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KR102225939B1 - Composition for preventing or treating immunometabolic diseases comprising Bacteroides vulgates - Google Patents

Composition for preventing or treating immunometabolic diseases comprising Bacteroides vulgates Download PDF

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KR102225939B1
KR102225939B1 KR1020180045772A KR20180045772A KR102225939B1 KR 102225939 B1 KR102225939 B1 KR 102225939B1 KR 1020180045772 A KR1020180045772 A KR 1020180045772A KR 20180045772 A KR20180045772 A KR 20180045772A KR 102225939 B1 KR102225939 B1 KR 102225939B1
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bvul
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snug40005
metabolic
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Abstract

본 발명의 신규한 균주 박테로이드 불가투스(Bacteroides vulgatus) SNUG40005 균주는 항비만 박테리아 Akkermansia muciniphila를 유지하는 데 필수적이며, 건강한 미생물 군집을 형성하고 유지함으로써 비만과 면역대사성 기능장애를 예방하는 공생 Bacteroides 종의 능력을 나타낸다. 또한, 박테로이드 불가투스(Bacteroides vulgatus) SNUG40005 균주는 IL-12 수용체 발현 및 IL-12 수용체를 발현하는 ILC세포를 감소시킬 수 있으며,조절성 T 세포 및 타입-2 선천성 림프성 세포 면역뿐만 아니라 장내 미생물의 구조 및 대사 산물 프로파일의 빠른 회복을 수반하므로, 비만을 포함한 대사성 질환의 예방,치료 또는 개선용 조성물로 활용될 수 있다.The novel strain of the present invention Bacteroides vulgatus SNUG40005 strain is essential for maintaining the anti-obesity bacterium Akkermansia muciniphila, and forms and maintains a healthy microbial community, thereby preventing obesity and immune metabolic dysfunction. Show ability. In addition, Bacteroides vulgatus SNUG40005 strain is capable of reducing IL-12 receptor expression and IL-12 receptor-expressing ILC cells, as well as regulatory T cells and type-2 congenital lymphoid cell immunity, as well as intestinal immunity. Since it entails rapid recovery of the microbial structure and metabolic product profile, it can be used as a composition for preventing, treating or improving metabolic diseases including obesity.

Description

신규한 Bacteroides vulgatus 균주 및 이를 유효 성분으로 하는 면역 및 대사성 질환 예방 또는 치료용 조성물{Composition for preventing or treating immunometabolic diseases comprising Bacteroides vulgates}A novel Bacteroides vulgatus strain and a composition for preventing or treating immune and metabolic diseases using the same as an active ingredient {Composition for preventing or treating immunometabolic diseases comprising Bacteroides vulgates}

본 발명은 대사성 질환 예방,치료 또는 개선효능을 가진 박테로이드 불가투스(Bacteroides vulgatus) SNUG40005 균주(기탁번호 KCTC 13276BP) 및 이의 용도에 대한 것이다. The present invention relates to the Bacteroides vulgatus (Bacteroides vulgatus) SNUG40005 strain (Accession No. KCTC 13276BP) having an effect of preventing, treating or improving metabolic diseases and uses thereof.

장세균총이상(Gut dysbiosis)은 면역 항상성을 방해하고 다양한 염증성 및 대사성 질환의 발달을 촉진한다. 비만 관련 미생물의 변화는 장 투과성 및 순환 내독소 수준의 증가로 이어져 낮은 등급의 전신성 염증을 유발한다. 그러나 미생물 군집 구성원이 서로 어떻게 상호 작용하는지 그리고 숙주 면역계와 상호작용하여 비만을 예방하거나 보호하는지는 아직 불분명하다. Gut dysbiosis interferes with immune homeostasis and promotes the development of various inflammatory and metabolic diseases. Changes in obesity-related microbes lead to an increase in intestinal permeability and circulating endotoxin levels, leading to a low degree of systemic inflammation. However, it is still unclear how members of the microbial community interact with each other and how they interact with the host immune system to prevent or protect obesity.

비만은 신진 대사와 면역 항상성뿐만 아니라 장 미생물 군락의 균형을 교란한다. 비만에서 변형 된 장 미생물은 신진 대사와 면역기능장애 사이의 중요한 연관성이 있는 것으로 보고되고 있다. 예를 들어, 인슐린 저항성은 'leaky gut'에서 흡수된 혈청 내 독소에 의해 유도되고 전신성 염증을 증가시킵니다. 특정 박테리아 분류(texa) (예, Akkermansia muciniphila)는 내독소혈증(endotoxemia)을 감소시키고 지방 조직에서 조절 T 세포의 축적을 촉진시킴으로써 상기 증상을 조절하는 것으로 밝혀졌다. 그러나 비만 및 체중 조절에서 적응(adaptive)면역 반응과 관련된 박테리아 분류군은 보고된 적이 없다. Obesity disturbs metabolism and immune homeostasis, as well as the balance of intestinal microbiota. It has been reported that the gut microbiota modified in obesity has an important link between metabolism and immune dysfunction. For example, insulin resistance is induced by toxins in the serum absorbed from the'leaky gut' and increases systemic inflammation. Certain bacterial classes (texa) (eg, Akkermansia muciniphila) have been shown to modulate these symptoms by reducing endotoxemia and promoting the accumulation of regulatory T cells in adipose tissue. However, no bacterial taxa have been reported associated with an adaptive immune response in obesity and weight control.

