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Jun 27, 2023

Die Mikrobiota des Hühnerdarms reduziert die Ablagerung von Bauchfett durch Regulierung des Fettstoffwechsels

npj Biofilms and Microbiomes Band 9, Artikelnummer: 28 (2023) Diesen Artikel zitieren 702 Zugriffe 1 Zitate 1 Altmetric Metrics Details Blinddarmmikrobiota spielt eine wesentliche Rolle für die Gesundheit von Hühnern.

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Die Mikrobiota im Blinddarm spielt eine wesentliche Rolle für die Gesundheit von Hühnern. Allerdings ist sein Beitrag zum Fettstoffwechsel, insbesondere zur Bauchfettablagerung, die in der Geflügelindustrie ein großes Problem darstellt, noch unklar. Hier wurden Hühner im Alter von 1, 4 und 12 Monaten mit signifikant (p < 0,05) höherer und niedrigerer Bauchfettablagerung ausgewählt, um den Fettstoffwechsel aufzuklären. Eine signifikant (p < 0,05) höhere mRNA-Expression von Genen für den Fettabbau (ACSL1, FADS1, CYP2C45, ACC und FAS), eine signifikant (p < 0,05) niedrigere mRNA-Expression von Genen für den Fettabbau (CPT-1 und PPARα) und Fett Das Transportgen APOAI im Leber-/Bauchfett von Hühnern mit hoher Fettablagerung im Bauch deutete darauf hin, dass ein unausgeglichener Fettstoffwechsel zu einer übermäßigen Fettablagerung im Bauch führt. Parabacteroides, Parasutterella, Oscillibacter und Anaerofustis wurden signifikant häufiger (p < 0,05) bei Hühnern mit hoher Bauchfettablagerung gefunden, während Sphaerochaeta bei Hühnern mit geringer Bauchfettablagerung höher war. Darüber hinaus zeigte die Spearman-Korrelationsanalyse, dass die relative Häufigkeit von Parabacteroides, Parasutterella, Oscillibacter und Anaerofustis im Blinddarm positiv mit der Bauchfettablagerung korrelierte, Sphaerochaeta im Blinddarm jedoch negativ mit der Fettablagerung korrelierte. Interessanterweise führte die Übertragung fäkaler Mikrobiota von erwachsenen Hühnern mit geringer Bauchfettablagerung auf Eintagsküken zu einer signifikanten (p < 0,05) Verringerung der Parabacteroides- und Fettanabolismus-Gene, während die Sphaerochaeta- (p < 0,05) und Fettkatabolismus-Gene deutlich zunahmen (p < 0,05). ). Unsere Ergebnisse könnten dabei helfen, den möglichen Mechanismus der cecalen Mikrobiota zu beurteilen, der die Fettablagerung in der Hühnerproduktion reguliert.

In der Geflügelindustrie hat die künstliche Selektion von Hühnern für kommerzielle Zwecke durch genetische Züchtungstechnologie und eine energiereichere Ernährung die Wachstumsrate und Futterverwertung von Broilern beispiellos gesteigert1. Allerdings gehen schnell wachsende Broiler oft mit einer übermäßigen Ablagerung von Bauchfett ein2, was sowohl für Verbraucher als auch für Produzenten eine ungünstige Eigenschaft darstellt, und mehr als 85 % des Bauchfetts sind für den Körper nutzlos, da es als Verschwendung von Nahrungsenergie angesehen wird3. Einem kürzlich veröffentlichten Bericht zufolge produzieren Broiler weltweit jährlich etwa 3 Millionen Tonnen Bauchfett, was zu einem wirtschaftlichen Verlust von >2,7 Milliarden US-Dollar in der Geflügelindustrie führt4 und ein wesentliches Hindernis für eine profitable Landwirtschaft darstellt5. Obwohl es sich um einen nennenswerten energetischen Bestandteil handelt, muss es beim Ausnehmen entfernt werden und gilt bei der Hühnerfleischproduktion als Abfall6. Die Ablagerung von Bauchfett verringert die Futterverwertung, verringert die Reproduktionsleistung von Legehennen, wirkt sich negativ auf den Schlachtprozess aus und verursacht Umweltverschmutzung2,7,8. Es erhöht auch den Fettgehalt im Hühnerfleisch, was das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen beim Menschen erhöht9. Forscher haben herausgefunden, dass die Adipozyten im Bauchraum biologisch gesehen aktivere Zellen sind, die eine höhere (0,82) Vererbungsrate aufweisen als Körpergewicht, Brust- und Beinmuskeln5, was zu einer Fettansammlung führt. Es wird auch berichtet, dass Bauchfettgewicht und Körpergewicht eine starke positive Korrelation aufwiesen, was die genetische Selektion in Bezug auf Fettmerkmale bei Hühnern behindert4. Die übermäßige Fettablagerung ist in den letzten Jahrzehnten zu einem Rätsel und auch zu einem zunehmenden Problem geworden. Daher ist es zu einer wichtigen Frage geworden, den Mechanismus zu verstehen, der zu einer übermäßigen Fettablagerung führt.

Der Wirtsdarm beherbergt etwa 80 % der symbionten Mikroorganismen, von denen 99 % Bakterien sind, sogenannte Darmmikrobiota10,11,12,13. Es wurde festgestellt, dass die Darmmikrobiota eine wichtige regulatorische Rolle bei der Fettablagerung und Fettleibigkeit spielen könnte4,14. Es gab Hinweise darauf, dass die Kolonisierung der adipösen Mikrobiota die Fettablagerung bei Mäusen förderte15. Beispielsweise erhöht eine höhere Häufigkeit von Methanobrevibacter und Faecalibacterium, während eine geringere Häufigkeit von Akkermansia die Fettablagerung4,6. Weitere Studien deuten darauf hin, dass die Darmmikrobiota den Fettstoffwechsel beeinflusst und moduliert und einen wichtigen Beitrag zur Nährstoffverwertung leistet, indem sie zusätzliche verwertbare Energie erzeugt und zur Ablagerung von Bauchfett führt6,16. Beispielsweise erhöht Enterococcus faecium die Sekretion von Fettsäuresynthase (FAS) und Acetyl-CoA-Carboxylase (ACC) in Hühnerleber17, und erhöhte FAS und ACC erhöhen die Fettsäureproduktion, die in Triglyceride eingebaut wird und die Fettablagerung erhöht18. Klebsiella und Escherichia-Shigella besitzen Lipogeneseeigenschaften und ihre höhere Häufigkeit erhöht die Gesamtcholesterin-, Low-Density-Lipoprotein- und Triglyceridkonzentrationen im Serum, was die Fettansammlung erleichtert19. Andererseits verringern einige Mikrobiota wie Mucispirillum schaedleri die Fettablagerung bei Hühnern4, und Sphaerochaeta ist in mageren Hühnern angereichert14. Lactobacillus johnsonii BS15 verringert die Fettablagerung durch die Aktivität der Lipoproteinlipase (LPL) und verbessert den Fettabbau bei Broilern20. Das Vorkommen von Mikrobakterien und Sphingomonas bei Hühnern stand in positivem Zusammenhang mit den Genen für den Fettabbau in Muskeln und Leber, die möglicherweise die Fettspeicherung reduzieren21. Frühere Studien zeigten, dass die Darmmikrobiota nicht nur die Fettablagerung erhöhen, sondern auch die Fettablagerung verringern kann4,14. Im komplexen Netzwerk mikrobieller Gemeinschaften im Darm wird dynamisch die höchste Bakterienvielfalt im Blinddarm beobachtet22. Daher ist die Zusammensetzung der Blinddarmbakterien, welche Art von Blinddarmbakterien die Ablagerung von Bauchfett reduzieren könnten und wie sie den Fettstoffwechsel regulieren, zu einer interessanten Frage geworden.

Um dieses Problem auszuräumen, wurden in der vorliegenden Studie Hühner (Turpan-Hahnenkampf × White Leghorn) in drei verschiedenen Altersstufen (1 Monat, 4 Monate und 12 Monate) mit deutlich unterschiedlicher Bauchfettablagerung verwendet. Der Fettstoffwechsel, die Mikrobengemeinschaften im Blinddarm und die Häufigkeit verschiedener Bakterien wurden zwischen Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettablagerung verglichen. Mithilfe der Spearman-Korrelationsanalyse wurde der Zusammenhang zwischen der Mikrobiota des Blinddarms und der Ablagerung von Bauchfett ermittelt. Darüber hinaus wurde die Übertragung fäkaler Mikrobiota von erwachsenen gesunden Hühnern mit geringer Bauchfettablagerung auf 1 Tag alte Broilerküken mit weißen Federn durchgeführt, um zu überprüfen, ob die Darmmikrobiota die Fettablagerung bei Hühnern regulieren kann und wie hoch der Fettstoffwechsel in der Leber und im Bauchfettgewebe ist auch verglichen.

