Bi-directional cultures reveal metabolic cross-feeding between gut commensals
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Date
2021
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Abstract
La microbiota intestinal humana se define por miles de interacciones, algunas caracterizadas por cross-feeding o intercambio de subproductos metabólicos. La inulina y el xilano son polisacáridos de la dieta que son fermentados por redes microbianas en el intestino grueso. La fermentación de estos resulta en diferentes perfiles de ácidos grasos de cadena corta, los cuales son beneficiosos para el huésped. En este trabajo se estudió las interacciones metabólicas entre dos microorganismos comensales del intestino, Phocaeicola dorei y Lachnoclostridium symbiosum, al usar inulina o xilano como fuente de carbono. Se hipotetiza que existen interacciones de cross-feeding entre ambas bacterias, donde P. dorei actúa como consumidor primario de carbohidratos complejos y produce metabolitos que pueden ser consumidos por L. symbiosum para producir butirato. El ensayo bidireccional mostró que L. symbiosum alcanza mayor crecimiento en presencia de P. dorei, mientras que el ensayo unidireccional mostró que es necesaria una interacción simultánea para que ocurra esta relación de comensalismo. Los experimentos de consumo de sustrato y de expresión diferencial de genes mostraron un aumento en el metabolismo de ambas bacterias en co-cultivo respecto al monocultivo, lo cual no necesariamente se relaciona con un aumento en el crecimiento, como es el caso de P. dorei. Las interacciones de cross-feeding fueron evidentes en inulina, ya que P. dorei degradó los polisacáridos a fructosa que luego L. symbiosum pudo consumir. El lactato y succinato también fueron alimentados de forma cruzada en cultivos con ambas fuentes de carbono, lo cual concuerda con simulaciones realizadas en nuestro laboratorio. P. dorei produjo propionato en medio estándar (mZMB) y en mZMB con xilano, mientras que ambas bacterias produjeron mayor concentración de acetato en xilano. La producción de butirato está directamente vinculada con el crecimiento de L. symbiosum, siendo mayor en co-cultivo respecto al monocultivo e independiente de la fuente de carbono utilizada. Estos resultados muestran un ejemplo interesante de interacciones metabólicas microbianas y su importancia sobre el potencial efecto beneficioso para el huésped.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2021