Auswirkungen von Gallotanninen auf das Darmmikrobiom und deren Einfluss auf Entzündungsmarker bei adipösen Personen.

Einleitung Hintergrund Adipositas ist eine schwerwiegende, häufige und kostspielige chronische Erkrankung. Laut einem Bericht des Centers for Disease Control and Prevention leben mehr als 2 von 5 Erwachsenen in den Vereinigten Staaten (USA) mit Adipositas. Das Problem der Adipositas in den USA zeigt einen zunehmenden Trend, da Berichte gezeigt haben, dass die Prävalenz von Adipositas unter US-Erwachsenen ab 20 Jahren von 2017 bis 2020 bei 41,9 % lag und damit von 30,5 % im Jahr 2000 anstieg. Gleichzeitig stieg die Prävalenz von schwerer Adipositas von 4,7 % auf 9,2 %. Das bedeutet, dass über 100 Millionen Erwachsene in den USA mit Adipositas leben, während mehr als 22 Millionen Menschen mit schwerer Adipositas leben.

Die Hauptursache für Adipositas ist eine abnormale und übermäßige Ansammlung von Lipiden in vielen Organen und Geweben, insbesondere im viszeralen oder abdominalen Bereich, einschließlich des weißen Fettgewebes (WAT), was als abdominale Adipositas bezeichnet wird. Zahlreiche wichtige nicht übertragbare Krankheiten wie Diabetes mellitus, metabolisch assoziierte Fettlebererkrankung (MAFLD), kardiovaskuläre Erkrankungen, Bluthochdruck und Nierenerkrankungen werden maßgeblich von dieser Art der Adipositas beeinflusst. Als einer der Hauptpathogenese-Mechanismen bei Adipositas wird eine beeinträchtigte Adipogenese oder der Prozess der Adipozyten-Differenzierung vorgeschlagen.

Erhöhter oxidativer Stress und Entzündungen sind weitere Merkmale einer ungesunden WAT-Remodellierung. Histologische kronenartige Strukturen (CLSs) entstehen, wenn vergrößerte Adipozyten Chemokine freisetzen, die Immunzellen, hauptsächlich Makrophagen, anziehen, um die Adipozyten zu umgeben. Durch die Aktivierung proinflammatorischer Regulatoren wie des nukleären Faktors Kappa B (NF-κB), der wiederum die Produktion entzündungsfördernder Gene steigert und antiinflammatorische Regulatoren wie Interleukin 10 (IL10) überwindet, verstärkt dieser Mechanismus den hyperinflammatorischen Zustand. Darüber hinaus kann oxidativer Stress, der durch reaktive Sauerstoffspezies (ROS) induziert wird, die antioxidative Regulation, insbesondere die durch den nukleären Faktor Erythroid 2-verwandte Faktor 2 (NFE2L2/NRF2) vermittelte Expression von Antioxidans-Genen, überwinden.

Metabolische Probleme wie Insulinresistenz, Dyslipidämie und gestörte Adipogenese werden sowohl durch oxidativen Stress als auch durch Entzündungen verursacht. Daher könnten Methoden zur Vermeidung von Adipozyten-Hypertrophie, zur Verbesserung der Adipogenese zur Bildung normaler Adipozyten, zur Umkehrung schädlicher WAT-Remodellierung und zur Begrenzung von oxidativem Stress und Entzündungen wirksame Wege zur Bekämpfung von Adipositas und metabolischem Syndrom sein.