Basierend auf dem Bauchfettindex wurden die Hühner (Turpan-Hahnenkampf × White Leghorn) in verschiedenen Altersstufen (1 Monat alt, 4 Monate alt und 12 Monate alt) in Hühner mit hoher Bauchfettablagerung (H-Gruppe) und Hühner mit niedriger Bauchfettablagerung unterteilt Hühner (Gruppe L) bzw. Das Bauchfettvolumen (Abb. 1a), das Bauchfettgewicht (H vs. L, 1 Monat alt: 4,33 ± 0,31 g vs. 1,12 ± 0,09 g; 4 Monate alt: 9,58 ± 0,56 g vs. 1,15 ± 0,08 g; 12 Monate alt: 63,77 ± 6,19 g vs. 19,46 ± 2,77 g) (ungepaarte Student-t-Tests, p < 0,0001) (Abb. 1b) und Bauchfettindex (H vs. L, 1 Monat alt: 1,63 ± 0,12 % vs. 0,48 ± 0,45 %; 4 Monate alt: 1,04 ± 0,07 % vs. 0,13 ± 0,01 %; 12 Monate alt: 3,11 ± 0,22 % vs. 0,94 ± 0,13 %) (ungepaarte Student-t-Tests, p < 0,0001) (Abb. 1c) waren bei hoher Bauchfettablagerung signifikant höher Hühner. Die Ergebnisse der Hämatoxylin- und Eosin (HE)-Färbung zeigten, dass der durchschnittliche Durchmesser der Bauchfettzellen bei Hühnern mit hoher Bauchfettablagerung signifikant höher war als bei Hühnern mit geringer Bauchfettablagerung (ungepaarte Student-t-Tests, p < 0,0001) (Abb. 1d). Die obigen Ergebnisse zeigten, dass es signifikante Unterschiede in der Fettablagerung zwischen Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettablagerung gab.

a Der Vergleich des Bauchfettvolumens zwischen Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettansammlung in verschiedenen Monaten. b Der Vergleich des Bauchfettgewichts zwischen Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettansammlung in verschiedenen Monaten. c Der Vergleich des Bauchfettindex zwischen Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettansammlung in verschiedenen Monaten. d HE-Färbung von Abschnitten von fettem Bauchfettgewebe und Vergleich des durchschnittlichen Durchmessers von Adipozyten bei Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettablagerung in verschiedenen Monaten. Maßstabsbalken = 100 μm. H steht für Hühner mit hohem Bauchfettgehalt (n = 10) und L für Hühner mit niedrigem Bauchfettgehalt (n = 10). Die statistische Signifikanz zwischen den Gruppen wurde durch ungepaarte Student-t-Tests bestimmt. Alle Daten wurden als Mittelwert ± SEM dargestellt. ****p < 0,0001.

Es wurde festgestellt, dass ein unausgeglichener Fettstoffwechsel eng mit der Ablagerung von Bauchfett zusammenhängt. Daher wurden die Fettstoffwechselwerte im Blut (TG, TC, LDL-C und HDL-C), im Bauchfett und in der Leber zwischen hohen und niedrigen Werten verglichen Bauchfettablagerung bei Hühnern unterschiedlichen Alters (1 Monat alt, 4 Monate alt und 12 Monate alt). Im Blut betrugen die Konzentrationen von TG (4 Monate alt: p = 0,0025), TC (12 Monate alt: p = 0,0406) und LDL-C (1 Monat alt: p = 0,0273, 12 Monate alt: p = 0,0183). Zu bestimmten Zeitpunkten war die Konzentration von HDL-C (1 Monat alt: p = 0,0436, 4 Monate alt: p = 0,0392, 12 Monate alt: p = 0,0483) bei Hühnern mit hoher Bauchfettansammlung deutlich höher Bauchfettablagerung bei Hühnern zu jedem Zeitpunkt (Abb. 2a). Im Bauchfett waren die relativen mRNA-Expressionen einiger mit der Fettsynthese zusammenhängender Gene, wie ACC, FAS und LPL, bei Hühnern mit hoher Bauchfettablagerung zu allen Zeitpunkten deutlich höher (ungepaarte Student-t-Tests, p < 0,05) (Abb . 2b), dennoch war die relative mRNA-Expression des Fettkatabolismus-bezogenen Gens Hormon-sensitive Lipase (HSL) bei Hühnern mit geringer Bauchfettablagerung signifikant höher (4 Monate alt: p = 0,0131, 12 Monate alt: p = 0,0197). Alter von 4 und 12 Monaten (Abb. 2c). In der Leber war die Anzahl der hohlen Bläschenfette bei Hühnern mit hoher Bauchfettablagerung höher (Abb. 3a). Die relative mRNA-Expression von Genen, die mit der Fettsynthese in Zusammenhang stehen, einschließlich Acyl-CoA-Synthetase Long Chain Family Member 1 (ACSL1), Fatty Acid Desaturase 1 (FADS1) und Cytochrom P450 2C45 (CYP2C45), war bei Hühnern mit hoher Bauchfettablagerung überhaupt signifikant höher Zeitpunkte (p < 0,05) (ungepaarte Student-t-Tests, Abb. 3b). Dennoch war die relative mRNA-Expression des Fetttransport-bezogenen Gens Apolipoprotein AI (APOAI) (Abb. 3c) signifikant (1 Monat alt: p = 0,0291, 4 Monate alt: p = 0,0144, 12 Monate alt: p = 0,0297) höher und Gene, die mit dem Fettkatabolismus in Zusammenhang stehen, darunter Peroxisome Proliferator Activated Receptor Alpha (PPARα), Carnitin Palmitoyl Transferase 1 (CPT-1), Leptinrezeptor (LEPR), Janus Kinase 2 (JAK2) und Signal Transducer and Activator of Transcription 3 (STAT3). signifikant (ungepaarte Student-t-Tests, p < 0,05) höher bei Hühnern mit geringer Bauchfettablagerung zu verschiedenen Zeitpunkten (Abb. 3d). Darüber hinaus wurden die Proteinexpressionsniveaus von p-JAK2 (1 Monat alt: p = 0,0005, 4 Monate alt: p = 0,0345, 12 Monate alt: p = 0,00014) und p-STAT3 (1 Monat alt: p = 0,0217, 4 Monate alt: p = 0,0328, 12 Monate alt: p = 0,0205) waren bei Hühnern mit geringer Bauchfettablagerung zu allen Zeitpunkten signifikant höher (Abb. 4).

a Der Vergleich der Serumtriglyceridkonzentrationen (TG) (mmol/L), der Serumgesamtcholesterinkonzentrationen (TC) (mmol/L), der Serum-LDL-C-Konzentrationen (mmol/L) und der Serum-HDL-C-Konzentrationen (mmol/L). ) zwischen Hühnern mit hohem und niedrigem Bauchfettanteil im Alter von 1, 4 und 12 Monaten. b Der Vergleich der relativen mRNA-Expression von Genen im Zusammenhang mit der Fettsynthese zwischen Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettablagerung im Alter von 1, 4 und 12 Monaten (q-PCR). c Der Vergleich der relativen mRNA-Expression von Genen im Zusammenhang mit dem Fettabbau zwischen Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettablagerung nach 1, 4 und 12 Monaten (q-PCR). H steht für Hühner mit hohem Bauchfettgehalt (n = 10) und L für Hühner mit niedrigem Bauchfettgehalt (n = 10). Die statistische Signifikanz zwischen den Gruppen wurde durch ungepaarte Student-t-Tests bestimmt. Alle Daten wurden als Mittelwert ± SEM dargestellt. *p < 0,05, **p < 0,01.

a HE-Färbung von Abschnitten des Fettgehalts in Hepatozyten der Hühner nach 1, 4 und 12 Monaten. Die Fetttröpfchen (weiß) sind in den Abbildungen mit den Pfeilen gekennzeichnet. b Der Vergleich der relativen mRNA-Expression von Genen im Zusammenhang mit der Fettsynthese zwischen Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettablagerung nach 1, 4 und 12 Monaten (q-PCR). c Der Vergleich der relativen mRNA-Expression von Fetttransport-bezogenen Genen zwischen Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettablagerung nach 1, 4 und 12 Monaten (q-PCR). d Der Vergleich der relativen mRNA-Expression von Genen im Zusammenhang mit dem Fettabbau zwischen Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettablagerung nach 1, 4 und 12 Monaten (q-PCR). Maßstabsbalken = 50 μm. H steht für Hühner mit hohem Bauchfettgehalt (n = 10) und L für Hühner mit niedrigem Bauchfettgehalt (n = 10). Die statistische Signifikanz zwischen den Gruppen wurde durch ungepaarte Student-t-Tests bestimmt. Alle Daten wurden als Mittelwert ± SEM dargestellt. *p < 0,05.

Die Proteinverteilung und Expressionsniveaus von JAK2, p-JAK2, STAT3, p-STAT3 bei Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettablagerung im Alter von 1, 4 bzw. 12 Monaten (IHC). Maßstabsbalken = 50 μm. H steht für Hühner mit hohem Bauchfettgehalt (n = 10) und L für Hühner mit niedrigem Bauchfettgehalt (n = 10). Die statistische Signifikanz zwischen den Gruppen wurde durch ungepaarte Student-t-Tests bestimmt. Alle Daten wurden als Mittelwert ± SEM dargestellt. *p < 0,05, ***p < 0,001.

