Diet-microbe interactions modulating host energy balance

饮食-微生物相互作用调节宿主能量平衡

基本信息

  • 批准号:
    10478121
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.87万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-09-01 至 2023-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT Obesity affects approximately 35% of adults and 17% of children in the United States increasing the risks of heart disease, stroke and type 2 diabetes. The human gut microbiota, the trillions of microbes that inhabit the gastrointestinal tract, have been implicated as an environmental factor linked to obesity and energy balance; however, the mechanisms are not fully understood. Diet remains the first line intervention to induce weight loss, but its impact on the microbiota, and how this may affect weight loss and regain remain unclear. My preliminary results from a very-low calorie diet intervention in human subjects reveal that caloric restriction induces antibiotic-like disturbances in microbiota composition and function. Fecal transplant from post-diet humans to germ-free mice induces weight loss. Analysis of both human and mouse microbiotas revealed that the diet-induced reconfiguration of the microbiota allowed for expansion of Clostridioides [Clostridium] difficile, best known as a major cause of antibiotic-associated diarrhea and its severe complications. In a colonization model, C. difficile was sufficient to drive weight loss, reduce body fat, and increase glucose tolerance without causing acute disease. These observations have led to the hypothesis that diet interactions with the gut microbiota and C. difficile disrupt nutrient uptake contributing to energy imbalance. The first aim of these studies will focus on the ability of C. difficile to affect host energy balance while characterizing the mechanisms through which it occurs. Preliminary data strongly implicates the C. difficile toxins TcdA and/or TcdB. Using combinatorial and individual knockouts, the causative toxin will be identified and its effects on host energy balance will be extensively characterized. To define the mechanisms through which C. difficile acts at the level of the intestinal epithelium, the effect of sub-toxic purified toxin(s) on nutrient absorption and cell physiology will be examined in organoid models of both the human and mouse intestine. Finally, the ability of asymptomatic colonization to counter diet-induced obesity will be examined. The second aim of this work will examine the mechanism through which caloric restriction affects C. difficile permissibility. Specifically, this aim will test the hypothesis that caloric restriction depletes microbes that produce C. difficile-inhibitory secondary bile acids. Through a humanized mouse model of caloric restriction, and sequence-guided isolation and metabolic characterization, synthetic communities will be designed replicating diet-responsive microbes to specifically test the role of secondary bile acid biosynthesis, and potentially identify new antagonistic interactions which are of great relevance to C. difficile treatment and prevention. The proposed experiments in these aims will leverage my expertise in the microbiome field with new training in obesity and metabolic disease research. An expert interdisciplinary advisory committee, and an institutional focus on microbiome and metabolism research, will provide the ideal environment for the proposed scientific and professional development leading to the creation of an independent research program.
项目摘要/摘要 肥胖会影响大约35%的成年人和17%的儿童 心脏病,中风和2型糖尿病。人类肠道微生物群,居住在 胃肠道已被认为是与肥胖和能量平衡相关的环境因素。 但是,这些机制尚未完全理解。饮食仍然是诱发体重的第一行干预 损失,但它对微生物群的影响以及如何影响体重减轻和恢复尚不清楚。我的 对人类受试者的最低卡路里饮食干预的初步结果表明,热量限制 诱导微生物群组成和功能中的抗生素样障碍。粪便粪便移植 人类到无菌小鼠会诱导体重减轻。对人和小鼠微生物群的分析表明 饮食引起的微生物群的重新配置可以扩大梭状芽胞杆菌[梭状芽胞杆菌]艰难梭菌, 最著名的是抗生素相关腹泻及其严重并发症的主要原因。在殖民化中 模型,艰难梭菌足以促进体重减轻,减少体内脂肪并增加葡萄糖耐量 引起急性疾病。这些观察结果导致了饮食与肠道相互作用的假设 微生物群和艰难梭菌破坏了导致能量失衡的养分吸收。这些的第一个目的 研究将集中于艰难梭菌影响宿主能量平衡的能力,同时表征机制 通过它发生的。初步数据强烈暗示艰难梭菌毒素TCDA和/或TCDB。使用 组合和单独的敲除,将确定病因毒素,其对宿主能量的影响 平衡将得到广泛的特征。定义艰难梭菌在该水平上作用的机制 在肠上皮,亚毒素纯化毒素对营养吸收和细胞生理学的影响 在人类和小鼠肠道的类器官模型中进行检查。最后,无症状的能力 将检查定殖以抵抗饮食引起的肥胖症。这项工作的第二个目标将研究 热量限制会影响艰难梭菌允许性的机制。具体来说,这个目标将测试 假设热量限制会耗尽产生艰难梭菌的继发性胆汁酸的微生物。 通过人源化的热量限制小鼠模型,以及序列引导的隔离和代谢 表征,合成群落将设计为重复饮食反应性微生物 测试继发性胆汁酸生物合成的作用,并可能识别出新的拮抗相互作用 与艰难梭菌的治疗和预防非常相关。这些目标中提出的实验将 利用我在微生物组领域的专业知识,通过肥胖和代谢疾病研究的新培训。一个 专家跨学科咨询委员会,以及机构的关注微生物组和代谢研究, 将为拟议的科学和专业发展提供理想的环境,导致 创建独立研究计划。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Making gut microbiomes from scratch.
从头开始制作肠道微生物组。
  • DOI:
    10.1016/j.chom.2022.10.005
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    30.3
  • 作者:
    Tian,Shuchang;Bisanz,JordanE
  • 通讯作者:
    Bisanz,JordanE
Meta-organismal metabolism in cardiovascular disease.
  • DOI:
    10.1016/j.chom.2022.12.007
  • 发表时间:
    2023-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    30.3
  • 作者:
    Min Soo Kim;J. Bisanz
  • 通讯作者:
    Min Soo Kim;J. Bisanz
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  • 资助金额:
    $ 24.87万
  • 项目类别:
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