Der Einsatz von Ernährungsinterventionen zur Prävention und Behandlung von Adipositas wird seit vielen Jahren praktiziert und wird von Forschern als grundlegend beschrieben. Der Verzehr von Mahlzeiten oder natürlichen Produkten, einschließlich Obst und Gemüse, die eine niedrige Energiedichte und einen hohen Gehalt an bioaktiven Chemikalien aufweisen, wurde als Möglichkeit zur Behandlung von Adipositas und damit verbundener Probleme vorgeschlagen. Essbare Wildfrüchte und -gemüse aus verschiedenen Regionen sind dafür bekannt, eine Vielzahl bioaktiver Substanzen zu enthalten, darunter Phenole, die entzündungshemmende, antioxidative und stoffwechselregulierende Wirkungen haben können. Fruchtextrakte, die Flavonoide und Polyphenole wie Quercetin, Catechin und Rutin enthalten, haben positive Auswirkungen auf Marker für metabolische Dysfunktion gezeigt. In Tiermodellen für Adipositas umfassen sie Verringerungen von Adipozyten und Makrophagen, Lipidansammlungen, viszeralem Fettgewebe sowie Markern für Entzündungen und oxidativen Stress.

Die hohe Konzentration phenolischer Substanzen (wie Gallussäure, Gallotannin, Galloylglykoside und Flavonoide) in Mangos (Mangifera indica L.) deutet darauf hin, dass sie ein starkes antioxidatives und entzündungshemmendes Potenzial haben, was darauf hindeutet, dass aus Mangos gewonnene Polyphenole bei der Prävention von chronischen, mit Adipositas verbundenen Krankheiten helfen können. In präklinischen Untersuchungen verringerte der Mangokonsum bei Ratten, die mit einer fettreichen Diät gefüttert wurden, Adipositas und verbesserte Lipidprofile, Glukosetoleranz und die Expression von Entzündungszytokinen. Die Hemmung der Adipogenese durch Mangoextrakte ist höchstwahrscheinlich mit der Reduktion des mitotischen klonalen Wachstums, einer entscheidenden Phase beim Beginn der Adipozyten-Differenzierung, verbunden, gemäß einem In-vitro-Modell unter Verwendung von 3T3-L1-Präadipozytenzellen.

Humane klinische Untersuchungen haben ebenfalls gezeigt, dass die Supplementation mit Mango den Blutzuckerspiegel bei adipösen Menschen, Personen mit Typ-2-Diabetes sowie die Lipidprofile und antioxidative Kapazität bei gesunden Erwachsenen senkt. Bei übergewichtigen Menschen mit Hyperglykämie wurde gezeigt, dass natürliche Phytochemikalien aus Mangofrüchten und ihre Metaboliten, wie Mangiferin, den HDL-Spiegel erhöhen und die Triglycerid- und freien Fettsäurespiegel senken. Gemäß diesen Ergebnissen haben aus Mangos extrahierte Polyphenole starke entzündungshemmende und anti-lipogene Eigenschaften, die zur Prävention chronischer, mit Adipositas verbundener Störungen beitragen können.

Problemstellung Weltweit ist Adipositas zu einer Epidemie komplexer, multivariabler metabolischer Probleme geworden, die zu einer Zunahme der Prävalenz chronischer Erkrankungen wie Typ-2-Diabetes, Herzkrankheiten und mehrerer Krebsarten führen. Eine veränderte Darmmikrobiota-Ökologie oder Dysbiose und ein anhaltender niedriggradiger Entzündungszustand sind Schlüsselkomponenten der Pathophysiologie von Adipositas. Reduzierte Populationen nützlicher Bakterien, die kurzkettige Fettsäuren (SCFAs) produzieren, ein Anstieg proinflammatorischer Taxa und eine Abnahme der mikrobiellen Vielfalt sind häufige Merkmale dieses dysbiotischen Zustands, die alle zur Aufrechterhaltung von metabolischer Dysfunktion und systemischer Entzündung beitragen können. Um Entzündungen zu reduzieren und das mikrobielle Gleichgewicht bei adipösen Menschen wiederherzustellen, besteht ein wachsendes Interesse an der Entwicklung von Ernährungsinterventionen.