비만에 대해 불일치하는 쌍둥이 분석에서 본 발명자는 Bacteroides vulgatus(Bvul)를 감소된 임상 지표 및 변경된 비만의 면역 상관성과 관련있는 주요 공생종으로 확인했다. Bvul을 투여한 마우스는 식이 유발성 체중 증가, 포도당 불내성 및 지방 조직 염증을 감소시킴으로써 인간에게 나타나는 이점을 반복적으로 나타내고 있음을 확인하였다. 이러한 이점은 조절성 T 세포 및 타입-2 선천성 림프성 세포 면역뿐만 아니라 장내 미생물의 구조 및 대사 산물 프로파일의 극적인 회복을 수반한다. 사람에서 Bvul과 IL-21 사이의 관계에 따라, Bvul를 처리한 마우스는 장간막 림프절에서 IL-21 수용체 발현 및 IL-21 수용체 발현 ILC 세포의 감소를 나타냈다. 또한 Bvul은 항비만 박테리아 Akkermansia muciniphila를 유지하는 데 필수적이었다. 이러한 결과는 건강한 미생물 군집을 형성하고 유지함으로써 비만과 면역대사성 기능장애를 예방하는 공생 Bacteroides 종의 능력을 의미한다..In an inconsistent twin analysis for obesity, we identified Bacteroides vulgatus (Bvul) as a major symbiotic species associated with reduced clinical indicators and an altered immune correlation of obesity. It was confirmed that the mice administered Bvul repeatedly showed the benefits shown to humans by reducing diet-induced weight gain, glucose intolerance, and adipose tissue inflammation. These advantages entail dramatic restoration of the structure and metabolite profile of the gut microbiota, as well as regulatory T cell and type-2 innate lymphoid cell immunity. According to the relationship between Bvul and IL-21 in humans, mice treated with Bvul showed a decrease in IL-21 receptor expression and IL-21 receptor expressing ILC cells in mesenteric lymph nodes. In addition, Bvul was essential for maintaining the anti-obesity bacterium Akkermansia muciniphila. These results imply the ability of the symbiotic Bacteroides species to prevent obesity and immune metabolic dysfunction by forming and maintaining a healthy microbial community.

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Olga Castaner, et al., "The Gut Microbiome Profile in Obesity: A Systematic Review," International Journal of Endocrinology, Volume 2018 (2018. 3. 22.)Olga Castaner, et al., "The Gut Microbiome Profile in Obesity: A Systematic Review," International Journal of Endocrinology, Volume 2018 (March 22, 2018)

본 발명자는 본 발명의 Bacteroides vulgatus(Bvul)균주를 감소된 임상 지표 및 변경된 비만의 면역 상관성과 관련있는 주요 공생종으로 확인했다. Bvul을 투여한 마우스는 식이 유발성 체중 증가, 포도당 불내성 및 지방 조직 염증을 감소시킴으로써 인간에게 나타나는 이점을 반복적으로 나타냈다. 이러한 이점은 조절성 T 세포 및 타입-2 선천성 림프성 세포 면역뿐만 아니라 장내 미생물의 구조 및 대사 산물 프로파일의 극적인 회복을 수반하였다. 사람에서 Bvul과 IL-21 사이의 관계에 따라, Bvul를 처리한 마우스는 장간막 림프절에서 IL-21 수용체 발현 및 IL-21 수용체 발현 ILC 세포의 감소를 나타냈다. 또한 Bvul은 항비만 박테리아 Akkermansia muciniphila를 유지하는 데 필수적이었다. 이러한 결과를 통해 건강한 미생물 군집을 형성하고 유지함으로써 비만과 면역대사성 기능장애를 예방하는 공생 Bacteroides 종의 능력을 확인하였고, 본 발명을 완성하였다.The present inventors identified the strain Bacteroides vulgatus (Bvul) of the present invention as a major symbiotic species associated with a reduced clinical indicator and an immune correlation of altered obesity. Mice administered Bvul have repeatedly demonstrated the benefits seen in humans by reducing diet-induced weight gain, glucose intolerance, and adipose tissue inflammation. This advantage was accompanied by a dramatic restoration of the structure and metabolite profile of the gut microbiota, as well as regulatory T cell and type-2 innate lymphoid cell immunity. According to the relationship between Bvul and IL-21 in humans, mice treated with Bvul showed a decrease in IL-21 receptor expression and IL-21 receptor expressing ILC cells in mesenteric lymph nodes. In addition, Bvul was essential for maintaining the anti-obesity bacterium Akkermansia muciniphila. Through these results, the ability of the symbiotic Bacteroides species to prevent obesity and immune metabolic dysfunction by forming and maintaining a healthy microbial community was confirmed, and the present invention was completed.