Die 16S-rRNA-Gensequenzierung wurde verwendet, um die Zusammensetzung der Blinddarmmikrobiota zwischen Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettablagerung zu verschiedenen Zeitpunkten zu vergleichen. Die Alpha-Diversitätsanalyse ergab, dass die mikrobielle Vielfalt (Abb. 5a) und die Gemeinschaftshäufigkeit (Abb. 5b) bei Hühnern mit hoher Bauchfettablagerung höher waren als bei Hühnern mit geringer Bauchfettablagerung. Die Beta-Diversität zeigte zu verschiedenen Zeitpunkten eine deutliche Trennung zwischen Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettablagerung (ANOSIM-Analyse, p <0, 05; Abb. 5c). Auf Stammebene waren Firmicutes bei Hühnern mit hoher Bauchfettablagerung häufiger anzutreffen, während Bacteroidetes bei Hühnern mit geringer Bauchfettablagerung zu allen Zeitpunkten häufiger vorkamen (Abb. 6a). Auf Gattungsebene ist die relative Häufigkeit von Parabacteroides (4 Monate alt: p = 0,0003, 12 Monate alt: p = 0,0131), Parasutterella (1 Monat alt: p = 0,0083, 4 Monate alt: p = 0,0041, 12 Monate alt: p = 0,0390), Oscillibacter (1 Monat alt: p = 0,0134, 4 Monate alt: p = 0,0384) und Anaerofustis (4 Monate alt: p = 0,0137, 12 Monate alt: p = 0,0079) war bei hohem Bauchfett signifikant höher Ablagerungshühner (Abb. 6b), während die relative Häufigkeit von Sphaerochaeta bei Hühnern mit geringer Bauchfettablagerung höher war (Abb. 6c und ergänzende Abb. 2).

Der Vergleich der mikrobiellen Gemeinschaftsvielfalt, gemessen mit dem Shannon-Index a und dem Chao-Index b, zwischen Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettablagerung in verschiedenen Monaten. c Der Vergleich der Hauptkoordinatenanalyse (PCoA) basierend auf OTU zwischen Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettablagerung im Alter von 1, 4 und 12 Monaten. H steht für Hühner mit hohem Bauchfettgehalt (n = 10) und L für Hühner mit niedrigem Bauchfettgehalt (n = 10). Die Mittellinie stellt den Median dar, die Grenzen des Kastens stellen das erste und dritte Quartil dar und Whisker zeigt die Minimal- und Maximalwerte, und die statistische Signifikanz zwischen den Gruppen wurde durch den Wilcoxon-Rangsummentest (a, b) bestimmt. Mit der ANOSIM-Analyse (Ähnlichkeitsanalyse) wird getestet, ob der Unterschied zwischen Gruppen (zwei oder mehr Gruppen) deutlich größer ist als der Unterschied innerhalb der Gruppe, um zu beurteilen, ob die Gruppierung sinnvoll ist (c). *p < 0,05, **p < 0,01.

a Zusammensetzung der Cecal-Mikrobiota-Gemeinschaft auf Stammebene bei Hühnern nach verschiedenen (1, 4 und 12) Monaten. b, c Der Vergleich der relativen Häufigkeit der Zielgattungen (Parabacteroides, Parasutterella, Oscillibacter, Anaerofustis, Sphaerochaeta) zwischen Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettablagerung in verschiedenen (1, 4 bzw. 12) Monaten. H steht für Hühner mit hohem Bauchfettgehalt (n = 10) und L für Hühner mit niedrigem Bauchfettgehalt (n = 10). Die statistische Signifikanz zwischen den Gruppen wurde durch ungepaarte Student-t-Tests (b, c) bestimmt. Alle Daten wurden als Mittelwert ± SEM dargestellt. *p < 0,05 **p < 0,01, ***p < 0,001.

Der Zusammenhang zwischen cecaler Mikrobiota und kohlenhydrataktiven Enzymen (CAZymes), einschließlich Glycosidhydrolasen (GHs), Glycosyltransferasen (GTs), Kohlenhydratesterasen (CEs), Hilfsaktivitäten (AAs), kohlenhydratbindenden Modulen (CBMs) und Polysaccharidlyasen (PLs). ) wurde analysiert. Firmicutes und Bacteroidetes kodierten mehr als 85 % der wichtigsten CAZyme. Im Vergleich zu Hühnern mit hoher Bauchfettablagerung kodierten Firmicutes weniger CAZymes, wohingegen Bacteroidetes bei Hühnern mit geringer Bauchfettablagerung mehr CAZymes kodierte (Abb. 7a). Weitere Analysen ergaben, dass bei 25 CAZymen eine höhere Anzahl bei Hühnern mit hoher Bauchfettansammlung gefunden wurde und 19 von ihnen GHs sind. Bei anderen 25 CAZymen wurden höhere Zahlen bei Hühnern mit geringer Bauchfettablagerung gefunden, 12 sind GHs und 10 sind GTs (Abb. 7b). Die KEGG-Analyse zeigte, dass unterschiedlich exprimierte Gene 58 verschiedenen Signalwegen zugeordnet wurden. Kohlenhydratstoffwechselwege, einschließlich Stärke- und Saccharosestoffwechsel, Pyruvatstoffwechsel, Pentose- und Glucuronat-Umwandlung, C5-Stoffwechsel verzweigter dibasischer Säuren und Propanoatstoffwechsel, wurden bei Hühnern mit hoher Bauchfettablagerung in höherer Zahl gefunden. Lipidstoffwechselwege, einschließlich Fettsäurebiosynthese und Fettsäureabbau, wurden bei Hühnern mit geringer Bauchfettablagerung in höherer Zahl gefunden (Abb. 7c).

a Der Vergleich des relativen Beitrags der Blinddarmmikrobiota (auf Stammebene) zu kohlenhydrataktiven Enzymen (CAZymes) zwischen Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettablagerung. b Der Vergleich der Kohlenhydrat-Enzymaktivitäten der Blinddarmmikrobiota zwischen Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettablagerung. c Der Vergleich der KEGG-Differenzwege der Blinddarmmikrobiota zwischen Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettablagerung. H steht für Hühner mit hohem Bauchfettgehalt (n = 10) und L für Hühner mit niedrigem Bauchfettgehalt (n = 10). LDA-Score (log10) > 2,0.

Die Spearman-Korrelationsanalyse wurde verwendet, um die Korrelation zwischen der Mikrobiota des Blinddarms und dem Bauchfettgewicht/-index sowie den Fettstoffwechselwerten zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass die Häufigkeit von Parabacteroides, Parasutterella, Oscillibacter und Anaerofustis signifikant (Spearman-Korrelationstests, p < 0,05) und positiv mit dem Gewicht/Index des Bauchfetts und der Expression von Genen im Zusammenhang mit der Fettsynthese in Leber und Bauchfett korrelierte. während signifikant (Spearman-Korrelationstests, p < 0,05) und negativ mit der Expression von Fetttransport- und Katabolismus-bezogenen Genen in Leber und Bauchfett korrelierten. Darüber hinaus korrelierte die Häufigkeit von Sphaerochaeta positiv mit der Expression von Fetttransport- und Katabolismus-bezogenen Genen in Leber und Bauchfett und negativ mit dem Gewicht/Index des Bauchfetts (Abb. 8).

Der Zusammenhang verschiedener Bakterien mit der Bauchfettablagerung und den damit verbundenen Fettansammlungsfaktoren im Alter von 1, 4 und 12 Monaten. Die rote Farbe weist auf eine positive Korrelation hin, die blaue Farbe auf eine negative Korrelation. *p < 0,05, **p < 0,01.

