Projekte in den Förderprogrammen des BMEL, betreut durch den Projektträger BLE (PT BLE)
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| Titel: | Darm Metabotypen als Biomarker für Ernährung und Gesundheit (BioNUGUT) - Teilvorhaben 1 |
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| Titel (englisch): | Analysis of the microbiota dependent metabolom profile by mass spectrometry and impact of diets rich in secondary plant compounds |
| Akronym: | BioNUGUT |
| Beschreibung (dt.): | Dieses Projekt verfolgt das Ziel, nützliche Darmmikrobiota zu identifizieren, die auf eine gesunde Ernährungsweise hindeuten. Des Weiteren sollen spezifische bakterielle Metabolite im humanen Serum detektiert werden, die im Zusammenhang mit dem gesunden Mikrobiota-Typ stehen. Das Ziel ist, auf Metabolom-Ebene im Humanserum Biomarker zu finden, die indikativ für eine gesunde Ernährung sind. Der Arbeitsplan umfasst in seinen einzelnen Meilensteinen (I-V) folgende Punkte. M I beinhaltet die Analyse aller n=900 FoCus Blut- und Serumproben. Dabei soll sowohl ein gezielter als auch ein ungezielter Metabolomics-Ansatz genutzt werden. Im gezielten Ansatz werden die Urinproben und die mittels SIMPLEX-Ansatz extrahierten Serumproben per LCMS-QTof analysiert. Die Datenauswertung und -validierung erfolgt mit Hilfe verschiedener Algorithmen. Die Identifizierung der Komponenten erfolgt durch einen Datenbankabgleich. Der ungezielte Ansatz hat das Ziel Biomarker mittels statistischer Verfahren zu identifizieren. Die Daten werden auf wenige hoch- bzw. runterregulierte Merkmale reduziert. Die Analyse der Proben erfolgt in diesem Zusammenhang mittels FT-ICR-MS. Die daraus resultierenden Daten werden für multivariate statistische Ansätze wie die PCA- und PLS-Analysen genutzt. M II umfasst die Analyse der PopGen und TOMORROW Probanden sowie des FoCus-Recalls (je n=400). M III bezieht sich auf die Analyse der humanen Interventionsstudie (n=160). Die Analysen in M II und M III werden, wie für M I beschrieben, durchgeführt. M IV und M V beinhalten die Durchführung der oben benannten Bio-Assays. Anhand dieser in-vitro Assays sollen explizit mikrobielle Abbauprodukte pflanzlicher Sekundärstoffe identifiziert werden und im Anschluss in Permeabilitäts-Modellen deren Fähigkeit der Rückresorption beurteilt werden. |
| Beschreibung (engl.): | The aim of this project is to identify useful intestinal microbiotics that indicate a healthy diet. Furthermore, specific bacterial metabolites will be detected in human serum related to the healthy microbiota type. The goal is to find biomarkers at the metabolic level in the human serum, which are indicative of a healthy diet. The work plan includes the following milestones (I-V). M I contains the analysis of all n = 900 FoCus blood and serum samples. A targeted as well as a non-targeted metabolomics approach will be used. In the targeted approach, the urine samples and the serum samples extracted by means of the SIMPLEX approach are analyzed by LCMS-QTof. Data evaluation and validation is carried out using various algorithms. The components are identified by database matching. The non-targeted approach has the goal of identifying biomarkers by means of statistical methods. The data are reduced to a few high and / or down-regulated features. The samples are analyzed using FT-ICR-MS in this context. The resulting data are used for multivariate statistical approaches such as the PCA and PLS analyzes. M II comprises the analysis of PopGen and TOMORROW subjects as well as the FoCus recall (n = 400). M III refers to the analysis of the human intervention study (n = 160). The analyzes in M II and M III are carried out as described for M I. M IV and M V include carrying out the above-mentioned bioassays. These in vitro assays are intended to explicitly identify microbial degradation products of plant secondary metabolites and, subsequently, in permeability models, assess their ability to reabsorb. |