Bacteroides spp은 포유류 장내에서의 조기 군집 박테리아(early colonizing bacteria)이고, 숙주의 면역계와 대사 활동을 형성하고 조절하는 것으로 알려져 있다. B.fragilis의 피막 다당체는 조절 T 세포를 조절하고 염증성 장질환, 자가 면역 질환 및 CNS 탈수초성 질환을 포함하는 염증성 질환을 예방한다. Bacteroides 종은 또한 대사산물 생산을 통해 숙주 생리를 조절한다. 예를 들어, B. thetaiotaomicron의 게놈분석 결과는 다양한 식이 영양분을 이용하고, 숙주가 재사용 할 수 있는 박테리아 대사산물을 생산할 수 있는 host niche 및 신진 대사 가능성을 나타낸다. Bacteroides spp.의 효과 또한 비만의 발병기전 중 미생물 장내 불균형의 복원을 포함한다. 그러나, 장내 공생체로서 Bvul에 의해 유도된 면역학적 및 대사적 변화는, 특히 비만과 관련하여 아직 보고된 바 없다.Bacteroides spp is an early colonizing bacteria in the mammalian gut and is known to form and regulate the host's immune system and metabolic activity. The capsular polysaccharide of B. fragilis regulates regulatory T cells and prevents inflammatory diseases including inflammatory bowel disease, autoimmune disease and CNS demyelinating disease. Bacteroides species also regulate host physiology through metabolite production. For example, the results of genomic analysis of B. thetaiotaomicron indicate host niche and metabolic potential to produce bacterial metabolites that use a variety of dietary nutrients and can be reused by the host. The effects of Bacteroides spp. also include the restoration of microbial intestinal imbalances during the pathogenesis of obesity. However, immunological and metabolic changes induced by Bvul as an intestinal symbiont have not yet been reported, particularly with respect to obesity.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 박테로이드 불가투스(Bacteroides vulgatus) SNUG40005 균주를 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention provides a Bacteroides vulgatus (Bacteroides vulgatus) SNUG40005 strain.

또한, 상기 균주는 식이-유발성 체중 증가, 포도당 불내성 또는 지방 조직 염증을 감소시킬 수 있다..In addition, the strain can reduce diet-induced weight gain, glucose intolerance or adipose tissue inflammation.

상기 균주는 IL-12 수용체 발현 및 IL-12 수용체를 발현하는 ILC세포를 감소시킬 수 있다. The strain can reduce IL-12 receptor expression and IL-12 receptor-expressing ILC cells.

또한, 상기 균주는 항-비만 박테리아 아커멘시아 뮤시니필리아(Akkermansia muciniphila) 균주를 유지시킬 수 있다.In addition, the strain can maintain the anti-obesity bacteria Akkermansia muciniphila (Akkermansia muciniphila) strain.

본 발명은 박테로이드 불가투스(Bacteroides vulgatus) SNUG40005 균주를 유효성분으로 하는 대사성 질환 치료 또는 예방용 약학적 조성물을 제공한다.The present invention provides a pharmaceutical composition for the treatment or prevention of metabolic diseases using Bacteroides vulgatus SNUG40005 strain as an active ingredient.

상기 대사성 질환은 비만, 당뇨병, 고지혈증, 고콜레스테롤증, 동맥경화증, 지방간 또는 심혈관질환중 어느 하나일 수 있다.The metabolic disease may be any one of obesity, diabetes, hyperlipidemia, hypercholesterolosis, arteriosclerosis, fatty liver or cardiovascular disease.

본 발명은 박테로이드 불가투스(Bacteroides vulgatus) SNUG40005 균주를 유효성분으로 하는 대사성 질환 개선용 건강기능성 식품을 제공한다. The present invention provides a health functional food for improving metabolic diseases using Bacteroides vulgatus SNUG40005 strain as an active ingredient.

상기 대사성 질환은 비만, 당뇨병, 고지혈증, 고콜레스테롤증, 동맥경화증, 지방간 또는 심혈관질환일 수 있다.The metabolic disease may be obesity, diabetes, hyperlipidemia, hypercholesterolosis, arteriosclerosis, fatty liver or cardiovascular disease.

