు ఇతరులు. (2013). ఆటిజం మరియు ఇతరత్రా పేర్కొనబడని సర్వవ్యాప్త అభివృద్ధి రుగ్మత ఉన్న పిల్లలలో మల మైక్రోబయోటా మరియు మెటాబోలోమ్. ప్లోస్ వన్ 8, e76993. doi: 10.1371/journal.pone.0076993
అవేరినా OV, కోవ్టన్ AS, పోలియాకోవా SI, సావిలోవా AM, రెబ్రికోవ్ DV, డానిలెంకో VN (2020). ఆటిజం స్పెక్ట్రమ్ డిజార్డర్స్ ఉన్న చిన్నపిల్లలలో ప్రేగు మైక్రోబయోటా యొక్క బాక్టీరియల్ న్యూరోమెటాబోలిక్ లక్షణాలు. జర్నల్ ఆఫ్ మెడికల్ మైక్రోబయాలజీ 69, 558–571. doi: 10.1099/jmm.0.001178
బాక్వెరో ఎఫ్., నోంబెలా కె. (2012). మైక్రోబయోమ్ ఒక మానవ అవయవంగా. క్లినికల్ మైక్రోబయాలజీ అండ్ ఇన్ఫెక్షన్ 18, 2–4. doi: 10.1111/j.1469-0691.2012.03916.x
బౌర్ టి., డ్యూరే పి. (2023). ప్రొపియోనిక్ ఆమ్లాన్ని ఉత్పత్తి చేసే బ్యాక్టీరియా యొక్క శరీరధర్మశాస్త్రంపై కొత్త అంతర్దృష్టులు: అనెరోటిగ్నమ్ ప్రొపియోనికమ్ మరియు అనెరోటిగ్నమ్ నియోప్రొపియోనికమ్ (పూర్వం క్లోస్ట్రిడియమ్ ప్రొపియోనికమ్ మరియు క్లోస్ట్రిడియమ్ నియోప్రొపియోనికమ్). మైక్రోఆర్గానిజమ్స్ 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 ఒక ఆచరణాత్మక మరియు సమర్థవంతమైన విధానం. జెఆర్ స్టాట్ సాక్ సెర్ బి మెథడాలజీ. 57, 289–300. doi: 10.1111/j.2517-6161.1995.tb02031.x
పోస్ట్ చేసిన సమయం: ఏప్రిల్-18-2025