Effekten av Concord Grape Polyphenol-Soya Protein Isolate Complex (GP-SPI) på tarmmikrobiota

Den foreslåtte studien vil undersøke hvordan kortsiktig tilskudd med GP-SPI kan endre tarmmikrobielle samfunnet hos friske deltakere mens man overvåker lever- og nyrefunksjon/helse.

Betydning:

Biokjemiske egenskaper til GP-SPI matingrediensen er godt dokumentert og GP-SPI og SPI kosttilskudd har blitt testet omfattende på mus. Den foreslåtte studien er en logisk oppfølging av dyrestudier, som viste at sammenlignet med kontrollmus som ble matet med en høyfettdiett (HFD) supplert med SPI alene, viste mus som ble matet en isokalorisk HFD supplert med GP-SPI, større motstand mot vektøkning, fett og glukoseintoleranse. Disse effektene ble ledsaget av endringer i sammensetningen av murin tarmmikrobiota, inkludert økt forekomst av mikroben Akkermansia muciniphila, assosiert med metabolsk motstandskraft. Lignende endringer i tarmmikrobiota ble observert hos magre mus som ble matet med lavfettdiett (LFD) supplert med GP-SPI.

B-type proanthocyanidin (PAC)-klassen av polyfenoler som finnes i druebær, spesielt skall og frø, har vært assosiert med helsemessige fordeler; PAC absorberes imidlertid dårlig og når høy konsentrasjon bare i tykktarmen, noe som reiser spørsmål om virkningsmekanisme(r). Tidligere studier har vist at kostholds-PAC fra druer og tranebær endrer tarmmikrobiotaen i forbindelse med metabolsk motstandskraft. PAC-er biotransformeres også av tarmbakterier for å gi mikrobielle metabolitter (MM) som kan bidra til helsemessige fordeler.

Forskningsdesign og metoder

Potensielle deltakere vil bli rekruttert gjennom flyers som legges ut lokalt på Rutgers University campus og sendes til universitetets e-postlister. Interesserte personer vil bli screenet i henhold til inkluderings- og eksklusjonskriterier.

Påmeldte fag vil begynne det 17-dagers studiet.