Polyphenole sind bekannt für ihre entzündungshemmenden, antioxidativen und präbiotikaähnlichen Eigenschaften, insbesondere Gallotannine (GTs), die in Mangos enthalten sind. Nachdem sie von Darmmikroorganismen abgebaut wurden, könnten GTs das Wachstum guter Bakterien fördern und das Wachstum schlechter hemmen, jedoch können die genauen Effekte von der Zusammensetzung der individuellen Mikrobiota abhängen. Ebenso verbessert Lactiplantibacillus pentosus die Integrität der Darmschleimhaut und moduliert die Immunfunktion, obwohl seine Effekte in Isolation oft inkonsistent sind.

Lactiplantibacillus pentosus LPG1 (im Folgenden als LPG1 bezeichnet) ist ein Fermentat aus Biofilmen von Tafeloliven, das in In-vitro- und In-vivo- (Mausmodell) Untersuchungen probiotische Eigenschaften gezeigt hat. Dieser Stamm besitzt unter anderem entzündungshemmende und Phytase-Eigenschaften, kann den Cholesterinspiegel senken, hemmt lebensmittelbedingte Infektionen, haftet an Caco-2-Zellen und weist keine hämolytische Aktivität auf. Darüber hinaus haben klinische Untersuchungen seine Sicherheit beim Menschen gezeigt. In dieser Hinsicht entdeckte eine aktuelle Studie, dass das L. pentosus LPG1-Genom keine Antibiotikaresistenz- und Virulenzgene aufweist, während es zahlreiche mögliche nützliche Bakterien, Bakteriozin-, Exopolysaccharid-, Folatproduktions-Cluster-Gene und Verdauungsenzyme enthält, die komplexe Kohlenhydrate wie Galaktose, Glykogen, Stärke, Zellulose oder Xylan abbauen können.

Die probiotische Kapazität von Lactiplantibacillus-Stämmen wurde bereits in humanen klinischen Studien untersucht. Kotani untersuchte die Fähigkeit von L. pentosus b240, ursprünglich aus fermentierten Teeblättern isoliert, die Sekretion von sekretorischem Immunglobulin A im Speichel bei älteren Menschen zu stimulieren. Wang untersuchte die Auswirkung der oralen Einnahme von Lactiplantibacillus pentosus Lp-8 auf die Zusammensetzung der fäkalen Mikrobiota. de Vos untersuchte die Auswirkungen der oralen Einnahme mehrerer L. pentosus-Stämme auf die Immunantwort, während Rudzki den Effekt der oralen Einnahme von L. pentosus 299 auf kognitive Fähigkeiten bei depressiven Patienten untersuchte. Kürzlich untersuchte Ahn die Auswirkungen eines aus Kimchi isolierten L. pentosus-Stamms auf Kinder mit allergenempfindlicher atopischer Dermatitis und zeigte verbesserte Symptome bei den Teilnehmern.

Obwohl es bei adipösen Menschen empirisch noch nicht erforscht wurde, ist die Möglichkeit einer synergistischen Regulation von aus Mikroorganismen gewonnenen Metaboliten oder einer Abschwächung entzündlicher Indikatoren besonders faszinierend. Diese Pilotstudie zielt darauf ab, diese Lücke zu schließen, indem sie die Auswirkungen von GT-Extrakt, mit oder ohne L. pentosus-Supplementation, auf die Darmmikrobiota und Entzündung bei adipösen Erwachsenen in vitro bewertet. Die Ergebnisse werden zukünftige Ansätze in personalisierter Ernährung und Adipositas-Management leiten, indem sie Aufschluss darüber geben, ob Polyphenol-Probiotika-Kombinationen mehr gesundheitliche Vorteile bieten als eine Einzelwirkstoff-Therapie.

