Diet creates metabolic niches in the 'immature gut' that shape microbial communities La dieta crea nichos metabólicos en el 'intestino inmaduro' que da forma a comunidades microbianas

Although diet composition has been implicated as a major factor in the etiology of various gastrointestinal diseases, conclusive evidence remains elusive. This is particularly true in diseases such as necrotizing enterocolitis where breast milk as opposed to commercial formula appears to confer a "protective effect" to the "immature gut." Yet the mechanism by which this occurs continues to remain speculative. In the present study we hypothesize that the basic chemical composition of diet fundamentally selects for specific intestinal microbiota which may help explain disparate disease outcome and therapeutic direction. Complimentary animal and human studies were conducted on young piglets (21 d.)(n = 8) (IACUC protocols 08070 and 08015) and premature infants (adjusted gestational age 34-36 weeks) (n = 11) (IRB Protocol 15895A). In each study, cecal or stool contents from two groups (Breast milk-fed (BF) vs. Formulafed (FF)) were analyzed by gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS) and comprehensive metabolic profiles generated and compared. Concurrently, bacterial community structure was assayed and respective representative microbiota of the groups determined by 16S rRNA gene amplicon pyrosequencing. Statistical modeling and analysis was done using SIMCA-P+ and R software. GC/MS metabolomics identified clear differences between BF and FF groups in the intestinal environment of piglets and humans. Sugars, amino-sugars, fatty acids, especially unsaturated fatty acids, and sterols were identified as being among the most important metabolites for distinguishing between BF and FF groups. Joint analysis of microbiota and metabolomics pinpointed specific sets of metabolites (p < 0.05) associated with the dominant bacterial taxa. The chemical composition of diet appears to have a significant role in defining the microbiota of the immature gut. Tandem analysis of intestinal microbial and metabolic profiles is potentially a powerful tool leading to better understanding of the role of diet in disease perhaps even leading to specific strategies to alter microbial behavior to improve clinical outcome.Aunque se ha implicado a la composición de la dieta como un factor principal en la etiología de varias enfermedades gastrointestinales, la evidencia concluyente sigue siendo esquiva. Esto es particularmente cierto en enfermedades como la enterocolitis necrosante en la que la leche materna, en contraposición de las fórmulas comerciales, parece conferir un "efecto protector" para el "intestino inmaduro" o el ecosistema intestinal juvenil del "intestino inmaduro", si bien el mecanismo por el que esto ocurre sigue siendo una especulación. La hipótesis de nuestro estudio es que la composición química básica de la dieta selecciona fundamentalmente microbióticos intestinales específicos que pueden explicar los resultados dispares de la enfermedad y tener implicaciones terapéuticas. Se realizaron estudios adicionales en animales y humanos en lechones (21 d.) (n = 8) (protocolos IACUC 08070 y 08015) y lactantes prematuros (edad gestacional ajustada de 34-36 semanas) (n = 11) (Protocolo IRB 15895A). En cada estudio, se analizaron los contenidos cecales y fecales de ambos grupos (alimentación materna (AM) y alimentación con fórmula (AF)) mediante cromatografía de gases/espectrometría de masas (CG/EM) y se generaron y compararon perfiles metabólicos completos. De forma concurrente, se probó la estructura de la comunidad bacteriana y se determinaron los representantes micriobióticos respectivos de los grupos mediante la pirosecuenciación del ARNr 16S del amplicón. Se realizó un modelo y análisis estadístico utilizando los programas informáticos SIMCA-P+ y R. La metabolómica de CG/EM identificó diferencias claras entre los grupos AM y AF en el ambiente intestinal de los lechones y los humanos. Se encontró que los azúcares, los amino-azúcares, los ácidos grasos, especialmente los insaturados, y los esteroles estaban entre los metabolitos más importantes para distinguir entre los grupos AM y AF. El análisis conjunto de la microbiótica y de la metabolómica resaltó conjuntos específicos de metabolitos (p < 0,05) asociados con los taxones bacterianos dominantes. La composición química de la dieta parece tener un papel significativo en la definición de los microbióticos del intestino inmaduro. El análisis en tándem de los perfiles microbianos y metabólicos es, potencialmente, una herramienta poderosa que permitirá mejorar el conocimiento del papel de la dieta en la enfermedad y quizás conduzca a estrategias específicas para alterar el comportamiento microbiano mejorando el pronóstico clínico.