Identification of Microbiota Profile Using Different Molecular Methods, and Investigation of Interactions Between Microbiota, Host Genetics and Host Metabolism

Abstract

Mikrobiyota profilinin, konakçı genetiği ve metabolizması ile olan etkileşimleri ile anlaşılması, konak fizyolojisini anlamak ve hedefe yönelik tedaviler oluşturmak için kritik öneme sahiptir. Birçok farklı türde bakteri ve mantar türünden oluşan bağırsak mikrobiyotası, besinlerin emilimi, bağışıklık fonksiyonu ve metabolik düzenleme için gereklidir. Bu çalışmada, model organizma Drosophila melanogaster'in bağırsağında yer alan mikrobiyal türler NGS, qPCR ve LAMP moleküler yöntemleri kullanılarak tanımlandı ve miktarları belirlendi. Özellikle A. pomorum ve L. brevis oldukça yaygındı ve konakçı lipit metabolizması ile negatif yönde anlamlı korelasyon gösterdi (sırasıyla p <0.001 ve p <0.01). Ayrıca bakteriyel mikrobiyotaya katkıda bulunan, öncelikle Ascomycota ve Basidiomycota filumlarından oluşan bir mantar mikrobiyotası keşfedildi. İlginç bir şekilde, M. restricta'nın varlığı, trigliserit seviyesi ile negatif bir korelasyon gösterdi (p=9.4e-05), bu da mantarların metabolizmadaki eşsiz rollerini vurgulamaktadır. GWAS, mikrobiyota kompozisyonunu ve metabolik profilleri etkileyen konakçı genetik varyantlarını keşfetmek için kullanıldı. Bağırsak bariyer bütünlüğü ve immün aracılı sinyalleme için gerekli olan pyd ve Myd88 gibi önemli genler ortaya çıkarıldı. Modern moleküler yöntemler ile genetik analizleri birleştiren araştırmamız, mikrobiyota kompozisyonunu ortaya koyan, metabolik sağlığı ve hastalık yönetimini iyileştirmeyi amaçlayan kişiselleştirilmiş tedavilerin geliştirilmesine katkıda bulunabilir. Ayrıca bu çalışmada LAMP, çok küçük Drosophila bağırsak örneklerinden elde edilen DNA'da bulunan mikrobiyal türlerin amplifikasyonunu yüksek hassasiyetle başarıyla gerçekleştirdi. Bu nedenle LAMP, zaman ve teknik gereksinimleri en aza indirerek mikrobiyota ile ilgili teşhisleri kolaylaştırabilir, çeşitli türler ve numune türleri genelinde mikrobiyota araştırmalarında geniş uygulanabilirliği ile tespit stratejilerini basitleştirebilir.

Understanding the microbiota profile, including its interactions with host genetics and metabolism, is critical for understanding host physiology and creating targeted therapeutics. The gut microbiota, which consists of many different kinds of bacterial and fungal species, is essential for nutrient absorption, immune function, and metabolic regulation. In this study, microbial species within the gut of the model organism Drosophila melanogaster were identified and quantified using NGS, qPCR, and LAMP molecular methods. Notably, A. pomorum and L. brevis were highly prevalent and significantly correlated with host lipid metabolism negatively (p <0.001 and p <0.01, respectively). Further contributing to the bacterial microbiota, a fungal microbiota composed primarily of Ascomycota and Basidiomycota phyla was discovered. Interestingly, the presence of the M. restricta demonstrated a negative correlation with triglyceride levels (p=9.4e-05), emphasizing the unique roles of fungi in metabolism. GWAS was employed to discover host genetic variants that influence microbiota composition and metabolic profiles. Important genes such as pyd and Myd88, which are required for intestinal barrier integrity and immune-mediated signaling, were revealed. Our research, which integrates modern molecular methods and genetic analyses, may contribute to the development of personalized therapies to reveal microbiota composition, and aimed improve metabolic health, disease management. Additionally, in this study, LAMP was successfully performed amplification of microbial species exist in the DNA obtained from very small Drosophila intestinal samples, with high sensitivity. Therefore, LAMP can facilitate microbiota-related diagnostics by minimizing time and technical requirements and simplifies detection strategies with wide applicability in microbiota research across various species and sample types.