Um die Auswirkungen der Darmmikrobiota auf die Bauchfettablagerung von Hühnern zu überprüfen, wurde die fäkale Mikrobiota von erwachsenen Hühnern mit hoher oder niedriger Bauchfettablagerung in 1 Tag alte Küken transplantiert. Die zunehmenden Trends des Körpergewichts (Abb. 9a), des Brust-/Beinmuskelgewichts (Abb. 9b) und des Brust-/Beinmuskelindex (Abb. 9c) wurden in den FMT-Gruppen im Vergleich zur Kontrollgruppe beobachtet. Vierwöchige FMT von Hühnern mit hoher Bauchfettablagerung erhöhte das Bauchfettgewicht (H-FMT: 22,29 ± 1,59 g vs. Con: 18,19 ± 0,79 g) (ungepaarte Student-t-Tests, p = 0,0286) (Abb. 9d) und das Bauchfett signifikant Index (H-FMT: 1,44 ± 0,06 % vs. Con: 1,23 ± 0,04 %) (ungepaarte Student-t-Tests, p = 0,0050) (Abb. 9e). Interessanterweise verringerte eine vierwöchige FMT bei Hühnern mit geringer Bauchfettablagerung das Bauchfettgewicht signifikant (L-FMT: 15,18 ± 1,05 g vs. Con: 18,19 ± 0,79 g) (ungepaarte Student-t-Tests, p = 0,0278) (Abb. 9d) und Bauchfettindex (L-FMT: 1,02 ± 0,06 % vs. Con: 1,23 ± 0,04 %) (ungepaarte Student-t-Tests, p = 0,0072) (Abb. 9e). Darüber hinaus verringerte L-FMT das Bauchfettvolumen (Abb. 9f). Die Ergebnisse der HE-Färbung zeigten, dass der durchschnittliche Durchmesser der abdominalen Adipozyten in der L-FMT-Gruppe signifikant niedriger war als der der Kontrollgruppe (ungepaarter Student-t-Test, p < 0,0001) (Abb. 9g, h) und die Anzahl des hohlen vesikulären Fetts in der Leber war in der L-FMT-Gruppe deutlich geringer (Abb. 9i). Die obigen Ergebnisse zeigten, dass FMT die Fettablagerung bei Hühnern deutlich verändern könnte.

a Ein steigender Trend des Körpergewichts in den H-FMT- und L-FMT-Gruppen im Vergleich zur Kontrollgruppe. b Ein zunehmender Trend des Brust- und Beinmuskelgewichts in den H-FMT- und L-FMT-Gruppen im Vergleich zur Kontrollgruppe. c Ein zunehmender Trend des Brust- und Beinmuskelindex in den H-FMT- und L-FMT-Gruppen im Vergleich zur Kontrollgruppe. d Der Vergleich des Bauchfettgewichts zwischen der Kontroll-, H-FMT- und L-FMT-Gruppe. e Der Vergleich des Bauchfettindex zwischen der Kontroll-, H-FMT- und L-FMT-Gruppe. f Der Vergleich des Bauchfettgewebes von Hühnern zwischen der Kontroll- und der L-FMT-Gruppe. g, h HE-Färbeschnitte von Bauchfettgewebe und Vergleich des durchschnittlichen Durchmessers von Adipozyten zwischen der Kontroll- und der L-FMT-Gruppe. i HE-Färbung von Abschnitten des Fettgehalts in Hepatozyten der Hühner. Maßstabsbalken (g) = 100 μm, Maßstabsbalken (i) = 50 μm. Con stellt die Kontrollgruppe dar (n = 30), H-FMT stellt die fäkale Mikrobiota-Transplantationsgruppe von Hühnern mit hoher Bauchfettablagerung dar (n = 30), L-FMT stellt die fäkale Mikrobiota-Transplantationsgruppe von Hühnern mit geringer Bauchfettablagerung dar (n = 30). Die statistische Signifikanz zwischen den Gruppen wurde durch ungepaarte Student-t-Tests bestimmt. Alle Daten wurden als Mittelwert ± SEM dargestellt. *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001.

Um die Auswirkungen von L-FMT auf den Fettstoffwechsel der Empfänger zu überprüfen, wurden die Fettstoffwechselwerte im Bauchfett und in der Leber untersucht. Im Bauchfett zeigten qPCR-Ergebnisse, dass L-FMT die relative mRNA-Expression von Genen, die mit der Fettsynthese in Zusammenhang stehen (FAS (ungepaarte Student-t-Tests, p = 0,0313) und LPL (ungepaarte Student-t-Tests, p = 0,0283)) signifikant herunterregulierte. und regulierte die relative mRNA-Expression von HSL hoch (ungepaarte Student-t-Tests, p = 0,0283) (Abb. 10a). In der Leber zeigten qPCR-Ergebnisse, dass L-FMT die relative mRNA-Expression von Genen, die mit der Fettsynthese in Zusammenhang stehen, ACC (ungepaarte Student-t-Tests, p = 0,0429), FAS (ungepaarte Student-t-Tests, p = 0,0192) signifikant herunterregulierte. und die relative mRNA-Expression von APOAI (ungepaarte Student-t-Tests, p = 0,0422) und Fettkatabolismus-bezogenen Genen (PPARα, CPT-1, LEPR, JAK2 und STAT3) (ungepaarte Student-t-Tests, p < 0,05) signifikant hochreguliert ) (Abb. 10b). Die Ergebnisse der Immunhistochemie (IHC)-Färbung zeigten, dass L-FMT die Proteinexpression von p-JAK2 (ungepaarte Student-t-Tests, p = 0,0115) und p-STAT3 (ungepaarte Student-t-Tests, p = 0,0055) in der Leber signifikant hochregulierte (Abb. 10c).

Der Vergleich der Fettstoffwechselwerte im Bauchfett und in der Leber von Hühnern zwischen der Kontrollgruppe und der L-FMT-Gruppe. a Der Vergleich der relativen mRNA-Expression von Genen im Zusammenhang mit der Fettsynthese und Genen im Zusammenhang mit dem Fettabbau im Bauchfett (q-PCR). b Der Vergleich der relativen mRNA-Expression von Genen im Zusammenhang mit der Fettsynthese, Genen im Zusammenhang mit dem Fetttransport und Genen im Zusammenhang mit dem Fettkatabolismus in der Leber (q-PCR). c Die Proteinverteilung und die Expressionsniveaus von JAK2, p-JAK2, STAT3 und p-STAT3 in der Leber (IHC). Maßstabsbalken = 50 μm. Con repräsentiert die Kontrollgruppe (n = 14) und L-FMT repräsentiert die fäkale Mikrobiota-Transplantationsgruppe von Hühnern mit geringer Bauchfettablagerung (n = 14). Die statistische Signifikanz zwischen den Gruppen wurde durch ungepaarte Student-t-Tests bestimmt. Alle Daten wurden als Mittelwert ± SEM dargestellt. *p < 0,05, **p < 0,01.

16 Die Ergebnisse der S-rRNA-Gensequenzierung zeigten, dass L-FMT die Häufigkeit der mikrobiellen Gemeinschaft im Blinddarm signifikant erhöhte (Chao-Index) (Wilcoxon-Rang-Summen-Test, p < 0,0001) (Abb. 11a) und die Zusammensetzung der Mikrobiota im Blinddarm veränderte (ANOSIM-Analyse, p < 0,001). (Abb. 11b), erhöhte relative Häufigkeit von Bacteroidetes und verringerte relative Häufigkeit von Firmicutes (Abb. 11c). Darüber hinaus verringerte L-FMT signifikant (ungepaarte Student-t-Tests, p = 0,0078) die relative Häufigkeit von Parabacteroides und erhöhte signifikant (ungepaarte Student-t-Tests, p = 0,0298) die relative Häufigkeit von Sphaerochaeta im Vergleich zur Kontrollgruppe (Abb. 11d und). Ergänzende Abbildung 3).

Für die 16S-rRNA-Sequenzierung wurden 28 Weißfederhähnchen (14 in jeder Gruppe mit gleichen Männchen und Weibchen) zufällig für die Analyse der Blinddarmmikrobiota in der Kontroll- und der L-FMT-Gruppe ausgewählt. a Der Vergleich des Chao-Index. b Hauptkoordinatenanalyse (PCoA)-Analyse. c Zusammensetzung der Mikrobiota-Gemeinschaft im Blinddarm auf Stammebene. d Die relative Häufigkeit von Parabacteroides und Sphaerochaeta. Con repräsentiert die Kontrollgruppe (n = 14) und L-FMT repräsentiert die fäkale Mikrobiota-Transplantationsgruppe von Hühnern mit geringer Bauchfettablagerung (n = 14). Die Mittellinie stellt den Median dar, die Grenzen des Kastens stellen das erste und dritte Quartil dar, Whisker zeigt die Minimal- und Maximalwerte und die statistische Signifikanz zwischen den Gruppen wurde durch den Wilcoxon-Rang-Summen-Test (a) bestimmt. Mit der ANOSIM-Analyse (Ähnlichkeitsanalyse) wird getestet, ob der Unterschied zwischen Gruppen (zwei oder mehr Gruppen) deutlich größer ist als der Unterschied innerhalb der Gruppe, um zu beurteilen, ob die Gruppierung sinnvoll ist (b). Die statistische Signifikanz zwischen den Gruppen wurde durch ungepaarte Student-t-Tests bestimmt und die Daten wurden als Mittelwert ± SEM (d) dargestellt. *p < 0,05, **p < 0,01, ****p < 0,0001.