Bedeutung der Studie Chronische niedriggradige Entzündung und gestörte Darmmikrobiota-Ökologie werden heute als Schlüsselfaktoren für die Entwicklung und das Fortschreiten von Adipositas und verwandten metabolischen Erkrankungen verstanden. Der Fortschritt von Adipositas-Präventions- und Behandlungsbemühungen hängt vom effektiven Management dieser miteinander verbundenen Dysfunktionen ab. Mangos (Mangifera indica L.), eine beliebte tropische Frucht, sind besonders reich an Gallotanninen (GTs), einer Unterklasse hydrolysierbarer Polyphenole, von denen gezeigt wurde, dass sie entzündungshemmende, antioxidative, stoffwechselregulierende und präbiotikaähnliche Eigenschaften haben. Die Biotransformation von GTs in absorbierbare, gesundheitsfördernde Metaboliten durch Darmmikroben ist jedoch ein Hauptfaktor für ihre Bioaktivität. Die potenziellen Vorteile von aus Mangos gewonnenen Polyphenolen werden nicht konsistent in allen Bevölkerungsgruppen erreicht, da die mikrobielle Zusammensetzung zwischen Individuen variiert.

Die Supplementation mit dem gut charakterisierten Probiotikum Lactiplantibacillus pentosus stellt einen praktikablen Weg dar, um die Heterogenität im Polyphenol-Metabolismus anzugehen. Dieses Probiotikum könnte helfen, komplexe phenolische Chemikalien wie GTs abzubauen, die Integrität der Darmbarriere zu verbessern und immunologische Reaktionen zu regulieren. L. pentosus könnte zusammen mit GTs wirken, um die Bioverfügbarkeit vorteilhafter Metaboliten zu erhöhen und einen positiven Einfluss auf die Darmmikrobiota-Ökologie zu haben. Dies könnte dann thermogene und entzündungshemmende Effekte verstärken, die sich als bessere Darmgesundheit, niedrigere Spiegel entzündlicher Biomarker und verbesserte metabolische Profile, insbesondere bei adipösen Menschen, zeigen könnten.

Diese Entdeckung hat wichtige Auswirkungen auf eine Reihe von Bereichen. Durch die Bewertung eines kombinierten Polyphenol-Probiotika-Ansatzes, der darauf ausgelegt ist, den Wirtsstoffwechsel über die Darmmikrobiota zu verändern, fördert die Ernährungswissenschaft das wachsende Feld der funktionellen Lebensmittel und Nutrazeutika. Sie liefert Informationen zur Unterstützung individueller Ernährungsinterventionen bei Adipositas basierend auf mikrobieller Zusammensetzung und individuellem metabolischen Ansprechen, was mit den Prinzipien der Präzisionsernährung übereinstimmt. Aus Sicht der öffentlichen Gesundheit können die Ergebnisse helfen, lebensmittelbasierte, skalierbare Methoden zu entwickeln, um das Risiko chronischer Erkrankungen in anfälligen Gruppen zu senken. Adipositas bleibt ein bedeutender Risikofaktor für kardiovaskuläre Erkrankungen, Typ-2-Diabetes und einige Krebsarten. Daher kann die Suche nach natürlich gewonnenen, kulturell akzeptierten und leicht zugänglichen Ernährungsinterventionen, die metabolische und entzündliche Ergebnisse verbessern, eine wirtschaftliche Methode zur Krankheitsprävention und -kontrolle sein, insbesondere in benachteiligten Umgebungen.

Für die chronische Krankheitsforschung bietet die Arbeit mechanistische Einblicke in die Rolle von Nahrungspolyphenolen und Probiotika bei der Beeinflussung systemischer Entzündung und metabolischer Dysfunktion. Sie könnte helfen, zukünftige klinische Studien zu leiten, die darauf abzielen, mikrobiom-zielgerichtete Behandlungen in Standardversorgungsmodelle für Adipositas und andere nicht übertragbare Krankheiten zu integrieren. Die Studie hat auch Auswirkungen auf die Obst- und Agrarindustrie, insbesondere bei der Förderung der funktionellen Eigenschaften von Mangos und anderen polyphenolreichen Früchten. Wenn erfolgreich, wird diese Studie die Vermarktbarkeit von Mangos als gesundheitsförderndes Lebensmittel steigern, die Nachfrage antreiben und die Entwicklung polyphenol-angereicherter Lebensmittelprodukte fördern. Darüber hinaus können die Ergebnisse landwirtschaftliche Praktiken beeinflussen, die darauf abzielen, den Gehalt bioaktiver Verbindungen in Obstkulturen zu erhöhen.

