Multi-omics strategy to elucidate the gut microbiota activity

Abstract

La microbiota intestinal s’ha convertit en un factor clau en la patofisiologia de la síndrome metabòlic i les seves comorbiditats associades tals com la hipertensió. El tractament de la síndrome metabòlica és complicat en ser un conjunt de desordres, així doncs els polifenols, com l’hesperidina, poden tenir efectes beneficiosos, com per exemple, disminuint la pressió arterial. A més, alguns factors com la dieta o els antibiòtics poden pertorbar l’equilibri microbiota-hoste i desencadenar una sèrie d’esdeveniments perjudicials. Per a comprendre el paper de la microbiota en la síndrome metabòlica, les ciències metaòmiques s’han proposat com l’estratègia més acurada. La combinació de la metagenòmica, que dóna un perfil taxonòmic, i la metaproteòmica, que ajuda a entendre les funcions en l’hoste, és l’aproximació multi-òmica més adequada per a estudiar la microbiota intestinal. L’objectiu és avaluar el paper de la microbiota mitjançant una estratègia multi-òmica en una situació de síndrome metabòlica. La dieta de cafeteria es va proposar com un model adequat per a estudiar la disbiosi produïda per la dieta. Com a resultat, la composició de la microbiota s’altera i es modula la seva funció en l’hoste, evidenciant que la metaproteòmica hauria d’anar precedida per la metagenòmica per a caracteritzar l’activitat de la microbiota. A més, el transplantament de microbiota fecal es va considerar com una teràpia per a restaurar la disrupció de la microbiota intestinal causada per una dieta hipercalòrica i després d’un període curt d’antibiòtics. Addicionalment, l’administració crònica de l’hesperidina, un polifenol metabolitzat per la microbiota, altera la biodiversitat i les funcions sent responsable d’un descens en la pressió arterial, i regula la sensibilitat a la insulina i la dislipèmia causades per la dieta de cafeteria. Aquests resultats aclareixen la importància d’utilitzar una estratègia multi-òmica per a explicar l’activitat de la microbiota i emfatitzen el paper d'aquesta en el manteniment de la homeòstasis i el metabolisme energètic.

La microbiota intestinal se ha convertido en un factor clave en la patofisiologia del síndrome metabólico y sus comorbilidades tales como la hipertensión. El tratamiento del síndrome metabólico se complica al ser un conjunto de desórdenes, así que los polifenoles, como la hesperidina, pueden tener efectos beneficiosos, como por ejemplo, disminuyendo la presión arterial. Además, algunos factores como la dieta o los antibióticos pueden perturbar el equilibrio microbiota-huésped y desencadenar algunos eventos perjudiciales. Para comprender el papel de la microbiota en síndrome metabólico, las ciencias metaómicas se han propuesto como la estrategia más precisa. La combinación de metagenómica, que da un perfil taxonómico, y metaproteómica, que ayuda a entender las funciones en el huésped, es la aproximación más adecuada para a estudiar la microbiota intestinal. El objetivo es evaluar el papel de la microbiota mediante una estrategia multi-ómica en una situación de síndrome metabólico. La dieta de cafetería se propuso como un modelo adecuado para estudiar la disbiosis producida por la dieta. Como resultado, la composición de la microbiota se altera y se modula la función que desempeña en el huésped, evidenciando que la metaproteómica debería ir precedida por metagenómica para caracterizar la actividad de la microbiota. Además, el trasplante de microbiota fecal se consideró como una terapia para restaurar la disrupción de la microbiota intestinal causada por una dieta hipercalórica y después de un periodo corto de antibióticos. Adicionalmente, la administración crónica de hesperidina, un polifenol metabolizado por la microbiota, altera la biodiversidad y las funciones siendo responsable de un descenso en la presión arterial, y regula la sensibilidad a la insulina y la dislipemia causadas por la dieta de cafetería. Estos resultados dilucidaron la importancia de utilizar una estrategia multi-òmica para explicar la actividad de la microbiota y enfatizan el papel de ésta en el mantenimiento de la homeóstasis y el metabolismo energético.

Gut microbiota has become a key player in the pathophysiology of metabolic syndrome and its associated comorbidities, such as hypertension. Treatment of metabolic syndrome is complicated because it is a cluster of disorders; thus, polyphenols can exert beneficial effects to ameliorate metabolic syndrome, especially hesperidin, decreasing the increased levels of blood pressure. Moreover, some factors such as diet or antibiotics can disrupt the gut microbiota-host equilibrium and trigger a set of detrimental events. To fully comprehend the role of gut microbiota in metabolic syndrome, metaomic sciences have been proposed as the most accurate strategy. A multi-omics strategy combining metagenomics, which provides the taxonomic profile, and metaproteomics, which helps to understand the function in host, is the most adequate approach to study the role of the gut microbiota. In this regard, this thesis aims to evaluate the role of gut microbiota through a multi-omics strategy in a metabolic syndrome situation. We proposed a cafeteria diet as an accurate model for studying gut microbiota dysbiosis produced by diet. The gut microbiota composition was altered, and its function in the host was modulated; thus, metaproteomics should be preceded by metagenomics to better characterize gut microbiota activity. Moreover, the effectivity of fecal microbiota transplantation was corroborated after a short period of antibiotic depletion, making it an accurate therapy to restore gut microbiota disruption caused by a hypercaloric diet. Additionally, hesperidin, a polyphenol metabolized by gut microbiota, alters the biodiversity and the functions of the intestinal microbiota, which are responsible for the amelioration of blood pressure caused by cafeteria diet, and regulates insulin sensitivity and dyslipidemia after chronic administration. The results of this thesis elucidate the importance of using a multi-omics strategy to explain gut microbiota activity and confirm the significance of the gut microbiota in the maintenance of host homeostasis and energy metabolism.