Ein stabiler Fettstoffwechsel setzt Energie frei, um das Wachstum zu steigern, doch ein instabiler Fettstoffwechsel führt oft zu einer unnötigen Fettablagerung23. Der Fettstoffwechsel ist ein komplexer biochemischer Mechanismus, bei dem die Fettverdauung, -assimilation und -transport über mehrere anabole und katabole Reaktionen erfolgen21. Das verdaute Fett wird in Form von Fettsäuren und Glycerin weiterverarbeitet21. Beispielsweise werden die produzierten Fettsäuren und Glycerin im Darmepithel absorbiert und über den Blutkreislauf zur Leber, zum Fettgewebe und zu anderen Organen transportiert21. Die Fettsynthese in Organen wird durch mit der Fettsynthese in Zusammenhang stehende Gene reguliert, darunter FAS, ACSL1, FADS1, CYP2C45 und LPL24. Um den Einfluss des Fettanabolismuswegs auf den Fettstoffwechsel zu verstehen, wurde die Expression von Genen, die mit dem Fettanabolismus in Zusammenhang stehen, aufgeklärt. In der vorliegenden Studie wurde eine signifikant höhere relative mRNA-Expression von FAS, ACSL1, FADS1, CYP2C45 und LPL in Leber und Bauchfett von Hühnern mit hoher Bauchfettablagerung festgestellt, was auf eine stärkere Fettsynthese hindeutet, die in engem Zusammenhang mit der Fettablagerung stehen würde bei Hühnern. Es wurde auch berichtet, dass erhöhte ACSL1-, ACC- und FAS-Werte mit der Fettablagerung durch steigende Serum-TG-, TC- und LDL-C-Spiegel verbunden sind25,26. In der vorliegenden Studie stimmen die erhöhten Serum-TG-, TC- und LDL-C-Spiegel und die signifikant verringerten Serum-HDL-C-Spiegel bei Hühnern mit hoher Bauchfettablagerung mit den Befunden bei Mäusen27 und bei Hühnern28,29 überein, was darauf hindeutet, dass eine Ablagerung von a Eine höhere Menge an Bauchfett würde auch die TG-, TC-, HDL-C- und LDL-C-Spiegel im Hühnerserum verändern. Darüber hinaus wurde auch gezeigt, dass Gene für den Fettabbau erheblich zum Fettstoffwechsel beitragen. Beispielsweise sind CPT-1 und PPARα katabole Gene, die die Oxidation von Fettsäuren stimulieren, was zur Energieproduktion für das Hühnerwachstum führt30. In der vorliegenden Studie erhöhte eine signifikant herunterregulierte hepatische mRNA-Expression von CPT-1 und PPARα und eine geringere JAK2-Expression über die STAT3-Aktivierung bei Hühnern mit hoher Bauchfettablagerung die Bauchfettablagerung bei Masthähnchen deutlich31,32. Insbesondere erhöhte APOAI- und HSL-Werte sowie höhere Serum-HDL-C-Spiegel bei Hühnern mit geringer Bauchfettansammlung in unserer Studie dürften die Fettausscheidung erleichtern, da HSL als Reiniger wirkt und zusammen mit APOAI Cholesterin/Fettsäuren aus den Fettdepots zur Leber transportiert zur Lipolyse, Reduzierung der Fettansammlung bei Broilern33,34,35. Darüber hinaus steigern hochregulierte Gene im Zusammenhang mit der Adipozytendifferenzierung deren Proliferation und tragen erheblich zur Ablagerung von Bauchfett bei Hühnern bei5,21. Ein in unserer Studie deutlich höherer durchschnittlicher Durchmesser der Bauchfettzellen bei Hühnern mit hoher Fettablagerung im Bauch weist auf die entscheidende Rolle der Adipozytendifferenzierung bei der Fettablagerung hin36. Daher führten eine stärkere Fettsynthese und ein geringerer Fettabbau zu einer übermäßigen Fettablagerung und umgekehrt.

Es wurde festgestellt, dass die Darmmikrobiota die Ablagerung von Bauchfett durch Regulierung des Fettstoffwechsels kontrollieren kann6. Beispielsweise korreliert die Häufigkeit von Parabacteroides positiv mit der Fettmasse bei adipösen Personen37,38. Parasutterella verursacht bei Hühnern ein Reizdarmsyndrom und eine Immunsuppression39 und erhöht den Anteil/die Ablagerung von Bauchfett40. Oscillibacter kommt bei Hühnern der Fettlinie häufig vor41 und wird mit Fettleibigkeit in Verbindung gebracht42. Ebenso ist eine erhöhte Häufigkeit von Anaerofustis im Blinddarm von Mäusen mit fettreicher Ernährung43 und von Broilern während einer Clostridium perfringens-induzierten Infektion44 mit dem Fettstoffwechsel verbunden. Jüngste Studien haben gezeigt, dass die oben beschriebenen Bakterien eng mit den Genen des Fettstoffwechsels und den Parametern TG, TC, LDL-C und HDL-C interagieren, um die Fettablagerung zu verändern. Beispielsweise haben Li et al. beschrieben, dass Parabacteroides und Oscillibacter positiv mit FAS und ACC zusammenhängen, während sie negativ mit HSL45 zusammenhängen. In ähnlicher Weise tragen diese beiden Bakterien zur Erhöhung der TG-, TG-, TC- und LDL-C-Spiegel im Serum bei Mäusen mit fettreicher Ernährung bei45, was eher auf einen Fettanabolismus als auf einen Fettkatabolismus hinweist, der voraussichtlich die Fettablagerung erhöht. Darüber hinaus haben Huang et al. fanden heraus, dass Parasutterella an der Erhöhung der TG-, TC- und LDL-C-Spiegel beteiligt ist, während gleichzeitig die HDL-C-Spiegel sowohl in der Leber als auch im Serum von Mäusen sinken46, und dass ihre höhere Häufigkeit die Ablagerung von Bauchfett erhöht, da Parasutterella energiereiche Nahrungsmittel abbauen kann den Fettstoffwechsel verändern40,47. In einer anderen aktuellen Studie wurde berichtet, dass Anaerofustis auch den Fettstoffwechsel regulieren könnte, da es positiv mit den TG-, TC- und LDL-C-Spiegeln und negativ mit den HDL-C-Spiegeln im Serum assoziiert ist48. Typischerweise tragen diese Bakterien erheblich zur Fettansammlung bei und stimmen mit unseren Erkenntnissen über die Fettablagerung im Bauchbereich von Hühnern überein, was darauf hindeutet, dass eine höhere Häufigkeit dieser Bakterien im Darm des Wirts die Fettablagerung erhöhen könnte. Interessanterweise wurden auch einige andere Bakterien gefunden, die sich anders verhalten als die oben beschriebenen. Beispielsweise ist Sphaerochaeta wichtig für die Verringerung der Fettablagerung bei Schweinen49 und gilt als zentrale Spezies zur Regulierung des Fettstoffwechsels50. Eine kürzlich durchgeführte Studie ergab, dass Sphaerochaeta in mageren Hühnern deutlich angereichert ist14, was auch mit unseren Ergebnissen übereinstimmt. Darüber hinaus haben Huang et al. berichteten, dass Sphaerochaeta positiv mit dem HDL-C-Spiegel im Serum und negativ mit dem TC-Spiegel zusammenhängt und den Fettstoffwechsel verbessern könnte51. Feng et al. beschrieben auch, dass eine höhere Häufigkeit von Sphaerochaeta den Körperfettstoffwechsel bemerkenswert reguliert und die Ablagerung von Bauchfett bei gelben Xianju-Hühnern kontrollieren könnte52, was darauf hindeutet, dass Sphaerochaeta den Fettstoffwechsel und die Fettablagerung beeinflussen könnte. Daher wird vorhergesagt, dass eine höhere Häufigkeit von Parabacteroides, Parasutterella, Oscillibacter und Anaerofustis durch Fettanabolismus zu einem erhöhten Fettablagerungstrend bei Hühnern mit hoher Bauchfettablagerung führt, wohingegen eine höhere Häufigkeit von Sphaerochaeta zu einem verringerten Trend zur Fettablagerung bei Hühnern mit geringer Bauchfettablagerung führt durch Fettabbau.

Es wurde festgestellt, dass die Darmmikrobiota CAZymes kodieren könnte, um die Fettablagerung zu regulieren14,53. Die Darmmikrobiota baut hauptsächlich resistente Stärke und Ballaststoffe durch Hydrolyse ab14,53 und erfüllt diese Funktion durch den Kohlenhydratstoffwechsel unter Verwendung von GHs, GTs, CEs, PLs und CBMs54,55. Typischerweise ist der Kohlenhydratstoffwechsel mit der Fettablagerung verknüpft, da höhere durch den Kohlenhydratstoffwechsel erzeugte Kalorien eine De-novo-Lipogenese und eine enorme Umwandlung von Glukose in Pyruvat (Glykolyse) oder in TG verursachen können23,42,56. Es wurde berichtet, dass Oscillibacter über eine große Anzahl von GHs- und CBMs-Genen zur Spaltung der komplexen Polysaccharide verfügt und auch die Fettablagerung regulieren könnte41,57,58. In der vorliegenden Studie wurden sowohl Anaerofustis als auch Oscillibacter (Firmicutes) in signifikanter Anreicherung bei Hühnern mit hoher Fettansammlung im Bauch gefunden, was darauf schließen lässt, dass diese Bakterien mithilfe von CAZymes zusätzliche Energie extrahierten und diese in das Fettgewebe transportierten, was zu einer übermäßigen Fettablagerung im Bauch führte. Andere Studien fanden auch einen positiven Zusammenhang zwischen Anaerofustis und Oscillibacter mit der Ballaststoffverdaulichkeit und Fettleibigkeit59,60. Andererseits haben Xiang et al. fanden heraus, dass Sphaerochaeta die CAZyme-Aktivitäten erheblich fördern und den Lipidstoffwechsel bei mageren Hühnern regulieren kann14, was mit unseren Erkenntnissen übereinstimmt, dass Sphaerochaeta als einzigartiges Mitglied die Bauchfettablagerung durch CAZyme-Aktivitäten (GHs, GTs, CEs, AA und CBMs) verringern kann . Es gibt Hinweise darauf, dass Sphaerochaeta zum Stamm Spirochaetes gehört61 und mehrere Studien beschrieben, dass Sphaerochaeta auch β-Xylosidasen der GH-Familie produzieren, Kohlenhydratpolymere durch Kohlenhydratstoffwechsel verarbeiten und einen wesentlichen Beitrag zur Regulierung der Fettablagerung leisten können50,62,63. Es wird daher angenommen, dass Sphaerochaeta durch die Kodierung von CAZymes ein erhebliches Potenzial für die Kontrolle der Bauchfettablagerung hat.

