Analysis of the mouse brain metabolome following the disruption of the gut-brain axis

Význam tématu

Metabolomika mozku odhaluje klíčové biochemické změny spojené s komunikací osy střev–mozek. Dysregulace mikrobiomu vlivem infekcí či antibiotik může ovlivnit neurologické funkce a představuje důležitý směr výzkumu v neurobiologii a farmakometabolomice.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo zkoumat dopad narušení osy střev–mozek infekcí Clostridioides difficile a následnou léčbou metronidazolem na metabolom mozku myší. Hlavními úkoly bylo

• porovnat koncentrace metabolitů mezi kontrolními a experimentálními skupinami
• zvýšit jistotu identifikace polárních sloučenin doplněním HILIC separace

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky mozkové tkáně extrahované směsí methanol:isopropanol:voda a později methanol:MTBE byly analyzovány dvěma chromatografickými metodami:

• Reverzní fáze LC-MS/MS (Acquity C18 BEH 2,1×100 mm, cyklus 35 min, ESI+/-)
• HILIC LC-MS/MS (Shim-pack Velox HILIC 2,1×100 mm, cyklus 18 min, ESI+/-)
• Hmotnostní spektrometrie na přístroji QTOF LCMS-9030 s externí kalibrací, MS scan 65–1010 m/z, DIA-MS/MS 40–1000 m/z
• Datová analýza: MS-Dial pro detekci a zarovnání, MetaboAnalyst pro ANOVA (p<0,05, FDR korekce), LabSolutions Insight pro kuraci

Hlavní výsledky a diskuse

Statistická analýza odhalila více než 20 významných metabolitů:

• Zvýšení nukleosidů (cytidin, cytosin, inosín, uridin, 5′-methylthioadenosin) po CDI a dalším nárůstu po metronidazolu
• Snížení volných MK a karnitinů (arachidonoylcarnitin, malát, SM 34:0, SM 34:1) po infekci a částečná obnova po léčbě
• Opačný trend u acetylcarnitinu, thioprolinu, N-acetylaspartátu a S-cysteino-sucinátu (nárůst po infekci, pokles po léčbě)

Zařazení HILIC metody podpořilo jistotu identifikací polárních sloučenin (MSI úroveň 1 a 2) díky porovnání produktionských MS/MS spekter s referenčními materiály.

Přínosy a praktické využití metody

• Komplexní pohled na vliv mikrobiomu na mozkový metabolom
• Robustní neřízené fenotypování s vysokou jistotou identifikace
• Aplikace v preklinickém i klinickém výzkumu pro hledání biomarkerů

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace multi-omických přístupů (metabolomika, proteomika, mikrobiomika)
• Standardizace HILIC metod pro analýzu vysoce polárních sloučenin
• Translační studie na lidech ke zkoumání neurodegenerativních a neuropsychiatrických onemocnění

Závěr

Narušení osy střev–mozek infekcí C. difficile a následná léčba metronidazolem vedou k významným změnám mozkového metabolomu myší, což nabízí cenné poznatky pro další neurobiochemický výzkum.

Reference