Rewilding the Human Gut: Återinförande av arten Limosilactobacillus Reuteri

Det finns nu konsekventa bevis för att industrialiseringen avsevärt har minskat den bakteriella mångfalden i tarmmikrobiotan (Segata, 2015), troligen på grund av en kombination av faktorer som användning av antibiotika, modern klinisk praxis, sanitet och förändringar i kostvanor. Den enda faktorn för vilken det finns empiriska bevis är dock det låga innehållet av mikrobiota-tillgängliga kolhydrater (MAC) i västerländsk kost, som är svårsmälta kostkolhydrater som blir tillgängliga för mikroberna som koloniserar tarmen (Sonnerburg et al., 2015).

Tidigare arbete har bekräftat den övergripande premissen för "utarmning av mikrobiom" genom att visa högre mångfald i fekal mikrobiota hos individer från landsbygdsstammar i Papua Nya Guinea, som innehåller ytterligare 50 arter som är helt omöjliga att upptäcka i nordamerikaner (Martínez et al., 2015) . En art som kan detekteras i varje Papua Nya Guinea-individ genom 16S rRNA-sekvensering men inte i en enda amerikansk kontroll var Limosilactobacillus reuteri (L. reuteri). Intressant nog, denna art, som också används som ett probiotikum, upptäcktes regelbundet hos människor i studier som utfördes runt 1960, men är mycket sällan påträffad hos samtida människor, vilket tyder på en nyligen minskad L. reuteri-population hos västerlänningar (Walter et al. , 2011). Viktigast av allt är att L. reuteri är en medlem av tarmmikrobiotan hos många ryggradsdjursarter och utövar fördelar för värdens immunfunktioner och utveckling, vilket visas i ett antal mycket citerade publikationer (Zelante et al. 2013; Buffington et al. 2016; Lamas et al. 2016; He et al. 2017).

Det är för närvarande oklart vad som orsakade minskningen av L. reuteri-populationen. Men det beror troligen på vikten av icke-smältbara kolhydrater som finns i mycket låga mängder i västerländsk kost, samtidigt som de är rikliga i kosten på landsbygden på Papua Nya Guinea, en befolkning som konsumerar en övervägande växtbaserad kost.

Målet med denna studie är att visa att en bakterieart som dominerar i den icke-västerniserade mikrobiomet kan "återintroduceras" i tarmen hos kanadensare som matas med en diet av icke-industrialiserad typ, utformad för att främja tillväxten av tarmbakterier. Denna studie kommer också att fastställa hur denna "återintroduktion" och den icke-industrialiserade kosten påverkar immunfunktionen hos värden och värd-diet-mikrobiom metaboliska interaktioner, och utforska samband mellan dem. Den kommer ytterligare att utforska effekterna av den mikrobiella behandlingen och kosten på tarmens mikrobiomekologi. Den centrala hypotesen är att ett isolat av L. reuteri, som kommer från landsbygden i Papua Nya Guinea, kan etableras i tarmen hos kanadensare som matats med en diet som innehåller de kolhydrater som är kända för att underlätta tillväxten av denna mikrob. Det antas också att denna "återintroduktion" och konsumtion av den icke-industrialiserade kosten kommer att vara associerad med immunologiska och metaboliska fördelar för värden. För att uppnå dessa mål föreslås följande mål:

1. Att genomföra ett försök på människa för att avgöra om en Limosilactobacillus reuteri-stam isolerad från landsbygden i Papua Nya Guinea (PNG) kan etableras i tarmen hos friska kanadensare.
2. För att avgöra om koloniseringen kan förbättras genom att ge en diet som är speciellt utformad för att tillhandahålla tillväxtsubstrat för L. reuteri.
3. För att bestämma hur både L. reuteri och dieten av icke-industrialiserad typ förändrar den mänskliga mikrobiomen, metabolomen, kardiometaboliska surrogatändpunkter och immunbiomarkörer för inflammation.

Denna studie kommer att fastställa om en "förlorad art" av bakterier kan återinföras i den mänskliga tarmen och kan ge mekanistisk insikt för att informera om hur sådan kostmodulering kan tillämpas för att minska risken för kroniska sjukdomar. Eftersom L. reuteri-stammen isolerad från landsbygden i Papua Nya Guinea skiljer sig funktionellt från västerländska stammar, vilket framgår av olika tillväxthastigheter på substrat för MAC, kommer denna studie att ytterligare identifiera potentiella probiotiska stammar som tidigare var okarakteriserade på grund av deras totala frånvaro från den industrialiserade tarmen mikrobiom.