Immer mehr Beweise deuten darauf hin, dass die Umgestaltung der Darmmikrobiota durch fäkale Mikrobiota-Transplantation (FMT) die Ablagerung von Bauchfett durch Regulierung des Fettstoffwechsels reduzieren könnte14,64. In Übereinstimmung mit diesen Ergebnissen wurde in der vorliegenden Studie auch beobachtet, dass FMT von Hühnern mit geringer Bauchfettansammlung die Bauchfettablagerung (sowohl Bauchfettgewicht als auch Bauchfettindex) signifikant reduzierte und den Fettstoffwechsel bemerkenswert regulierte. Darüber hinaus wurde berichtet, dass Sphaerochaeta bei mageren Hühnern und Parabacteroides bei fettleibigen Personen angereichert waren14,37. Ebenso wurde in der L-FMT-Gruppe der vorliegenden Studie eine höhere Häufigkeit von Sphaerochaeta und eine geringere Häufigkeit von Parabacteroides beobachtet, was mit unseren Ergebnissen bei Hühnern mit geringer Bauchfettablagerung übereinstimmt, was darauf hindeutet, dass diese Bakterien die Bauchfettablagerung und -kontrolle verändern könnten Fettstoffwechsel. In anderen Studien wurde auch beschrieben, dass FMT die Fettablagerung bei Mäusen mit hoher Fettdiät erheblich abschwächen kann65, da ein niedrigerer LPL-Spiegel die Adipogenese verringert, indem die Triglyceridhydrolyse im Fettgewebe verringert wird66. In der vorliegenden Studie wurde die Expression anabolismusbezogener Gene (FAS, LPL im Bauchfett und ACC, FAS in der Leber) signifikant verringert und die Expression katabolismusbezogener Gene (hepatisches PPARα, CPT-1, LEPR, JAK2 und STAT3) signifikant erhöht. wurden in der L-FMT-Gruppe im Vergleich zur Kontrolle gefunden. Darüber hinaus wurde auch eine signifikant höhere Expression von HSL im Bauchfett und von APOAI, p-JAK2 und p-STAT3 in der Leber der L-FMT-Gruppe beobachtet. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die fäkale Mikrobiota von Hühnern mit geringer Bauchfettablagerung die Häufigkeit von Sphaerochaeta erhöhen könnte, was den Fettkatabolismus förderte, indem es die Expression von Genen für den Fettabbau und den Fetttransport verstärkte67.

Insgesamt deuten die aktuellen Erkenntnisse darauf hin, dass der unausgeglichene Fettstoffwechsel zu einer übermäßigen Ablagerung von Bauchfett führt. Die Häufigkeit von Parabacteroides, Parasutterella, Oscillibacter und Anaerofus korreliert mit der Hochregulierung der Expression von Fettanabolismus-Genen, was schließlich zu einer Erhöhung der Bauchfettablagerung führt. Allerdings reguliert die Häufigkeit von Sphaerochaeta die Expression von Genen für den Fettabbau, was die Ablagerung von Bauchfett reduziert und das Muskelwachstum der Hühner fördert. Darüber hinaus verringerte L-FMT Parabacteroides signifikant, erhöhte Sphaerochaeta und regulierte die Expression von Genen für den Fettabbau hoch. L-FMT könnte als Strategie zur Reduzierung der Bauchfettablagerung und zur gleichzeitigen Förderung des Muskelwachstums eingesetzt werden.

Das Institutional Animal Care and Use Committee der Huazhong Agricultural University (HZAUCH-2018-008), Wuhan, China, genehmigte alle Tierversuche und alle Methoden wurden in Übereinstimmung mit den relevanten Richtlinien und Vorschriften durchgeführt.

Frisch geschlüpfte Hühner (Turpan-Hahnenkampf × White Leghorn) wurden unter ähnlichen Haltungsbedingungen auf der Hühnerfarm der Huazhong Agricultural University aufgezogen. Im Alter von 1, 4 und 12 Monaten wurden für jeden Zeitpunkt 120 Hühner zufällig ausgewählt. Basierend auf dem Bauchfettindex wurden die Hühner zu jedem Zeitpunkt in zwei Gruppen eingeteilt, nämlich die Gruppe mit hoher Bauchfettablagerung (H) und die Gruppe mit niedriger Bauchfettablagerung (L) (n = 10, 5 Männchen und 5 Weibchen). . Für das FMT-Experiment wurden Hühner mit hohem Körpergewicht, geringer Bauchfettablagerung und hoher Bauchfettablagerung getrennt als FMT-Spender ausgewählt. Als Empfänger wurden insgesamt 90 einen Tag alte Weißfederhähnchen ausgewählt.

Zwei erwachsene weibliche weiße Leghorn-Hühner × Turpan-Kampfhühner, die möglicherweise eine hohe oder niedrige Bauchfettablagerung aufwiesen, wurden mit einem Computertomographiegerät (CT) (Aquilion PRIME Tsx-303A, Canon Medical, Japan) gescannt. Mithilfe der Pari-Software wurde das Bauchfett in verschiedenen Rahmenbildern jedes Huhns markiert (ergänzende Abbildung 1). Anschließend wurden mithilfe der Python-Sprache Programme zur Analyse der Bilder und zur Berechnung des Körper- und Bauchfettvolumens jedes Huhns geschrieben. Das Körpervolumen betrug 2,22 dm3 bzw. 2,50 dm3 und das Bauchfettvolumen betrug 0,06 dm3 bzw. 0,15 dm3. Ebenso betrug der Volumenanteil des Bauchfetts 2,66 % bzw. 5,92 %. Das Huhn mit einem geringeren Volumenanteil an Bauchfett wurde als Spender der L-FMT-Gruppe ausgewählt und das Huhn mit einem höheren Volumenanteil an Bauchfett wurde als Spender der H-FMT-Gruppe ausgewählt. Nach dem FMT-Experiment wurden die beiden Hühner seziert, um das Gewicht und den Index des Bauchfetts zu ermitteln. Das Bauchfettgewicht betrug 74,3 g bzw. 161,2 g und der Bauchfettindex betrug 3,12 % bzw. 5,78 %, was mit den CT-Ergebnissen übereinstimmt und darauf hindeutet, dass die FMT-Spenderauswahl angemessen ist.

Jeden Morgen, sobald die Spenderhühner ihren Stuhlgang hatten, wurde der weiße Teil der Fäkalien entfernt, da er Harnsäure enthält. Dann wurden 10 g Kot im sterilen Röhrchen (50 ml) gesammelt und vorsichtig mit 60 ml 0,75 % normaler Kochsalzlösung gemischt. Die Mischung wurde auf Eis gehalten, um die Niederschläge abzusetzen. Der Überstand wurde entnommen und mit steriler Gaze filtriert, um eine Stuhlsuspension zu erhalten.

Insgesamt wurden neunzig 1 Tag alte Masthähnchen mit weißen Federn als Empfänger ausgewählt und nach dem Zufallsprinzip in eine Kontrollgruppe, eine H-FMT-Gruppe und eine L-FMT-Gruppe aufgeteilt (n = 30). Die Hühner erhielten eine Mais-Sojabohnen-Diät in Pelletform ohne Medikamente oder Impfungen. Alle Hühner wurden im selben Raum gehalten. Vom 1. Tag bis zum Ende des Experiments wurden 2 Hühner in jedem Käfig (Länge = 70 cm, Breite = 50 cm und Höhe = 60 cm) gehalten. Broilern in der FMT-Gruppe wurde 1 ml fäkale Mikrobiota-Suspension oral verabreicht, während in der Kontrollgruppe 28 Tage lang 1 ml 0,75 % Kochsalzlösung als Ersatz verwendet wurde. Im Alter von 42 Tagen wurden die Vögel durch schrittweise zunehmende CO2-Inhalation über einen Zeitraum von etwa 4 bis 5 Minuten eingeschläfert und dann durch Punktion der Halsvene und gleichzeitige Entnahme einer Blutprobe auf humane Weise getötet. Anschließend wurden die anderen Proben gesammelt68.