본 발명의 신규한 균주 박테로이드 불가투스(Bacteroides vulgatus) SNUG40005 균주는 항비만 박테리아 Akkermansia muciniphila를 유지하는 데 필수적이며, 건강한 미생물 군집을 형성하고 유지함으로써 비만과 면역대사성 기능장애를 예방하는 공생 Bacteroides 종의 능력을 나타낸다. 또한, 박테로이드 불가투스(Bacteroides vulgatus) SNUG40005 균주는 IL-12 수용체 발현 및 IL-12 수용체를 발현하는 ILC세포를 감소시킬 수 있으며,조절성 T 세포 및 타입-2 선천성 림프성 세포 면역뿐만 아니라 장내 미생물의 구조 및 대사 산물 프로파일의 빠른 회복을 수반하므로, 비만을 포함한 대사성 질환의 예방,치료 또는 개선용 조성물로 활용될 수 있다.The novel strain of the present invention Bacteroides vulgatus SNUG40005 strain is essential for maintaining the anti-obesity bacterium Akkermansia muciniphila, and forms and maintains a healthy microbial community, thereby preventing obesity and immune metabolic dysfunction. Show ability. In addition, Bacteroides vulgatus SNUG40005 strain is capable of reducing IL-12 receptor expression and IL-12 receptor-expressing ILC cells, as well as regulatory T cells and type-2 congenital lymphoid cell immunity, as well as intestinal immunity. Since it entails rapid recovery of the microbial structure and metabolic product profile, it can be used as a composition for preventing, treating or improving metabolic diseases including obesity.

