Investigating systemic gut microbiome derived metabolites from IL18-/- mice as potential mechanisms in health and disease

Význam tématu

Role střevního mikrobiomu v modulaci systémových metabolitů má zásadní význam pro pochopení mechanismů zánětu a chronických onemocnění. Cytokin IL-18 hraje klíčovou roli v imunitní reakci a jeho absence může ovlivnit produkci mikrobiálně odvozených molekul v krevním oběhu. Untargeted metabolomika založená na vysokém rozlišení LC-MS nabízí komplexní pohled na tyto interakce a umožňuje odhalit potenciální biomarkery.

Cíle a přehled studie

Hlavním cílem studie bylo porovnat systémový metabolický profil plazmy čtyř skupin myší: divoký typ a IL-18 knockout chované za specificky bezpatogenních (spf) a germ free (gf) podmínek. Studie demonstruje end-to-end workflow pro neřízenou HILIC-LC-DIA-MS/MS metabolomiku a snaží se identifikovat rozdíly navázané na přítomnost střevního mikrobiomu a IL-18.

Použitá metodika a instrumentace

• Chromatografie
  
  • HILIC separace na Shim-pack Velox HILIC kolonce 2,1×100 mm, 2,7 µm při 40 °C, průtok 0,3 mL/min
  • Binární gradient: voda s 10 mM formiátu amonného a kyselinou mravenčí 0,1 % vs acetonitril:voda (92:8) s 10 mM formiátu amonného a kyselinou mravenčí 0,1 %
  • Doba cyklu 18 minut
• Hmotnostní spektrometrie
  
  • Q-TOF LCMS-9030 (Shimadzu) s externí kalibrací
  • MS sken m/z 60–1000, 100 ms v pozitivním a negativním módu
  • DIA-MS/MS m/z 60–1000 s oknem 35 Da, kolizní energie 5–55 V
  • DDA-MS/MS 20 MS/MS skenů, celkový cyklus pod 1 s
• Datové zpracování
  
  • MS-DIAL pro detekci, zarovnání a filtrace stop (komponenty v minimálně 80 % do jedné skupiny)
  • MetaboAnalyst 5.0 pro PCA a univariantní testy
  • LabSolutions Insight pro identifikaci metabolit pomocí in house knihovny standardů (MSI úroveň 1) a MS-DIAL MSP spectral kitu (MSI úroveň 2)

Hlavní výsledky a diskuse

• PCA identifikovala jasné rozdělení na skupiny podle přítomnosti mikrobiomu (spf vs gf).
• Ve skupině gf se IL-18 knockout odděloval od divokého typu, ve spf skupině však rozdíly mezi genotypech byly minimální.
• V spf skupině byly u IL-18 knockout myší zvýšené koncentrace několika aminokyselin (arginin, citrullin, methionin, fenylalanin, prolin, valin), což naznačuje interakci mezi IL-18 a mikrobiomem.
• Metabolity společné pro obě podmínky (gf i spf), například nikotinamid a lyzofosfatidylcholin 18:1, vykazovaly rozdíly i mezi genotypech gf, ale v menší míře.

Přínosy a praktické využití metody

• Workflow umožňuje komplexní profilování systémových metabolitů ovlivněných mikrobiomem a imunitním stavem.
• Metoda je aplikovatelná pro objev biomarkerů zánětlivých a metabolických onemocnění.
• Rychlé nasazení v laboratořích díky standardizovaným knihovnám a softwarovým nástrojům.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Validace výsledků na větších kohrtech a lidských vzorcích.
• Integrace s dalšími omickými daty pro hlubší pochopení mechanismů.
• Vyvinutí diagnostických panelů založených na identifikovaných metabolitech.
• Studium časové dynamiky metabolitů při modulaci mikrobiomu a cytokiny.

Závěr

Studie prokázala efektivitu neřízeného HILIC-LC-DIA-MS/MS workflow při odhalení metabolických změn vyvolaných interakcí střevního mikrobiomu a IL-18. Rozdíly v aminokyselinových profilech v závislosti na přítomnosti mikrobiomu podtrhují význam imunometabolického dialogu. Navržená metoda a předběžné výsledky připravují půdu pro další validaci a potenciální aplikaci v klinickém výzkumu.

Reference

1. Armitage EG, Barnes A, Groth Merrild N, Miotla Zarebska J, Loftus N, Swann J, Vincent TL. Investigating systemic gut microbiome derived metabolites from IL18-/- mice as potential mechanisms in health and disease. Shimadzu Corporation; Kennedy Institute of Rheumatology, University of Oxford; School of Human Development and Health, University of Southampton.