Turnbaugh PJ, Ridaura VK, Faith JJ, Rey FE, Knight R, Gordon JI
ABSTRACT
Diet and nutritional status are among the most important modifiable determinants of human health. The nutritional value of food is influenced in part by a person’s gut microbial community (microbiota) and its component genes (microbiome). Unraveling the interrelations among diet, the structure and operations of the gut microbiota, and nutrient and energy harvest is confounded by variations in human environmental exposures, microbial ecology, and genotype.
To help overcome these problems, we created a well-defined, representative animal model of the human gut ecosystem by transplanting fresh or frozen adult human fecal microbial communities into germ-free C57BL/6J mice. Culture-independent metagenomic analysis of the temporal, spatial, and intergenerational patterns of bacterial colonization showed that these humanized mice were stably and heritably colonized and reproduced much of the bacterial diversity of the donor’s microbiota. Switching from a low-fat, plant polysaccharide–rich diet to a high-fat, high-sugar “Western” diet shifted the structure of the microbiota within a single day, changed the representation of metabolic pathways in the microbiome, and altered microbiome gene expression. Reciprocal transplants involving various combinations of donor and recipient diets revealed that colonization history influences the initial structure of the microbial community but that these effects can be rapidly altered by diet. Humanized mice fed the Western diet have increased adiposity; this trait is transmissible via microbiota transplantation.
Humanized gnotobiotic mice will be useful for conducting proof-of-principle “clinical trials” that test the effects of environmental and genetic factors on the gut microbiota and host physiology.
Commento
Alcuni ricercatori hanno trasferito con successo batteri intestinali da esseri umani obesi a topi germ-free per studiare il legame tra microflora intestinale e obesità. E’ stato osservato che le popolazioni microbiche dell’intestino sono diverse tra persone obese e magre e che gli obesi che dimagriscono tornano ad avere lo stesso tipo di microflora di quando erano magri. Questo suggerisce che l’obesità può avere un componente microbica sostanziale. Il microbioma cambia rapidamente passando da una dieta povera ad una ricca di grassi, ma non solo: è stato anche evidenziato che il semplice trasporto del microbiota da topi nutriti con una dieta ricca di grasso in topi germ-free, causava l’accumulo di grasso da parte di questi ultimi, anche se alimentati con una dieta a basso contenuto di grassi.
L’ingestione, tramite alimenti funzionali, di probiotici vivi può alterare la flora microbica intestinale e indurre effetti favorevoli. Inoltre è stato osservato che le fibre prebiotiche (inulina e fruttooligosaccaridi) promuovono la crescita selettiva di bifidobatteri, presenti a livelli più bassi negli animali obesi rispetto ai loro omologhi magri.
