Intake of slow-digesting carbohydrates is related to changes in the microbiome and its functional pathways in growing rats with obesity induced by diet

Introduction: The main cause of insulin resistance in childhood is obesity, which contributes to future comorbidities as in adults. Although high-calorie diets and lack of exercise contribute to metabolic disease development, food quality rather than the quantity of macronutrients is more important than food density. The purpose of the present study was to examine the effects of changing the quality of carbohydrates from rapidly to slowly digestible carbohydrates on the composition of the gut microbiota and the profiles of the functional pathways in growing rats with obesity due to a high-fat diet (HFD). Methods: During the course of 4 weeks, rats growing on an HFD-containing carbohydrates with different digestive rates were fed either HFD-containing carbohydrates with a rapid digestion rate (OBE group) or HFD-containing carbohydrates with a slow digestion rate (OBE-ISR group). A non-obese group (NOB) was included as a reference, and rats were fed on a rodent standard diet (AIN93G). An analysis of gut microbiota was conducted using 16S rRNA-based metagenomics; a linear mixed-effects model (LMM) was used to determine changes in abundance between baseline and 4 weeks of treatment, and functional pathways were identified. Gut microbiota composition at bacterial diversity and relative abundance, at phylum and genus levels, and functional profiles were analyzed by integrating the Integrated Microbial Genomes (IMG) database. Results: The groups showed comparable gut microbiota at baseline. At the end of the treatment, animals from the ISR group exhibited differences at the phylum levels by decreasing the diversity of Fisher’s index and Firmicutes (newly named as Bacillota), and increasing the Pielou’s evenness and Bacteroidetes (newly named as Bacteroidota); at the genus level by increasing Alistipes, Bifidobacterium, Bacteroides, Butyricimonas, Lachnoclostridium, Flavonifractor, Ruminiclostridium 5, and Faecalibaculum and decreasing Muribaculum, Blautia, and Ruminiclostridium 9. Remarkably, relative abundances of genera Tyzzerella and Angelakisella were higher in the OBE group compared to NOB and OBE-ISR groups. In addition, some microbiota carbohydrate metabolism pathways such as glycolysis, glucuronic acid degradation, pentose phosphate pathway, methanogenesis, and fatty acid biosynthesis exhibited increased activity in the OBE-ISR group after the treatment. Higher levels of acetate and propionate were found in the feces of the ISR group compared with the NOB and OBE groups. Conclusion: The results of this study demonstrate that replacing rapidly digestible carbohydrates with slowly digestible carbohydrates within an HFD improve the composition of the gut microbiota. Consequently, metabolic disturbances associated with obesity may be prevented.Abbott Laboratories S.A"Fundacion Ramon Areces", Madrid, Spai

CoQ deficiency causes disruption of mitochondrial sulfide oxidation, a new pathomechanism associated with this syndrome

Coenzyme Q (CoQ) is a key component of the mitochondrial respiratory chain, but it also has several other functions in the cellular metabolism. One of them is to function as an electron carrier in the reaction catalyzed by sulfide:quinone oxidoreductase (SQR), which catalyzes the first reaction in the hydrogen sulfide oxidation pathway. Therefore, SQR may be affected by CoQ deficiency. Using human skin fibroblasts and two mouse models with primary CoQ deficiency, we demonstrate that severe CoQ deficiency causes a reduction in SQR levels and activity, which leads to an alteration of mitochondrial sulfide metabolism. In cerebrum of Coq9R239X mice, the deficit in SQR induces an increase in thiosulfate sulfurtransferase and sulfite oxidase, as well as modifications in the levels of thiols. As a result, biosynthetic pathways of glutamate, serotonin, and catecholamines were altered in the cerebrum, and the blood pressure was reduced. Therefore, this study reveals the reduction in SQR activity as one of the pathomechanisms associated with CoQ deficiency syndrome.This work was supported by grants from Ministerio de Economía y Competitividad, Spain, and the ERDF (SAF2013-47761-R, SAF2014-55523-R, RD12/0042/0011 and SAF201565786-R), from the Consejería de Economía, Innovación, Ciencia y Empleo, Junta de Andalucía (P10-CTS-6133), from the NIH (P01HD080642) and from the foundation “todos somos raros, todos somos únicos”. MLS is a predoctoral fellow from the Consejería de Economía, Innovación, Ciencia y Empleo, Junta de Andalucía. LCL is supported by the “Ramón y Cajal” National Programme, Ministerio de Economía y Competitividad, Spain (RYC-2011-07643)

CoQ deficiency causes disruption of mitochondrial sulfide oxidation, a new pathomechanism associated with this syndrome