도1은 불일치 MZ 쌍둥이에서 비만상태 및 면역 프로파일와 Bvul abundance와의 상관관계를 실험한 결과이다. (a)는 본 연구의 실험 개요이며, (b) (c)는 허리둘레가 불일치하는 쌍둥이에서 주요 속(genera)의 존재량의 차이값과 혈청내 IL-12 수준에 대한 결과이다. (d)(e)는 Bvul의 유의미한 변화는 허리 둘레와 혈청 IL-21 수준을 설명하는 선형 모델 (MaAsLin)과의 다 변수 연관성에 의해 분석된 Bvul의 유의미한 변화값에 대한 것이다. Waist_low와 Waist_high는 불일치 쌍둥이의 허리 둘레의 차이가 각각 4 cm 미만과 및 4 cm 이상을 의미한다. IL-21의 경우 P는 0.28 pg / ml 이상, N은 혈청에서 0.28 pg / ml 미만인 것을 의미한다.
도2에서 (a)는 한국인 불일치 쌍둥이에서 혈청 사이토카인의 수준과 장내 박테리아 문(phyla) 사이의 상관관계에 대한 계층적 클러스터링 결과이다. 히트맵(heatmap)은 상관 계수를 기반으로 작성되었다. 트리는 Euclidean 방법을 사용하여 도시화하였으며, 사이토 카인 프로파일을 위한 두개의 가지(arms)로 분리된다. (b)(c)는 장내 미생물의 잠재적인 기능적 트레잇(trait)가 PICRUSt를 통해 분석된 결과이다.
도3는 HFD-유도 비만 마우스에서 비만 상태 및 포도당 내성을 감소시키는 Bvul SNUG 40005 균주에 대한 실험결과이다. (a)마우스의 표현형에 대한 도면이다. (b) 그룹별 체중 측정값에 대한 도면이다. (c)그룹별 단식 혈중 포도당 레벨 측정값에 대한 도면 (d) IPGTT 결과값에 대한 도면이다. (e)16주 동안 Bvul로 처리된 C57Bl6 암컷 마우스의 IPGTT AUC값에 대한 도면이다. (f) 그룹별 생식선 지방 조직 중량에 대한 결과값에 대한 도면이다. (g) 그룹별 지방세포의 크기를 측정한 결과에 대한 도면이다. (h) Bvul로 처리후 18주 동안 생식선 조직에서 저등급 염증에 대한 유전자발현 변화를 측정한 결과이다. 상기 측정값은 평균 ± SD 로 표시되고, 서로 다른 위첨자를 가진 측정값은 post hoc ANOVA one-way statistical analysis에 따라 상당히 상이한 것으로 나타난다. .*P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001, and ****P<0.0001. ND: 대조군 식이 마우스 (10% fat, n=10). ND/B: 매일 Bvul이 투입된 대조군 식이 마우스(n=9). HFD: HFD 마우스 (60% fat, n=10). HFD/B: 매일 Bvul이 투입된 HFD 마우스 (n=9).
도4는 (a) 마우스 및 인간 분변샘플로부터 분리된 박테로이드 균주의 염증조절효과 (분화된 THP-1 마크로파지에서의 IL-10/THF-a ratio) 에 대한 도면이다. IL-10/THF-a ratio는 Bacteroides spp., P. goldsteinii, 및 Akkermansia muciniphila의 10개의 서로 다른 균주로 처리한 후 계산되었다. (b) Bacteroides vulgatus SNUG 40005.에 대한 주사현미경 도면이다
도5은 비만에서 고갈된 A. muciniphila를 회복시키고, 장내 미생물 및 대사산물을 조절하는 Bvul SNUG 40005 에 대한 것으로 (a)는 비가중 UniFrac metrics를 사용한 PCoA 에 대한 결과값이고 (b)는 맹장에서 서로 다른 식이 그룹에 근거한 25개 주요 분류 (texa)의 히트맵 결과이다. (c) 박테리아 존재량에 의한 HFD 및 Bvul 처리의 분류 결과이다. 각 그룹간 상위 15의 박테리아에 대한 것이다. (d) 80 맹장 대사산물의 정량값에 근거한 sPLS-DA plot에 대한 것이다. (f) Bray-Curtis dissimilarity와 주요 맹장 대사산물을 갖는 상위 10 박테리아에 근거한 PCoA 결과이다. 화살표는 강력한 유의미한 상관관계를 의미하며, 포인트 속수준에서 맹장 미생물을 의미하고, 색구배는 마우스의 체중을 표시한다.
도6에서 (a)비가중 UniFrac metrics를 사용한 PCoA 결과이며, (b) 투여시간(분변 마이크로비움)에 근거한 미생물 군집의 존재량 분석결과이다(Pre: 1 week before Bvul administration; Day 0: administration start point after 1 week of antibiotic treatment; Day 5, Wk 9, Wk 18: after 5 days, 9 weeks, and 18 weeks of Bvul administration). (c) 대표적인 미생물 분류(texa)의 이동값에 대한 결과이다. (d)는 미생물 존재량에 의한 HFD 투여 및 Bvul 처리의 분류결과이다.(e)는 PICRUSt.를 사용한 KEGG pathway 분석에 의한 HFD 투여 및 Bvul 처리의 기능적 분류결과이다. (f)는 각 그룹에서 cholate에 대한 존재량 측정결과이고, (g)는 각 그룹에서 N-acetylglucosamine 대사산물에 대한 존재량 측정결과이다.( ND: mice on a control diet (10% fat, n=10). NDB: mice on a control diet administered Bvul daily (n=9). HFD: mice on a HFD (60% fat, n=10). HFDB: mice on a HFD administered Bvul daily (n=9).)
도7는 HFD-유도 비만에서 Treg 및 IL-21-비의존적 ILC2 반응을 유도하는 Bvul SNUG 40005에 대한 것으로 MLN에서 (a) l121 및 l121r 및 (b) Foxp3 및 l110의 발현결과에 대한 것이고, MLN 에서 (c,d) CD4 + Foxp3 + Treg 세포, (e, f) 전체 ST2 + ILC 세포 (g) IL-21 + ILC 세포, IL-21 + ST2 (-) ILC 세포 및 IL MLN에서 -21 + ST2 (+) ILC 셀의 Flow cytometric 분석결과이고,(h) CD11c + CD206 + M2 극성 대 식세포 및 (i) 생식 지방 조직에서의 M2 / M1 대식세포 비율에 대한 것이다(.*P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001, and ****P<0.0001. ND: mice on a control diet (10% fat, n=10). NDB: mice on a control diet administered Bvul daily (n=9). HFD: mice on a HFD (60% fat, n=10). HFDB: mice on a HFD administered Bvul daily (n=9). HFD_Akk: mice on a HFD administered Akk daily for 15 weeks (n=10)).
1 is a result of an experiment of correlation between obesity status and immune profile and Bvul abundance in mismatched MZ twins. (a) is the outline of the experiment in this study, and (b) (c) is the difference in the abundance of major genera and the result of the serum IL-12 level in twins with mismatched waist circumference. (d)(e) The significant changes in Bvul are for the significant changes in Bvul analyzed by multivariate association with a linear model (MaAsLin) that explains the waist circumference and serum IL-21 levels. Waist_low and Waist_high mean that the difference between the waist circumference of discordant twins is less than 4 cm and more than 4 cm, respectively. For IL-21, P means more than 0.28 pg/ml and N means less than 0.28 pg/ml in serum.
In FIG. 2 (a) is a hierarchical clustering result of the correlation between serum cytokine levels and intestinal bacterial phyla in Korean discordant twins. The heatmap was created based on the correlation coefficient. The tree was plotted using the Euclidean method and separated into two arms for cytokine profiles. (b)(c) shows the results of analysis of potential functional traits of intestinal microbes through PICRUSt.