Über Mangos hinaus legt diese Studie den Grundstein für die Untersuchung vergleichbarer Interaktionen in anderen polyphenolreichen Früchten wie Sumach, was die Relevanz der Studie auf verschiedene kulturelle und geografische Ernährungssituationen erweitert. Im Bereich der Mikrobiomforschung erweitert diese Studie unser Verständnis, wie Nahrungsbioaktive Verbindungen mit spezifischen mikrobiellen Taxa interagieren, um funktionelle Metaboliten zu produzieren, die die Wirtsgesundheit beeinflussen. Sie vertieft unser Verständnis von mikrobieller Vielfalt, SCFA-produzierenden Bakterien und entzündungsbezogenen mikrobiellen Signalwegen bei adipösen Menschen. Schließlich trägt die Studie zu Bildungs- und Lernzielen bei, indem sie ein praktisches Beispiel für translationale Ernährungsforschung liefert. Sie kombiniert molekulare Ernährung, Mikrobiologie und Verhaltenswissenschaften und ist daher ein ausgezeichnetes Fallbeispiel für die Ausbildung von Studenten und Praktikern in interdisziplinären öffentlichen Gesundheits- und biomedizinischen Wissenschaften. Sie fördert den systemischen Denkansatz, der erforderlich ist, um komplexe Gesundheitsprobleme mit integrativen, lebensmittelbasierten Lösungen zu lösen.

Forschungsfragen

Um diese Untersuchung zu leiten, konzentriert sich die Studie darauf, zu verstehen, wie GT-Extrakt aus Mango und Lactiplantibacillus pentosus-Supplementation die Darmmikrobiota und Entzündung bei adipösen Individuen durch die folgenden Fragen beeinflussen:

• Wie beeinflusst die Behandlung mit GTs, mit oder ohne L. pentosus, die Zusammensetzung der Darmmikrobiota bei Erwachsenen mit Adipositas?
• Was ist die Auswirkung von GT- und L. pentosus-Supplementation auf entzündliche Biomarker bei adipösen Individuen?
• Erklärt die genetische Variation zwischen Individuen mit Adipositas den Metabolismus von Gallotanninen?
• Zeigt die Kombination von GTs und L. pentosus synergistische Effekte bei der Modulation spezifischer mikrobieller Taxa, die mit Adipositas und Entzündung assoziiert sind, im Vergleich zu jeder Intervention allein?

Hypothese

1. Es wird erwartet, dass es eine inverse Korrelation zwischen Body-Mass-Index (BMI) und Plasmakonzentration von GTs und Metaboliten sowie thermogenen und entzündungshemmenden Aktivitäten gibt.
2. Es wird erwartet, dass L. pentosus die positiven Effekte von Gallotanninen verstärkt

Ziel und Ziele Hauptziel Das primäre Ziel dieser Pilotstudie ist es, die Auswirkungen von Gallotanninen (GTs) aus Mango, mit oder ohne Supplementation des Probiotikums L. pentosus, auf die Zusammensetzung der Darmmikrobiota und Entzündungsmarker bei adipösen Individuen in vitro zu untersuchen.

Spezifische Ziele

1. Die Veränderungen in der Zusammensetzung der Darmmikrobiota bei adipösen Teilnehmern nach Behandlung mit GT-Extrakt, mit oder ohne L. pentosus-Supplementation, zu bewerten.
2. Das entzündungshemmende Potenzial von GTs und L. pentosus einzeln und in Kombination zu beurteilen.
3. Potenzielle synergistische Effekte zwischen GTs und L. pentosus durch Vergleich der mikrobiellen Vielfalt, Häufigkeit von SCFA-produzierenden Bakterien und Veränderungen von Entzündungsmarkern über die Interventionsgruppen hinweg zu identifizieren.