Coenzyme Q (CoQ) is a key component of the mitochondrial respiratory chain, but it also has several other functions in the cellular metabolism. One of them is to function as an electron carrier in the reaction catalyzed by sulfide:quinone oxidoreductase (SQR), which catalyzes the first reaction in the hydrogen sulfide oxidation pathway. Therefore, SQR may be affected by CoQ deficiency. Using human skin fibroblasts and two mouse models with primary CoQ deficiency, we demonstrate that severe CoQ deficiency causes a reduction in SQR levels and activity, which leads to an alteration of mitochondrial sulfide metabolism. In cerebrum of Coq9R239X mice, the deficit in SQR induces an increase in thiosulfate sulfurtransferase and sulfite oxidase, as well as modifications in the levels of thiols. As a result, biosynthetic pathways of glutamate, serotonin, and catecholamines were altered in the cerebrum, and the blood pressure was reduced. Therefore, this study reveals the reduction in SQR activity as one of the pathomechanisms associated with CoQ deficiency syndrome.Ministerio de Economía y CompetitividadERDF/SAF2013-47761-RERDF/SAF2014-55523-RERDF/RD12/0042/0011ERDF/SAF2015-65786-RJunta de AndalucíaNIH/P01HD08064

Desarrollo y Validación de Metodologías Analíticas Aplicadas a la Investigación Estratégica Nutricional en Ciencias de la Salud

La presente tesis doctoral se ha centrado en el desarrollo y validación de nuevas metodologías analíticas para la determinación de diversas moléculas, relacionadas con procesos bioquímicos específicos, en distintas matrices de carácter biológico. Los métodos se han sido validados siguiendo las recomendaciones de la Guía Internacional para la Industria, Validación de Métodos Bioanalíticos de la FDA, EE.UU. El desarrollo y la validación analítica, el diseño experimental en modelos animales y productos nutricionales, la manipulación de los animales o los procesos de toma de muestra, son aspectos fundamentales en el desarrollo de cualquier método de buenas características analíticas. En la presente Memoria de Tesis Doctoral se exponen y discuten cada uno de estos aspectos para los casos particulares de los métodos propuestos. Las biomoléculas evaluadas están relacionadas con estudios dirigidos al descubrimiento de nuevos ingredientes y/o tecnologías que podrían ser aplicables a nuevos productos de nutrición (para niños o adultos), o a los productos que ya existen en el mercado para mejorar y reforzar la salud general de la sociedad. Este trabajo se divide en varios capítulos, estando cada uno de ellos dirigido a las biomoléculas o analitos de interés que en cada momento han sido estudiados en función del proyecto científico en el que están involucrados. Estas biomoléculas son neurotransmisores, oligosacáridos de la leche humana (HMOs), leucina y su metabolito β-hidroximetilbutirato (HMB), y otros compuestos biológicos relacionados con procesos de oxidación. Se trata de compuestos de gran importancia en procesos esenciales de la bioquímica humana, relacionados con las fisiológicas. La técnica analítica utilizada para la determinación de los compuestos de interés ha sido principalmente la cromatografía de líquidos acoplada a espectrometría de masas en tándem triple cuadrupolo y de tiempo de vuelo.Tesis Univ. Granada. Departamento Química Analític

Desarrollo y Validación de Metodologías Analíticas Aplicadas a la Investigación Estratégica Nutricional en Ciencias de la Salud

La presente tesis doctoral se ha centrado en el desarrollo y validación de nuevas metodologías analíticas para la determinación de diversas moléculas, relacionadas con procesos bioquímicos específicos, en distintas matrices de carácter biológico. Los métodos se han sido validados siguiendo las recomendaciones de la Guía Internacional para la Industria, Validación de Métodos Bioanalíticos de la FDA, EE.UU. El desarrollo y la validación analítica, el diseño experimental en modelos animales y productos nutricionales, la manipulación de los animales o los procesos de toma de muestra, son aspectos fundamentales en el desarrollo de cualquier método de buenas características analíticas. En la presente Memoria de Tesis Doctoral se exponen y discuten cada uno de estos aspectos para los casos particulares de los métodos propuestos. Las biomoléculas evaluadas están relacionadas con estudios dirigidos al descubrimiento de nuevos ingredientes y/o tecnologías que podrían ser aplicables a nuevos productos de nutrición (para niños o adultos), o a los productos que ya existen en el mercado para mejorar y reforzar la salud general de la sociedad. Este trabajo se divide en varios capítulos, estando cada uno de ellos dirigido a las biomoléculas o analitos de interés que en cada momento han sido estudiados en función del proyecto científico en el que están involucrados. Estas biomoléculas son neurotransmisores, oligosacáridos de la leche humana (HMOs), leucina y su metabolito β-hidroximetilbutirato (HMB), y otros compuestos biológicos relacionados con procesos de oxidación. Se trata de compuestos de gran importancia en procesos esenciales de la bioquímica humana, relacionados con las fisiológicas. La técnica analítica utilizada para la determinación de los compuestos de interés ha sido principalmente la cromatografía de líquidos acoplada a espectrometría de masas en tándem triple cuadrupolo y de tiempo de vuelo.Tesis Univ. Granada. Departamento Química Analític