Nach 12-stündigem Fasten wurden die Hühner gewogen und getötet, dann wurden Blut (durch die Halsvene), Leber, Bauchfettgewebe und linker Blinddarm gesammelt. Für die Darmmikrobiota-Analyse wurde der Blinddarminhalt (1–1,5 g pro Vogel) in zwei sterilisierten Zentrifugenröhrchen (1,5 ml) gesammelt und in flüssigem Stickstoff eingefroren und dann zur Sequenzierung bei –80 °C gelagert. Zur Analyse der lipometabolischen Parameter wurden Blutproben (3 ml pro Vogel) 15 Minuten lang bei 3000 × g und 4 ° C zentrifugiert, um das Serum zu erhalten, und dann wurde es zur anschließenden Analyse bei –80 ° C gelagert. Zur histomorphologischen Analyse wurden frisch entnommene Leber- und Bauchfettgewebe in 4% Paraformaldehydlösung fixiert. Zur Genexpressionsanalyse wurden Teile von frisch entnommenem Leber- und Bauchfettgewebe in flüssigem Stickstoff eingefroren und dann bei –80 °C gelagert.

Der Muskel- oder Bauchfettindex wurde nach folgender Formel berechnet: Muskelindex = Muskelgewicht (g)/Körpergewicht (g) × 100 %, Bauchfettindex = Bauchfettgewicht (g)/Körpergewicht (g) × 100 % .

Mikrobielle genomische DNA wurde aus dem Blinddarminhalt des Huhns mit dem Fast DNA SPIN-Extraktionskit (MP Biomedicals, Santa Ana, CA, USA) gemäß den Anweisungen des Herstellers extrahiert. Die hypervariable Region V3-V4 des bakteriellen 16S-rRNA-Gens wurde mit den Primerpaaren 338F (5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′) und 806R (5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′) amplifiziert. Die PCR-Amplifikation des 16S-rRNA-Gens wurde wie folgt durchgeführt: eine anfängliche Denaturierung (3 Minuten) bei 95 °C, gefolgt von 27 Denaturierungszyklen (30 Sekunden) bei 95 °C, Annealing (30 Sekunden) bei 55 °C, Verlängerung ( 45 s) bei 72 °C und einmalige Verlängerung (10 min) bei 72 °C und endete bei 4 °C. Das PCR-Produkt wurde aus 2 % Agarosegel extrahiert und mit dem AxyPrep DNA Gel Extraction Kit (Axygen Biosciences, Union City, CA, USA) gemäß den Anweisungen des Herstellers gereinigt und mit Quantus™ Fluorometer (Promega, USA) quantifiziert. Für die 16S-rRNA-Gensequenzierung wurde die Illumina MiSeq PE300-Plattform (Illumina, San Diego, USA) verwendet. Für 20 Hühner im Alter von 4 Monaten mit metagenomischer Sequenzierung wurde derselbe DNA-Extrakt mit Covaris M220 (Gene Company Limited, China) für den Aufbau einer Paired-End-Bibliothek, die mit NEXTFLEX Rapid erstellt wurde, auf eine durchschnittliche Größe von etwa 400 bp fragmentiert DNA-Seq (Bioo Scientific, Austin, TX, USA). Für die metagenomische Sequenzierung wurde die Illumina NovaSeq-Plattform (Illumina, San Diego, CA, USA) verwendet.

Die rohen 16S-rRNA-Gensequenzierungslesungen wurden demultiplext, mit Fastp-Version 0.20.0 qualitätsgefiltert und mit FLASH-Version 1.2.7 zusammengeführt. Operative taxonomische Einheiten (OTUs) mit einem Ähnlichkeitsgrenzwert von 97 % wurden mit UPARSE Version 7.1 geclustert und chimäre Sequenzen identifiziert und entfernt. Die Taxonomie jeder repräsentativen OTU-Sequenz wurde mit RDP Classifier Version 2.2 anhand der 16S-rRNA-Datenbank (Silva 132) unter Verwendung einer Konfidenzschwelle von 0,7 analysiert. Für α- und β-Diversitätsmessungen wurde die Sequenzierungstiefe durch Unterabtastung der Messwerte jeder Probe minimiert. Die niedrigsten gültigen Messwerte der Blinddarmmikrobiota von Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettablagerung im Alter von 1 Monat betrugen 25.339, der niedrigste effektive Messwert der Blinddarmmikrobiota von Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettablagerung im Alter von 4 Monaten betrug 30.671 Der niedrigste effektive Wert der Blinddarmmikrobiota von Hühnern mit hoher und niedriger Bauchfettablagerung im Alter von 12 Monaten betrug 45.053. Ebenso betrugen die niedrigsten gültigen Messwerte der Blinddarmmikrobiota bei den Kontroll- und L-FMT-Hühnern 14.960. Die α-Diversität wurde mithilfe des Shannon-Index und des Chao-Index beschrieben. Die Hauptkoordinatenanalyse (PCoA) basierend auf Bray-Curtis wurde verwendet, um die Unähnlichkeit in der Gemeinschaftsstruktur abzuschätzen. Die Zusammensetzung der Gemeinschaft auf Stammebene und die Veränderung der Häufigkeit auf Gattungsebene wurden durch Balkendiagramme und Histogramme visualisiert. Die Effektgröße der linearen Diskriminanzanalyse (LEfSe) wurde durchgeführt, um unterschiedlich häufig vorkommende Taxa in den Gruppen unter Verwendung der Standardparameter der linearen Diskriminanzanalyse (LDA > 2) zu erkennen.

Die Lesevorgänge mit geringer Qualität (Länge <50 bp oder mit einem Qualitätswert <20 oder mit N Basen) wurden von fastp (https://github.com/OpenGene/fastp, Version 0.20.0) entfernt. Die Lesevorgänge wurden mit dem Burrows-Wheeler-Alignment-Tool (BWA) (http://bio-bwa.sourceforge.net, Version 0.7.9a) auf das Hühnergenom ausgerichtet, und alle mit den Lesevorgängen und den zugehörigen Lesevorgängen verbundenen Treffer wurden entfernt. Die optimierte Sequenz wurde gespleißt und zusammengesetzt, und als endgültiges Zusammenstellungsergebnis wurden Contigs ≥ 300 bp ausgewählt, und dann wurden die Contigs für die weitere Genvorhersage und Annotation verwendet. Offene Leserahmen (ORFs) von jedem zusammengesetzten Contig wurden mit MetaGene (http://metagene.cb.ku-tokyo.ac.jp/) vorhergesagt. Die vorhergesagten ORFs mit einer Länge von ≥ 100 bp wurden abgerufen und in Aminosäuresequenzen übersetzt. Mit CD-HIT (http://www.bioinformatics.org/cd-hit/, Version 4.6.1) wurde ein nicht-redundanter Genkatalog mit 90 % Sequenzidentität und 90 % Abdeckung erstellt. Lesevorgänge nach der Qualitätskontrolle wurden mit SOAPaligner (http://soap.genomics.org.cn/, Version 2.21) mit 95 % Identität auf den nicht-redundanten Genkatalog abgebildet und die Genhäufigkeit in jeder Probe bewertet. Zu den öffentlichen Daten, die für die taxonomische Analyse und Genfunktionsklassifizierung verwendet wurden, gehörten die integrierte NCBI-NR-Datenbank, die KEGG-Datenbank und die CAZy-Datenbank. Die Aminosäuresequenz des nichtredundanten Gens wurde unter Verwendung von Diamond (http://www.diamondsearch.org/index.php, Version 0.8.35) mit der NR-Datenbank bzw. der KEGG-Datenbank mit einem E-Wert-Grenzwert von 1e-5 abgeglichen. und erhielt die Artannotation und die KEGG-Funktion, die dem Gen entsprechen. Die Annotation kohlenhydrataktiver Enzyme wurde mit hmmscan (http://hmmer.janelia.org/search/hmmscan) anhand der CAZy-Datenbank (http://www.cazy.org/) mit einem E-Wert-Grenzwert von 1e-5 durchgeführt .

Zur Analyse verschiedener Blutparameter wurden die Serumkonzentrationen von Triglyceriden (TG), Gesamtcholesterin (TC), High Density Lipoprotein Cholesterin (HDL-C) und Low Density Lipoprotein Cholesterin (LDL-C) mit einem Rayto Chemistry Analyzer bestimmt (Chemray 800, China) gemäß den Anweisungen des Herstellers (Shenzhen Rayto Life Science Co., Ltd). Kurz gesagt, die Serumproben wurden im empfohlenen Verhältnis gründlich mit der Reaktionslösung gemischt und 10 Minuten lang bei 37 °C gehalten. Schließlich wurde die Extinktion für jede Probe gemessen und die Gesamtkonzentrationen wurden gemäß der folgenden Formel berechnet. Gesamtkonzentrationen = Absorption der Probe/Absorption der Kalibrierungslösung × Kalibrierungskonzentrationen (mmol pro Liter).

