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腸内マイクロバイオームの安定性は、プロバイオティクスの摂取によって変化し、ガラクトオリゴ糖の継続的な補給によって改善される
The gut microbiome stability is altered by probiotic ingestion and improved by the continuous supplementation of galactooligosaccharide.
PMID: 32663059 DOI: 10.1080/19490976.2020.1785252.
抄録
安定した腸内マイクロバイオームは宿主の健康を維持する上で重要な役割を果たしているが、腸内マイクロバイオームの不安定性は様々な代謝性疾患の危険因子であることも判明している。生態学的および進化のスケールでは、摂取されたプロバイオティクスと土着の腸内マイクロバイオームとの間の不可避的な競争は、不安定性の増加につながる可能性があります。外因性プレバイオティクスがプロバイオティクス摂取における腸内マイクロバイオームの全体的な安定性を改善できるかどうか、そしてどのように改善できるかについては、ほとんど明らかになっていないままである。本研究では、モデルプロバイオティクスとしてHNU082（Lp082）を用いて、ガラクトオリゴ糖（GOS）の連続的またはパルス的な補充がマウスの腸内マイクロバイオームの安定性に与える影響を、ショットガンメタゲノムシークエンスを用いて検討した。その結果、GOSの継続的な摂取のみがプロバイオティクスの増殖を促進し、競合条件下での一塩基多型(SNPs)の変異を減少させた。また、GOSを継続的に補給することで、プロバイオティクスの全体的な安定性が向上し、常在菌種との競争的な相互作用が再構築され、それに伴って糖質活性酵素（CAZymes）が過剰に増加することが明らかになった。また、土着マイクロバイオームにおけるプロバイオティクス投与に関連して発生した793個のSNPを同定した。そのうち90％以上が種由来であり、トランスポザーゼ、CAZymes、膜タンパク質をコードする遺伝子が関与していた。しかし、ここではどちらのGOSの補充も、プロバイオティクスの摂取中に土着の微生物内の全体的な適応的突然変異を緩和しなかった。以上のことから、我々の研究は、腸内マイクロバイオームの生態学的および遺伝学的安定性に対するプレバイオティクスの継続的な補給の有益な効果を実証した。
The stable gut microbiome plays a key role in sustaining host health, while the instability of gut microbiome also has been found to be a risk factor of various metabolic diseases. At the ecological and evolutionary scales, the inevitable competition between the ingested probiotic and indigenous gut microbiome can lead to an increase in the instability. It remains largely unclear if and how exogenous prebiotic can improve the overall gut microbiome stability in probiotic consumption. In this study, we used HNU082 (Lp082) as a model probiotic to examine the impact of the continuous or pulsed supplementation of galactooligosaccharide (GOS) on the gut microbiome stability in mice using shotgun metagenomic sequencing. Only continuous GOS supplement promoted the growth of probiotic and decreased its single-nucleotide polymorphisms (SNPs) mutation under competitive conditions. Besides, persistent GOS supplementation increased the overall stability, reshaped the probiotic competitive interactions with species in the indigenous microbiome, which was also evident by over-abundance of carbohydrate-active enzymes (CAZymes) accordingly. Also, we identified a total of 793 SNPs arisen in probiotic administration in the indigenous microbiome. Over 90% of them derived from species, which involved genes encoding transposase, CAZymes, and membrane proteins. However, neither GOS supplementation here de-escalated the overall adaptive mutations within the indigenous microbes during probiotic intake. Collectively, our study demonstrated the beneficial effect of continuous prebiotic supplementation on the ecological and genetic stability of gut microbiomes.