Změny metabolomu stolice u lidí po konzumaci jablek

Bc. Šárka Knížková

Master's thesis

Changes in metabolome in subjects after apple consumption

Abstract:

Střevní mikrobiota je úzce spojena se zdravím člověka. Současný výzkum poukazuje na významnou roli mikrobioty v patogenezi různých onemocnění, ale i ve funkci vzdálených orgánů, sliznic a imunitní funkce. Tyto vztahy jsou částečně zprostředkované metabolickou aktivitou mikrobioty, zejména produkcí malých molekul v lumen trávicího traktu, z nichž některé mají významnou biologickou aktivitu a vstupují do krevního oběhu. Lidská stolice představuje cenný biologický vzorek, který je otiskem metabolické funkce mikrobioty, stravy, životního stylu a případného onemocnění. Významným faktorem ovlivňujícím mikrobiotu je vláknina, jejíž zvýšený příjem vede ke změnám. Tyto změny jsou obvykle pozorovány u populací s dlouhodobě odlišným stravováním, není však jasné, nakolik jsou ovlivňovány prostřednictvím krátkodobé intervence. Cílem této práce bylo prozkoumat změny ve střevních metabolitech spojené se zvýšeným příjmem jablek. Na základě stávajícího výzkumu jsme předpokládali zvýšení mastných kyselin s krátkým řetězcem (SCFAs) a metabolických produktů polyfenolů, jako jsou deriváty kyseliny fenylacetové. Do pilotní intervenční studie bylo vybráno 15 dobrovolníků (n = 15) ve věku 18–30 let. Dobrovolníci konzumovali 3 ks středně velkých jablek kultivaru Gala po dobu 3 dní. Účastníci odebraly první vzorek stolice den před začátkem intervence a druhý vzorek následující den po skončení intervence. Vzorky byly analyzovány za účelem identifikace a kvantifikace změn v koncentraci střevních metabolitů. Pro analýzu byla použita protonová nukleární magnetická rezonance (1H NMR) 500 MHz. Spektra byla po manuálním fázování a referenci kvantifikována v programu Chenomx v. 9.0. Rozdíly v metabolomu byly vyhodnoceny s pomocí párového Wilcoxonova testu. V NMR spektrech bylo kvantifikováno celkem 22 metabolitů. Univariační analýza dat po normalizaci metodou PQN ukázala, že žádný ze sledovaných metabolitů nebyl po intervenci signifikantně rozdílný. Vliv akutního příjmu zvýšeného množství jablek po dobu 3 dní neměl vliv na profil sledovaných metabolitů, variabilita mezi jedinci byla vyšší než variabilita způsobená intervencí. Výsledky pilotní studie mohou sloužit pro power analýzu studované populace a plánování většího experimentu.

Abstract:

The gut microbiota is closely linked to human health. Current research highlights the significant role of the microbiota in the pathogenesis of various diseases, as well as in the function of distant organs, mucous membranes, and immune function. These relationships are partially mediated by the metabolic activity of the microbiota, particularly through the production of small molecules in the lumen of the digestive tract, some of which have significant biological activity and enter the bloodstream. Human stool represents a valuable biological sample that reflects the metabolic function of the microbiota, diet, lifestyle, and potential disease. A significant factor affecting the microbiota is dietary fibre, whose increased intake leads to changes usually observed in populations with long-term different diets, but it is not clear to what extent these are influenced through short-term interventions. The aim of this study was to explore changes in intestinal metabolites associated with increased apple intake. Based on existing research, we hypothesized an increase in short-chain fatty acids (SCFAs) and metabolic products of polyphenols, such as phenylacetic acid derivatives. For the pilot intervention study, 15 volunteers (n = 15) aged 18–30 years were selected. The volunteers consumed three medium-sized Gala apples daily for three days. Participants provided the first stool sample the day before the intervention began and a second sample the following day after the intervention ended. The samples were analyzed for the identification and quantification of changes in the concentration of intestinal metabolites. Analysis was conducted using 500 MHz proton nuclear magnetic resonance (1H NMR). The spectra were manually phased and referenced, then quantified using the Chenomx software version 9.0. Differences in the metabolome were assessed using the Wilcoxon signed-rank test. A total of 22 metabolites were quantified in the NMR spectra. Univariate data analysis after normalization by the PQN method showed that none of the monitored metabolites were significantly different post-intervention. The influence of the acute intake of an increased amount of apples over three days did not affect the profile of the monitored metabolites, with individual variability being higher than the variability caused by the intervention. The results of the pilot study may serve for power analysis of the studied population and planning a larger experiment.

Keywords

NMR, výživová intervence, metabolom stolice, metabolomika, jablka

Keywords

dietary intervention, stool metabolome, metabolomics, apples, NMR

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 5. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 21. 5. 2024
• Supervisor: doc. Ing. Jaroslav Havlík, Ph.D.
• Reader: Jana Kopčeková, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Food and Nutrition