Zur morphologischen Beobachtung wurden Leber- und Bauchfettgewebeproben in Paraffin eingebettet und Schnitte angefertigt. Lebergewebe wurde in 3 µm dicke Abschnitte geschnitten und Bauchfettgewebe wurde mit einem Rotationsschneider (LEICA 819, Leica, Deutschland) in 7 µm dicke Abschnitte geschnitten. Die HE-Färbung wurde gemäß dem Routineprotokoll durchgeführt und die gefärbten Gewebeschnitte wurden mit einem Lichtmikroskop (BH-2, Olympus, Japan) unter Verwendung einer Digitalkamera (DP72, Olympus, Japan) untersucht. Unter einem 10 × 20-Mikroskop wurde jeder HE-gefärbte Abschnitt des Bauchfetts verwendet, um zufällig 5 Gesichtsfelder für die Bildaufnahme auszuwählen. Der durchschnittliche Durchmesser der Bauchfettadipozyten wurde mit image pro plus 6.0 (Media Cybernetics, USA) gemessen.

Um die Expression von Genen im Zusammenhang mit dem Fettstoffwechsel auf mRNA-Ebene nachzuweisen, wurde Gesamt-RNA aus Bauchfett und Lebergewebe unter Verwendung von Trizol-Reagenz (Takara, Japan) gemäß den Anweisungen des Herstellers extrahiert. RNA (1 μg) aus jeder Probe wurde unter Verwendung des PrimeScript™ RT-Reagenzienkits mit gDNA Eraser (Takara, Japan) revers in cDNA transkribiert. Das Reaktionsgemisch der quantitativen Polymerasekettenreaktion (qPCR) (10 μl) bestand aus 5 μl SYBR (Takara, Japan), 0,4 μl Vorwärts- und 0,4 μl Rückwärtsprimer, 3,2 μl ddH2O und 1 μl Template-cDNA. Die qPCR-Reaktion wird auf dem Echtzeit-qPCR-Nachweissystem Bio-Rad CFX Connect (Bio-Rad, Hercules, CA, USA) durchgeführt. Die Schritte sind wie folgt: 5 Minuten Vordenaturierung bei 95 °C, anschließend 30 Sekunden Denaturierung bei 95 °C (40 Zyklen), 30 Sekunden Annealing bei 60 °C und 15 Sekunden Elongation bei 72 °C. Die Primersequenzen sind in Tabelle 1 mit Referenzgen (β-Actin) aufgeführt. Die Genexpressionsniveaus wurden mit der 2−ΔΔCT-Methode quantifiziert.

Den in früheren Studien13 beschriebenen Schritten folgend, wurde eine immunhistochemische Färbung durchgeführt, um die Proteinverteilung und -expression in der Leber zu beobachten. Kurz gesagt, die Schnitte wurden zweimal in Xylol entparaffiniert und in abgestuftem Ethanol rehydratisiert. Das Antigen wurde in Natriumcitratpuffer (pH 6,0) unter Verwendung eines Mikrowellenofens (MYA-2270M, Haier, Qingdao, China) 18 Minuten lang, d. h. 3 Minuten bei 700 W und fünfzehn Minuten bei 116 W, gewonnen und dann 2 Minuten lang abgekühlt –3 Stunden bei Raumtemperatur. Endogene Peroxidase wurde mit 3 % Wasserstoffperoxid (H2O2) inaktiviert und Gewebeschnitte wurden mit 5 % Rinderserumalbumin (BSA) (Boster, China) 30 Minuten lang bei 37 °C inkubiert, um unspezifische Bindungsstellen zu blockieren. Anschließend wurden die Schnitte mit Primärantikörpern von Kaninchen-Anti-JAK2 (1:100) (A11497, ABclonal Technology, Wuhan, China) und Kaninchen-Anti-p-JAK2 (1:100) (AP0531, ABclonal Technology, Wuhan, China) inkubiert ), Kaninchen-Anti-STAT-3 (1:100) (A1192, ABclonal Technology, Wuhan, China) und Kaninchen-Anti-p-STAT3 (1:100) (AP0474, ABclonal Technology, Wuhan, China). Anschließend wurde der mit Meerrettichperoxidase (HRP) konjugierte Sekundärantikörper (Proteintech, China) verwendet, um die Gewebeschnitte 30 Minuten lang bei 37 ° C zu inkubieren. Nach der Färbung mit Diaminobenzidin (DAB) (Proteintech, China) wurden die Schnitte mit Hämatoxylin gegengefärbt, gereinigt und dehydriert, bis sie transparent wurden, und schließlich mit neutralem Gummi und Deckgläsern versiegelt. Schließlich verwendeten wir ein Lichtmikroskop (BH-2, Olympus, Japan) mit einer Digitalkamera (DP72, Olympus, Japan), um die Schnitte zu untersuchen. Unter einem 10 × 40-Mikroskop wurde jeder immunhistochemische Abschnitt der Leber verwendet, um zufällig fünf positive Gesichtsfelder für die Bildaufnahme auszuwählen.

Image Pro Plus 6.0 wurde zur Berechnung der integralen optischen Dichte positiver Signale verwendet. Zur Analyse der Testdaten wurde GraphPad Prism 6.0 (Media Cybernetics, USA) verwendet. Die Messdaten wurden als Mittelwert ± Standardfehler des Mittelwerts (Mittelwert ± SEM) ausgedrückt. Die statistische Signifikanz zwischen den Gruppen wurde durch ungepaarte Student-t-Tests bestimmt. Ein Wert von p < 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen.

Die Rohdaten des 16S-rRNA-Gens und der metagenomischen Sequenzierung sind im NCBI Sequence Read Archive (SRA) unter BioProject PRJNA837471 verfügbar.

Der Code zur Berechnung des Volumens des Hühnerkörpers und des Bauchfetts in der Computertomographie (CT)-Abbildung ist unter https://github.com/lyangfan/chicken-body-composition-calcaulation verfügbar.

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Das National Key Research and Development Program of China (2017YFE0113700) unterstützte diese Arbeit. Wir danken Yangfan Liu aufrichtig für seine Hilfe bei der Datenverarbeitung der CT-Abbildung.

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Yan Chen, Muhammad Akhtar.

Schlüssellabor für landwirtschaftliche Tiergenetik, Zucht und Reproduktion des Bildungsministeriums, Huazhong Agricultural University, Wuhan, 430070, VR China

Yan Chen, Muhammad Akhtar, Ziyu Ma, Tingwei Hu, Qiyao Liu, Hong Pan, Xiaolong Zhang, Abdallah A. Nafady und Huazhen Liu

Abteilung für Anatomie und Histologie, Abteilung für Grundlagenwissenschaften, Hochschule für Veterinär- und Tierwissenschaften (CVAS) Jhang, Universität für Veterinär- und Tierwissenschaften (UVAS), Lahore, Pakistan

Abdur Rahman Ansari

Animal Production Research Institute (APRI), Agricultural Research Center (ARC), Landwirtschaftsministerium, Gizeh, Ägypten

El-Sayed M. Abdel-Kafy

Abteilung für präventive Veterinärmedizin, Hochschule für Tierwissenschaften und Veterinärmedizin, Huazhong Agricultural University, Wuhan, 430070, VR China

Deshi Shi

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Als erste Co-Autoren sind YC und MA zu gleichen Teilen beteiligt. YC, MA, ZYM, TWH, QYL, HP, XLZ, AAN, ARA, E.-SMA-K., DSS und HZL trugen alle zum Konzeptentwurf für dieses Projekt und den Experimenten im Manuskript bei. YC, MA, ZYM und TWH führten die Experimente und Datenanalysen durch und trugen zum Umgang mit Tieren, Proben und Datenerfassung bei. MA, DSS, XLZ, AAN, ARA, E.-SMA-.K. und HZL haben das Manuskript bearbeitet und kritisch überarbeitet. YC, MA, DSS und HZL haben das Manuskript geschrieben. DSS und HZL überwachten das Schreiben, Experimentieren, Analysieren, Überprüfen des Manuskripts, die Beschaffung von Fördermitteln und die Projektverwaltung. Alle Autoren haben die endgültige Fassung des Manuskripts gelesen und genehmigt.

Korrespondenz mit Deshi Shi oder Huazhen Liu.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Chen, Y., Akhtar, M., Ma, Z. et al. Die Mikrobiota des Hühnerdarms reduziert die Ablagerung von Bauchfett durch Regulierung des Fettstoffwechsels. npj Biofilms Microbiomes 9, 28 (2023). https://doi.org/10.1038/s41522-023-00390-8

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Eingegangen: 12. September 2022

Angenommen: 23. März 2023

Veröffentlicht: 30. Mai 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41522-023-00390-8

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