Begründung Gestörte Darmmikrobiota-Ökologie und chronische niedriggradige Entzündung sind eng mit Adipositas assoziiert und spielen beide eine Rolle bei der Entwicklung und dem Fortschreiten von Stoffwechselstörungen. Um Adipositas effektiv zu behandeln, ist es unerlässlich, diese miteinander verbundenen metabolischen Anomalien anzugehen. Mangos sind eine reiche Quelle von Gallotanninen (GTs), von denen gezeigt wurde, dass sie entzündungshemmende, stoffwechselregulierende und präbiotikaähnliche Eigenschaften haben. Die Fähigkeit des Wirts, sie in bioaktive Derivate umzuwandeln – eine Fähigkeit, die je nach Zusammensetzung der Darmmikrobiota variiert – ist jedoch entscheidend für ihre gesundheitlichen Vorteile.

Die Supplementation mit dem Probiotikum Lactiplantibacillus pentosus stellt einen starken Ansatz dar, um diese metabolische Einschränkung zu überwinden. Durch die Verbesserung der mukosalen Barrierefunktion, die Regulierung immunologischer Reaktionen und möglicherweise die Unterstützung des Polyphenol-Metabolismus hat L. pentosus vielversprechende Ergebnisse bei der Förderung der Darmgesundheit gezeigt. Daher könnte die Kombination dieses Probiotikums mit GT-reicher Mango die systemische Exposition gegenüber vorteilhaften GT-Metaboliten erhöhen. Die kombinierte Wirkung von mikrobieller Regulation und verbesserter Metaboliten-Bioverfügbarkeit könnte, wie in Plasma- und Fettgewebsproben beobachtet, deutlichere thermogene und entzündungshemmende Effekte erzeugen, insbesondere bei adipösen Menschen.

Trotz der erwarteten Vorteile ist es wichtig anzuerkennen, dass alle beobachteten Veränderungen in Entzündung oder Metabolismus nach der Einnahme von L. pentosus-Supplementen möglicherweise nicht ausschließlich auf erhöhte GT-Metabolit-Spiegel zurückzuführen sind. Das Probiotikum selbst könnte eigene biologische Effekte haben, wie die Modifikation des Immunsystems des Wirts oder die direkte Konkurrenz mit entzündungsverursachenden Bakterien. Daher zielt diese Studie darauf ab, die funktionellen Wechselwirkungen zwischen Probiotika-Supplementation und GT-reichen Lebensmitteln in einem praktischen, integrativen Umfeld zu untersuchen, anstatt GT-spezifische Signalwege zu identifizieren.

Angesichts des wachsenden Interesses an darmmikrobiom-zielgerichteten Therapien und personalisierter Ernährung ist diese Studie sowohl notwendig als auch zeitgemäß. Sie wird grundlegende Informationen über die Art und Weise liefern, wie Interaktionen zwischen Polyphenolen und Probiotika wichtige metabolische und entzündliche Marker in den Gruppen beeinflussen, die am stärksten für chronische Krankheiten gefährdet sind. Letztendlich könnten die Ergebnisse Ernährungsempfehlungen und Supplementpläne beeinflussen, die darauf ausgelegt sind, Gesundheitsergebnisse bei adipösen Menschen mit mikrobiombewussten Techniken zu verbessern.

Methodik Studiendesign Diese Studie ist eine humane klinische Studie. Das Studiendesign ist randomisiert, doppelblind und placebokontrolliert. Von den Teilnehmern wird erwartet, dass sie menschliche Proben wie Speichel, Blut und Stuhl bereitstellen. Die Studie wurde von den Institutional Review Boards (IRB) der Prairie View A&M University (PVAMU) und der Texas A&M University genehmigt und wird unter www.Clinicaltrials.gov registriert.