3 is an experimental result of Bvul SNUG 40005 strain reducing obesity status and glucose tolerance in HFD-induced obese mice. (a) It is a diagram of the mouse phenotype. (b) It is a diagram of the weight measurement value for each group. (c) A diagram of the measured values of fasting blood glucose levels for each group. (d) A diagram of the IPGTT results. (e) A diagram of the IPGTT AUC values of C57Bl6 female mice treated with Bvul for 16 weeks. (f) It is a diagram of the result value for the weight of gonadal adipose tissue by group. (g) It is a diagram of the result of measuring the size of adipocytes by group. (h) It is the result of measuring the gene expression change for low-grade inflammation in the gonadal tissue for 18 weeks after treatment with Bvul. The measurements are expressed as mean±SD, and measurements with different superscripts appear to be quite different according to the post hoc ANOVA one-way statistical analysis. .* P <0.05, ** P <0.01, *** P <0.001, and **** P <0.0001. ND: control diet mice (10% fat, n=10). ND/B: Control diet mice injected with Bvul every day (n=9). HFD: HFD mice (60% fat, n=10). HFD/B: HFD mice injected with Bvul every day (n=9).
Figure 4 (a) It is a diagram for the inflammation control effect (IL-10/THF-a ratio in the differentiated THP-1 macrophage) of the bacterial strains isolated from mouse and human fecal samples. The IL-10/THF-a ratio was calculated after treatment with 10 different strains of Bacteroides spp., P. goldsteinii , and Akkermansia muciniphila. (b) This is a scanning microscope drawing of Bacteroides vulgatus SNUG 40005.
Figure 5 is for Bvul SNUG 40005 that recovers A. muciniphila depleted from obesity and regulates intestinal microorganisms and metabolites, (a) is unweighted Results for PCoA using UniFrac metrics and (b) are heat map results of 25 major categories (texa) based on different dietary groups in the cecum. (c) The classification result of HFD and Bvul treatment by the amount of bacteria present. This is for the top 15 bacteria in each group. (d) It is about sPLS-DA plot based on the quantitative value of 80 cecal metabolites. (f) PCoA results based on the top 10 bacteria with Bray-Curtis dissimilarity and major cecal metabolites. The arrow indicates a strong significant correlation, the cecal microbe at the level of the point, and the color gradient indicates the weight of the mouse.
In Figure 6, (a) is the result of PCoA using unweighted UniFrac metrics, and (b) is the result of analysis of the abundance of microbial community based on administration time (fecal microempty) (Pre: 1 week before Bvul administration; Day 0: administration start point after 1 week of antibiotic treatment; Day 5, Wk 9, Wk 18: after 5 days, 9 weeks, and 18 weeks of Bvul administration). (c) It is the result of the shift value of the representative microbial classification (texa). (d) is the classification result of HFD administration and Bvul treatment by the amount of microorganism present. (e) is the functional classification result of HFD administration and Bvul treatment by KEGG pathway analysis using PICRUSt. (f) is the measurement result of cholate in each group, and (g) is the measurement result of the abundance of N-acetylglucosamine metabolite in each group. (ND: mice on a control diet (10% fat, n) =10).NDB: mice on a control diet administered Bvul daily (n=9).HFD: mice on a HFD (60% fat, n=10).HFDB: mice on a HFD administered Bvul daily (n=9) .)
7 is for Bvul SNUG 40005, which induces Treg and IL-21-independent ILC2 responses in HFD-induced obesity. In MLN, (a) 1121 and 1121r and (b) Foxp3 and 1110 expression results, MLN In (c,d) CD4 + Foxp3 + Treg cells, (e, f) whole ST2 + ILC cells (g) IL-21 + ILC cells, IL-21 + ST2 (-) ILC cells and -21 + in IL MLN ST2 (+) flow cytometric analysis of ILC cells, (h) CD11c + CD206 + M2 polar macrophages and (i) M2 / M1 macrophage ratio in reproductive adipose tissue ( .* P <0.05, * * P <0.01, *** P <0.001, and **** P <0.0001.ND: mice on a control diet (10% fat, n=10).NDB: mice on a control diet administered Bvul daily (n =9).HFD: mice on a HFD (60% fat, n=10).HFDB: mice on a HFD administered Bvul daily (n=9).HFD_Akk: mice on a HFD administered Akk daily for 15 weeks (n= 10)).