| Ergebnis (dt.): | Kurzfassung (Abschlussbericht): „Gut Metabotyps as Biomarkers for Nutrition and Health” BioNUGUT (2816ERA13E) Ziel des Projekts war es, Biomarker bzw. Muster in Metabolitenprofilen zu identifizieren, die mit einer gesunden Ernährung und einem gesunden Darmmikrobiom assoziiert sind. Insgesamt wurden vier verschiedene Kohorten bezüglich ihrer Metabolitenprofile untersucht. Sämtliche Proben wurden mit einem Multiomics-Ansatz aufgearbeitet und im Anschluss via ultrahochauflösender FT-ICR Massenspektrometrie analysiert. Die Metaboliten wurden über Datenbanken identifiziert und via Pathwayenrichmentanalysen anhand einer in-house Datenpipeline validiert. Parallel dazu wurden verschiedene in-vitro und ex-vivo Assays durchgeführt. Diese sollten Aufschluss geben, welche mikrobiellen Abbauprodukte pflanzlicher Sekundärstoffe in humanen Biofluiden wie Blut und Urin nachweisbar sein können. Dabei wurden in den in-vitro Ansätzen einzelne Bakterienstämme und in den ex-vivo Ansätzen Fäzesproben (von einzelnen Probanden sowie gepoolte Proben) hinsichtlich ihrer Metabolisierungsprofile für ausgewählte Flavonoide und Isoflavonoide untersucht. Sämtliche Ergebnisse und beobachtete Effekte der in-vitro und ex-vivo Versuche wurden in einer kontrollierten Humanstudie mit Nahrungsergänzungsmitteln validiert und abschließend mit den Daten der unterschiedlichen Kohorten verglichen. Dabei konnten Metaboliten identifiziert werden, 1. die ursächlich und somit spezifisch durch die Verstoffwechselung eines pflanzlichen Sekundärstoffs entstehen, 2. die durch Zugabe pflanzlicher Sekundärstoffe signifikant höher gegenüber der Kontrolle ohne pflanzliche Sekundärstoffe waren, 3. Metaboliten, die generell auf mikrobiellen Ursprung zurückgeführt werden. Zudem konnte anhand eines Fäzes-Modells, das mit sekundären Pflanzenstoffen inkubiert wurde, gezeigt werden, dass sich das Metabolisierungsprofil von adipösen Probanden deutlich von gesunden Probanden unterscheidet und wahrscheinlich auf ein dysbiotisches Mikrobiom bei Adipösen zurückzuführen ist. Die identifizierten Metabolitenprofile sollen als Marker für eine gesunde Ernährung bzw. Gesundheit dienen und die Aussagekraft, die durch einzelne Biomarker erreicht wird, erhöhen. |
| Ergebnis (engl.): | Abstract (Final Report): "Gut Metabotypes as Biomarkers for Nutrition and Health" BioNUGUT (2816ERA13E). The aim of the project was to identify biomarkers or patterns in metabolite profiles associated with a healthy diet and gut microbiome. A total of four different cohorts were studied with respect to their metabolite profiles. All samples were processed using a multi-omics approach and subsequently analyzed via ultra-high resolution FT-ICR mass spectrometry. Metabolites were identified via databases and validated via pathway enrichment analyses using an in-house data pipeline. In parallel, various in vitro and ex vivo assays were performed. These were designed to provide information on which microbial degradation products of secondary plant compounds are detectable in human biofluids such as blood and urine. In the in vitro experiments, individual bacterial strains and in the ex vivo experiments, fecal samples (from individual subjects as well as pooled samples) were investigated with respect to their metabolism profiles for selected flavonoids and isoflavonoids. All results and observed effects of the in vitro and ex vivo experiments were validated in a controlled human intervention study with dietary supplements and finally compared with the data of the different cohorts. Metabolites were identified that were 1. causally and thus specifically generated by the metabolism of secondary plant compounds, 2. significantly higher by addition of secondary plant compounds compared to the control without secondary plant compounds, 3. metabolites generally attributed to microbial origin. In addition, using a feces model incubated with secondary plant compounds, it was shown that the metabolic profile of obese subjects differed significantly from healthy subjects and was likely due to a dysbiotic microbiome in obese subjects. The identified metabolite profiles are expected to serve as markers of healthy diet and health status and increase the informative value achieved by individual biomarkers. |
| Laufzeit: | Beginn: 05.09.2017 / Ende: 30.11.2020 |
| Ausf. Einrichtung: | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel - Agrar- und Ernährungswissenschaftliche Fakultät - Institut für Humanernährung und Lebensmittelkunde, Kiel |
| Themenfelder: | Humanernährung, human nutrition |
| Förderprogramme: | EU-Forschung |
| Schlagworte: | Ernährung, nutrition, Diagnostik, diagnostics, Therapie, therapy, Gesundheitsförderung, health promotion, Humanstudie, human studies |
| Stichpunkte: | ERA-HDHL (Cofunded Call) |
| Förderkennzeichen: | 2816ERA13E |
| Dokument zum Download: | 2816ERA13E_Kurzfassung-(de/en)_BioNuGUT.pdf (46,1 KB) 2816ERA13E_Steckbrief_BioNUGUT.pdf (156,8 KB) 2816ERA13E_Abschlussbericht_BioNUGUT.pdf (560,8 KB) |
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