Studieprosedyrer

• Tretti fag vil bli påmeldt.
• Matliste: Deltakerne vil opprettholde sitt vanlige kosthold bortsett fra en liste over PAC-rik mat som de vil bli bedt om å avstå fra i en 5-dagers utvaskingsperiode og under 10-dagers intervensjon. Matlisten er gitt nedenfor. Målet er å ha GP-SPI som hoved/eneste kilde til PAC i kostholdet for studieperioden.
• Utvasking og SPI (Dag -5 til -1): På dag -5 (pre-baseline) før ethvert tilskudd, vil hver enkelt forsøksperson samle fekal- og urinprøve. Hvert forsøksperson vil deretter innta SPI to ganger om dagen (leveres som forhåndsveide pakker på 20 g) i løpet av en 5-dagers utvaskingsperiode (dager -5, -4, -3, -2 og -1). Forsøkspersonene vil bli bedt om å blande hver pakke med SPI i 250 ml vann eller i en smoothie (oppskriftseksempel nedenfor vil bli gitt) ved å bruke tillatt mat som beskrevet i instruksjonene og konsumere en gang om morgenen før frokost og en gang om kvelden før middag.
• Dag 0: Den påfølgende dagen vil hvert forsøksperson samle sine baseline (dag 0) avførings- og urinprøver. De vil få tatt en blodprøve av en studiesykepleier. Blod vil bli brukt til CMP-test og tilberedt serum vil bli alikvotert og lagret ved -80 °C frem til prosessering for markøranalyse og metabolomikk. Analyse av dag 0-prøver bør bidra til å isolere eventuelle effekter som skyldes SPI alene fra påfølgende prøver samlet under GP-SPI-intervensjon. På dag 0 vil forsøkspersonene levere urin- og avføringsprøver på IFNH og samle inn GP-SPI-pakker. På dag 0 vil deltakerne også ta en pause fra å konsumere SPI og vil starte GP-SPI-tilskudd om morgenen på dag 1.
• GP-SPI (dag 1 - 10): Hvert forsøksperson vil motta tjue forhåndsveide 20 g-pakker med GP-SPI. På dag 1 vil forsøkspersonene bli instruert om å blande hver pakke med GP-SPI i 250 ml vann eller i smoothie (oppskriftseksempel vil bli gitt, se nedenfor) ved å bruke tillatt mat som beskrevet i instruksjonene og konsumere GP-SPI-blandingen én gang i morgenen før frokost og en gang om kvelden før middag i 10 påfølgende dager.
• Forsøkspersonene vil få en personlig blender for tilberedning av smoothie (verdi ~ $25) som de kan beholde.
• Digital matdagbok: Deltakerne vil bli bedt om å ta bilder av all mat og drikke (bortsett fra vann), inkludert studietilskuddene med sin personlige mobile dataenhet (f.eks. smarttelefon, iPad eller lignende). Deltakerne vil bli bedt om å laste ned den gratis mobilappen WhatsApp for å sende bilder med en kort beskrivelse av matvarene. Bilder og matbeskrivelse kan også sendes til en e-postadresse opprettet for denne studien (food4microbes@sebs.rutgers.edu). Matdagboken må føres over 5-dagers SPI- og utvaskingsperioden, dag 0 (pausedag), 10-dagers GP-SPI-intervensjonsperioden, og frem til siste blodprøvetaking på dag 11 (totalt 17 dager) .
• Avføringsprøver: Forsøkspersonene vil bli utstyrt med rør som inneholder 95 % etanol og/eller rør som inneholder 50 % glyserol (50 % vann) sammen med papirtoaletttilbehør for enkel selvinnsamling av avføringsprøver; hver deltaker vil bli instruert om bruk av avføringsmateriale. Avføringsprøver vil bli alikvotert og lagret ved -80 °C frem til ekstraksjon. Innsamling av fekale prøver i 50 % glyserol og umiddelbar frysing vil tillate dyrking av tarmbakterier for in vitro-eksperimenter.
• Skjema for avføringsskala: Forsøkspersonene vil få skjemaet Bristol avføringsskala (BSS) og bedt om å fylle ut det for avføringsprøver de samler inn på dagene -5, 0, 2, 4, 6, 8 og 10 av studien. Avføringskonsistens har vist seg å korrelere sterkt med tarmens mikrobiota rikdom og sammensetning, enterotyper og bakterieveksthastigheter. Forsøkspersoner som rapporterer minst én avføring per dag vil bli rekruttert for å lette etterlevelsen av studieprotokollen. I tillegg inneholder BSS-skjemaet en ekstra kolonne for å fange opp informasjon om menstruasjon under prøvesamlinger, da denne variabelen kan påvirke metabolitt- eller bakterieprofiler.
• Urinprøver: Forsøkspersonene vil bli utstyrt med sterile oppsamlingsbeholdere for innsamling av urinprøver på dag 2, 4, 6, 8, 10 og bedt om å oppbevare prøvene i 4 °C kjøleskap frem til transport til laboratoriet for å opprettholde metabolittstabilitet. Forsøkspersonene vil bli bedt om å bringe prøvene sine til laboratoriet så snart som mulig, innen 2-3 dager etter innsamling, for behandling. Urinprøver vil bli alikvotert og lagret ved -80 °C frem til behandling for metabolomiske studier.
• Blodprøve: På dag 11 vil forsøkspersonene få tatt en endelig blodprøve. Blod vil bli brukt til CMP-test og tilberedt serum vil bli alikvotert og lagret ved -80 °C frem til prosessering for markøranalyse og metabolomikk.

Prøver vil bli brukt til en longitudinell, mikrobiom-wide assosiasjonsstudie (MWAS) for å identifisere tarmbakteriearter/-stammer som er positivt eller negativt assosiert med GP-SPI-tilskudd. Metabolomikkanalyse vil bli utført på innsamlede urin-, fekale- og blodprøver for å identifisere/kvantifisere kjente og ukjente metabolitter. Metagenomisk sekvensering av hagle vil bli utført på fekale prøver for å generere trekk-genomer av høy kvalitet for identifikasjon av art/stammenivå. Disse dynamiske datasettene vil tjene som input for MWAS for å korrelere økende/reduserende nivåer av tarmbakteriearter/stammer til økende/reduserende metabolitter. Disse bakterie-metabolitt-assosiasjonene vil deretter bli brukt til å utlede årsak-virkning-forhold som kan testes videre in vitro og i musemodeller. Vi forventer at vellykket gjennomføring av disse studiene vil bidra til mekanistiske forklaringer på hvordan kostholdspolyfenoler som PAC-er av druer endrer tarmmikrobiotaen og resulterende MM for å fremme metabolsk helse.