1H NMR biomarkery stravy v lidské stolici

Bc. Veronika Faltusová

Master's thesis

1H NMR Biomarkers of Diet in Human Stool

Abstract:

Pomocí pilotní otevřené jednoramenné nerandomizované intervenční studie provedené na sedmi dobrovolnících jsme zjišťovali, nakolik jednorázový příjem konkrétního pokrmu s vysokým obsahem vlákniny a polyfenolů nebo bílkovin změní profil fekálních metabolitů. Metabolomika stolice je progresivním nástrojem schopným odhalovat funkční fermentační vlastnosti mikrobiálního střevního osídlení jednotlivce, využívá se pro zkoumání vlivu mikrobioty na lidské zdraví. Znalosti, nakolik akutní příjem potravy několik hodin před odběrem přispějí k pochopení faktorů ovlivňujících metabolomiku stolice. Výsledky by mohly objasnit vliv stravy na lidské zdraví, neboť řada látek vznikajících v tlustém střevě, např. mastné kyseliny s krátkým řetězcem jsou absorbovány a vstupují do biochemických procesů v těle. Zdraví dobrovolníci (průměrný věk 33 let) byli rekrutováni na základě dobrovolného informovaného souhlasu. Vzorky od všech subjektů byly odebírány na baseline bez intervence 2 dny po sobě. Poté jim byla v průběhu jednoho dne podána testovaná potravina, 2 porce čočkové polévky, a následně byly odebrány denně vzorky stolice. Po wash-out periodě (průměrně 7 dní, u každého jedince jinak dlouhé) byl cyklus zopakován s 5 kusy jablek. Celkem bylo odebráno a analyzováno 70 vzorků, které byly měřeny metodou 500 MHz 1H nukleární magnetické rezonanční spektroskopie s pulzní sekvencí 1d noesy. Získaná spektra byla vyhodnocena, zpracována a kvantifikována v programu Chenomx. PCA analýza, Random Forest analýza a univariantní statistika, vzhledem k vysoké variabilitě mezi dárci, neukázaly významné rozdíly produkce metabolitů před a po intervenci. Byl ale pozorován u některých dárců po intervenci čočkovou polévkou vzrůst koncentrace acetátu, propionátu, 3-fenylpropionové kyseliny, isovalerátu, threoninu, glycerolu. Po intervenci jablky někteří jedinci měli ve vzorcích stolice zvýšený obsah malonátu, glukosy, methanolu, formiátu a threoninu. Profil metabolitů ve vzorcích byl specifický pro jednotlivé subjekty, Random Forest analýza dokázala spolehlivě predikovat dárce dle obsažených metabolitů ve stolici.

Abstract:

We conducted a open-label sible arm uncontrolled pilot intervention study with seven volunteers we investigated how a single intake of a specific meal high in fiber and polyphenols or proteins would change the profile of fecal metabolites. Stool metabolomics is a progressive tool able revealing the functional fermentation properties of an individual's microbial intestinal population. The findings are useful in understanding the effects of the microbiota on human health. Knowledge of how acute food intake a few hours before sampling will help to understand the factors increasing variation in stool metabolomics. The results could help to understand the impact of diet on human health. Many substances produced in the large intestine such as short-chain fatty acids and others are absorbed and enter biochemical processes in the body. Healthy volunteers (average age 33) were recruited with voluntary informed consent. Samples from all subjects were taken on baseline without intervention for 2 consecutive days. The next day, they were given the test food - 2 servings of lentil soup and after that took 3 stool samples every day. After the wash-out period (average 7 days, different for everyone) the cycle was repeated with 5 apples. A total of 70 samples were taken and analyzed. Samples were measured by 500 MHz 1H nuclear magnetic resonance spectroscopy using a 1d noesy pulse sequence. The acquired spectra were evaluated, processed and quantified using the Chenomx software. PCA analysis, Random Forest analysis and univariate statistics didn´t show significant differences in metabolite production before intervention and after owing to a high variability between subjects. After lentil-soup intervention, some subjects showed an increas in the concentration of acetate, propionate, 3-phenylpropionic acid, isovalerate, threonine, glycerol. After apple intervention, some subjects had increased levels of malonate, glucose, methanol, formate, and threonine in stool samples. The profile of metabolites in the samples was specific to each subject, Random Forest analysis was able to reliably predict donors from stool samples.

Keywords

biomarkery, stolice, složení stravy, 1H NMR, metabolomika

Keywords

biomarkers, stool, diet composition, 1H NMR, metabolomics

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 4. 2022

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Jaroslav Havlík, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Food and Nutrition