인간의 대사 및 면역 프로필과 관련된 핵심 박테리아를 조사하기 위해, 16s rRNA 유전자 프로파일링과 30 쌍둥이의 분변과 혈액 샘플에 대한 멀티플렉스 사이토카인 분석을 이용하여 장내 미생물 조성물(composition)과 혈청 사이토카인 프로파일 (Th1, Th2, Th17, Treg 및 염증과 관련된 20개의 사이토카인)과의 상관관계를 조사하였다(도 1a 참조).To investigate key bacteria involved in human metabolic and immune profiles, intestinal microbial composition and serum cytokine profiles (16s rRNA gene profiling and multiplex cytokine analysis on fecal and blood samples of 30 twins) were used. The correlation with Th1, Th2, Th17, Tregs and 20 cytokines related to inflammation) was investigated (see Fig. 1A).

계층적 클러스터 분석 결과 Bacteroides와 Oscillospira를 포함한 특정 미생물 분류군은 IL-17A, IL-21, CCL20, IL-27 및 TNF-α와 같은 Th17 관련 염증성 사이토 카인의 수준과 음의 상관 관계가 있음이 밝혀졌다. 체질량지수(BMI)를 비만의 양적 척도로 사용하여 분석한 결과, 비만에 대해 불일치하는 쌍둥이에서 구분되는 장내 미생물 조성물이 발견되었다. 그러나 혈청 사이토카인 프로파일은 BMI가 일치하지 않는 쌍둥이 샘플간에 유의미한 차이가 없었다 (도 2a). 본 발명자는 비만의 지표로서 허리 둘레의 유의미한 차이가 있는 MZ 쌍둥이에 대해 조사했다. 이 변수는 장내 미생물 분류(gut microbial texa)와 비만 및 염증과 관련된 바이오마커와의 상관관계를 더 잘 포착했기 때문이다. Bacteroides spp., Faecalibacterium sp. 및 Bifidobacterium spp의 존재량(abundance)은 쌍둥이에서 허리 둘레가 더 큰(4 cm 이상) 쌍둥이가 다른 쌍둥이보다 낮았다 (도 1b 참조). Hierarchical cluster analysis revealed that certain microbial taxa, including Bacteroides and Oscillospira, negatively correlated with the levels of Th17-related inflammatory cytokines such as IL-17A, IL-21, CCL20, IL-27 and TNF-α. . As a result of analyzing using the body mass index (BMI) as a quantitative measure of obesity, a distinct intestinal microbial composition was found in twins who were inconsistent with obesity. However, there was no significant difference in the serum cytokine profile between the twin samples with inconsistent BMI (FIG. 2A ). The inventors investigated MZ twins with significant differences in waist circumference as an indicator of obesity. This variable is due to better capturing the correlation between the gut microbial texa and biomarkers associated with obesity and inflammation. Bacteroides spp., Faecalibacterium sp. And Bifidobacterium spp were lower in twins with a larger waist circumference (4 cm or more) than in other twins (see FIG. 1B).

혈청 사이토카인 프로파일 및 비만관련변수와 관련된 일반적인 분류군(texa)은 Bacteroides spp.였으며, IL-21의 낮은 혈청 수준과 관련이 있다(도 1c). 개별 임상 변수 및 혈청 사이토카인 수준이 불일치하는 쌍둥이 사이에 유의하게 다른 존재량을 보인 Bacteroides 속의 표적종은 선형 모델 (쌍둥이의 무작위 변수뿐만 아니라 연령 및 성별에 따라 조정됨, MaAsLin)과의 다변수연관성에 의해 재분석되었다. Bacteroides vulgatus (Bvul)를 대표하는 OUT(operational taxonomic unit)는 비만 및 혈청 면역 프로필과 유의미한 관련이 있었다 (도 1d 및 1e). 대변샘플의 기능적 미생물 분석(functional microbiome analysis)을 실시한 결과, 지방산과 아미노산 대사 경로, 특히 분지 사슬 아미노산 (BCAA) 분해 경로가 고 허리 둘레와 저 허리 둘레 그룹간에 유의미한 차이를 보였다. 또한 방향족 아미노산과 지질 대사 경로는 IL-21의 높은 수준 (P)과 낮은 수준 (N)의 그룹간에 차이가 있었다 (도2b 및 도2c).The general taxa associated with the serum cytokine profile and obesity-related variables was Bacteroides spp., which is associated with low serum levels of IL-21 (Fig. 1c). Target species of the genus Bacteroides, which showed significantly different abundances between twins with inconsistent individual clinical variables and serum cytokine levels, were multivariately correlated with a linear model (adjusted according to age and sex, as well as random variables of twins, MaAsLin). Reanalyzed by OUT (operational taxonomic unit) representing Bacteroides vulgatus (Bvul) was significantly associated with obesity and serum immunity profiles (FIGS. 1D and 1E ). Functional microbiome analysis of stool samples showed significant differences between the high and low waist groups in fatty acid and amino acid metabolism pathways, especially branched chain amino acid (BCAA) degradation pathways. In addition, aromatic amino acids and lipid metabolism pathways differed between the high level (P) and low level (N) groups of IL-21 (FIGS. 2B and 2C ).