Studienpopulation Insgesamt werden 20 Freiwillige für diese Studie rekrutiert, wobei 15 Personen mit Adipositas Teil der Interventionsgruppe sind, während 5 schlanke und gesunde Personen Teil der Kontrollgruppe bilden. Für die Interventionsgruppe werden die 15 Freiwilligen randomisiert in 3 Gruppen mit n=5 Teilnehmern pro Gruppe aufgeteilt. Die Rekrutierung erfolgt durch das Verteilen von Rekrutierungsflyern an wichtigen Orten wie Lebensmittelgeschäften, Supermärkten, Kirchen, Gemeindezentren und anderen Veranstaltungszentren in Waller County und anderen umliegenden Countys. Den Teilnehmern werden Screening-Fragen gestellt, bevor sie in die Studie aufgenommen werden.

Instrumente Eine Reihe von Instrumenten wird verwendet, um eine genaue Datenerhebung und -analyse sicherzustellen. Bukkalzellen werden mit Isohelix SK-1 DNA Wangenschleimhautabstrichen gesammelt, und biologische Proben (Plasma, Urin und Stuhl) werden unter geeigneten Bedingungen bei -80°C gelagert. Entzündliche und metabolische Biomarker werden mit einem multiplex bead-basierten Assay gemessen, analysiert mit dem Luminex L200-System und der xPONENT-Software. Die Genotypisierung wird mit TaqMan-Assays durchgeführt, um ausgewählte SNP-Varianten zu detektieren. Das Mikrobiom-Profiling erfolgt durch DNA-Extraktion mit dem Qiagen QIAamp DNA Stool Mini Kit, Sequenzierung auf Illumina-Plattformen (MiSeq oder NovaSeq) und Analyse mit QIIME2, SILVA/Greengenes-Datenbanken, LEfSe und PICRUSt2. Die chemische Analyse von Gallotannin-Metaboliten wird mittels HPLC-ESI-MSn auf einem Thermo Finnigan Altis Triple-Quadrupol und HPLC-MS Hochauflösungs-Ionenfalle durchgeführt. Schließlich umfassen Ex-vivo-Immunassays die Stimulation peripherer mononukleärer Blutzellen mit LPS, und die Zytokinspiegel werden mit dem xMAP Multiplex Assay quantifiziert.

Probenentnahme Plasmaproben werden zu Beginn, Woche 1 nach einer nächtlichen Fastenperiode entnommen. Aliquots von Plasma werden unmittelbar nach der Entnahme vorbereitet und bei -80°C bis zur Analyse gelagert. Stuhl wird nach Verfügbarkeit gesammelt und sofort anaerob behandelt. Die Teilnehmer sammeln Bukkalzellproben zu Beginn mit Isohelix SK-1 DNA Wangenschleimhautabstrichen und Isohelix getrockneten Kapseln.

Probenanalyse Entzündliche und metabolische Marker Blutplasmaproben werden analysiert, um die Spiegel verschiedener entzündlicher Biomarker zu bewerten. Diese umfassen entzündliche Zytokine wie Interleukin-10 (IL-10), monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1); und den kardiovaskulären Marker C-reaktives Protein (CRP). Alle Messungen werden mit einem multiplex bead-basierten Assay (Millipore, Billerica, MA) durchgeführt.

Genotypisierung DNA und genotypisierte spezifische Loci werden mit TaqMan-Genotypisierungs-Assays extrahiert, um eine biallelische Bewertung von Einzelnukleotid-Polymorphismen für die folgenden Gene bereitzustellen: fat mass and obesity-associated [FTO (rs9939609)] und fatty acid desaturase 1 [FADS1 (rs174546)].

Mikrobiom-Assay Mikrobielle DNA wird aus Stuhlproben mit dem Qiagen QIAamp DNA Stool Mini Kit extrahiert. Die 16S rRNA-Gen-Sequenzierung (V3-V4-Region) wird mit der Illumina MiSeq-Plattform durchgeführt. Für eine tiefere Analyse wird eine Shotgun-Metagenom-Sequenzierung mit der Illumina NovaSeq-Plattform in Betracht gezogen. Sequenzdaten werden mit Quantitative Insights Into Microbial Ecology (QIIME)2 verarbeitet. Die taxonomische Klassifikation nutzt die SILVA- oder Greengenes-Datenbanken.

Diversitätsindizes:

• Alpha-Diversität wird mit den Shannon- und Chao1-Indizes berechnet.
• Beta-Diversität wird mit Bray-Curtis- und UniFrac-Distanzen bewertet.

Die differentielle Abundanzanalyse wird mit LEfSe durchgeführt, und vorhergesagte mikrobielle Funktionen werden über Phylogenetic Investigation of Communities by Reconstruction of Unobserved States (PICRUSt2) mit R Studio abgeleitet.

Chemische Analyse GT-Metaboliten werden isoliert, indem zuerst zentrifugiert wird, um Biomasse zu entfernen, und dann mit Ethylacetat unter Verwendung von Ethylgallat als internem Standard extrahiert wird. MS-Parameter werden mit Standards der vorhergesagten Metaboliten optimiert, wenn verfügbar, für die Identifizierung von Parent-/Daughter-Fragmenten mit der höchsten Intensität. Zielmetaboliten werden quantifiziert mittels Full-Scan, SRM (single ion) und MRM (multiple reaction monitoring) auf einem HPLC-ESI-MSn unter Verwendung eines Thermo Finnigan Thermo Finnigan Altis Triple-Quadrupols mit internen Standards. Ungezielte Metaboliten oder Metaboliten mit niedriger Konzentration werden im Texas A&M Metabolomics Core Laboratory mit HPLC-MS Hochauflösungs-Ionenfalle identifiziert/quantifiziert

Statistische Analyse Alle statistischen Tests werden auf dem 0,05-Niveau durchgeführt und sind zweiseitig. Daten werden auf Normalität überprüft, und alle nicht normalverteilten Variablen werden log10-transformiert. Die Analyse erfolgt auf Basis von Intention-to-treat (ITT). ANOVA-Technik für Crossover-Designs und, falls erforderlich, ergänzt durch äquivalenten Wilcoxon-Rang-Test. Absolute Veränderungen vom Ausgangswert werden getestet, und sekundäre Analysen werden basierend auf der prozentualen Veränderung vom Ausgangswert durchgeführt. Das primäre Ergebnis ist die Veränderung der Entzündungsbiomarker im Plasma, da dieses Ergebnis für schlanke und adipöse Individuen gilt. Alle anderen untersuchten Ergebnisse werden als sekundäre Ergebnisse behandelt. Weitere sekundäre Analysen der Behandlungseffekte verwenden die Kovarianzanalyse basierend auf Patienten-Baseline-Charakteristika. Wir werden die Hälfte der Patienten zufällig jeder der beiden Behandlungssequenzen zuweisen, um ein ausgewogenes experimentelles Design beizubehalten. Die Block-Randomisierung erfolgt als gemischte Blocknummern, um die Randomisierung und Balance in der Behandlungszuweisung zu schützen, mögliche Verzerrungen zu eliminieren und die Verblindung aufrechtzuerhalten. Jeder Block besteht aus einem Individuum.

Ethische Überlegungen Ethische Genehmigung wurde von den Institutional Review Boards (IRB) der Texas A&M University und Prairie A&M University eingeholt und genehmigt, bevor mit Rekrutierung und Datenerhebung begonnen wird. Dies ist wichtig, da diese Studie menschliche Probanden umfasst und es wichtig ist, ihre Rechte zu schützen und die totale Vertraulichkeit zu wahren. Um die Vertraulichkeit zu wahren, wird eine Einverständniserklärung von Teilnehmern unterzeichnet, die für die Teilnahme an der Studie qualifiziert sind. Die Einverständniserklärung enthält einen Überblick über die Studie, die zu sammelnden Teilnehmerinformationen und die zu sammelnden biologischen Proben.