면역 및 인간으로부터 얻은 장내 미생물 프로파일은 Bvul과 IL-21에 의한 면역반응이 비만에 대해 공통적인 상호작용 요소임을 나타낸다. 이 가설을 더 연구하기 위해 본 발명자는 고지방식 (HFD, 60 % 지방)과 대조 저지방식이 (10 % 지방)를 섭취한 C57BL/6J 암컷 마우스에서 Bvul 투여 효과를 조사했다. 숙주 생리학에 대한 장내 미생물의 영향이 박테리아 균주에 따라 다르다는 것을 감안하여, 본 발명자는 처음에는 관련없는 건강한 성인 한국인에게서 Bvul의 여러 균주를 분리했다. Bvul은 마우스 내장에서 매우 풍부한 공생물이기 때문에 마우스 배설물에서도 균주가 분리된다. 서로 다른 지방 함량 (10 %, 45 %, 60 %)의 3 가지 유형의 사료를 급여한 쥐들의 그룹은 Bvul 종을 분리하여 대사 잠재력에 대한 식이의 영향을 결정하는데 사용되었다. Bvul type ATCC 8482를 포함하여 인간 및 마우스로부터 분리된 총 182 종의 Bacteroides 균주를 인비트로 면역 조절 활성에 대해 스크리닝 하였다. 마커로, 비만은 대사성 염증을 일으키는 것으로 잘 알려져 있으므로, THP-1 세포 유래 대식세포의 전염증성(pro-inflammatory) 및 항염증성(anti-inflammatory) 사이토카인 생성이 측정되었다. Bvul SNUG 40005 (이하 Bvul이라 칭함)는 높은 수준의 IL-10 / TNF-α비율을 유도하는 면역원성에 근거하여 선택되었다 (도3). 이 균주를 18 주 동안 매일 시험 마우스에 투여하기 위해 선택 하였다 (109 cfu / 마우스).Immunity and intestinal microbial profiles obtained from humans indicate that immune responses by Bvul and IL-21 are a common interacting factor for obesity. To further study this hypothesis, the present inventors investigated the effect of Bvul administration in C57BL/6J female mice fed a high fat diet (HFD, 60% fat) and a control low fat diet (10% fat). Given that the effect of intestinal microflora on host physiology varies with bacterial strains, the present inventors initially isolated several strains of Bvul from unrelated healthy adult Koreans. Because Bvul is a very abundant symbiotic in mouse gut, the strain is also isolated from mouse feces. Groups of mice fed three types of diets with different fat content (10%, 45%, 60%) were used to isolate Bvul species and determine the effect of diet on metabolic potential. A total of 182 Bacteroides strains isolated from humans and mice, including Bvul type ATCC 8482, were screened for immunomodulatory activity in vitro. As a marker, since obesity is well known to cause metabolic inflammation, pro-inflammatory and anti-inflammatory cytokine production of THP-1 cell-derived macrophages was measured. Bvul SNUG 40005 (hereinafter referred to as Bvul) was selected based on the immunogenicity that induces a high level of IL-10 / TNF-α ratio (Fig. 3). This strain was selected for administration to test mice daily for 18 weeks (10 9 cfu/mouse).

gnotobiotic 생쥐를 사용한 종래의 군집 연구는 장내에서 공유된 niche로 인하여 Bacteroides spp의 동일한 종이 이미 군집화된 균주를 대체할 수 없다고 보고되었다. 본 발명자는 먼저 항균제 (암피실린 (A), 반코마이신 (V), 네오마이신 (N), 메트로니다졸 (M), 스트렙토마이신, 페니실린, 카나마이신, 및 AVNM의 혼합물)로 1 주간 투여 하였다. 결과를 바탕으로 우리는 기존 Bvul 균주를 감소시키기 위해 암피실린으로 1주일간 마우스를 전처리하였고, 마우스 장내에서 인간에서 분리된 Bvul의 군집화를 촉진하였다.Conventional cluster studies using gnotobiotic mice have reported that the same species of Bacteroides spp cannot replace already clustered strains due to the niche shared in the intestine. The present inventors were first administered with an antimicrobial agent (a mixture of ampicillin (A), vancomycin (V), neomycin (N), metronidazole (M), streptomycin, penicillin, kanamycin, and AVNM) for 1 week. Based on the results, we pretreated mice for 1 week with ampicillin to reduce the existing Bvul strain, and promoted the colonization of Bvul isolated from humans in the mouse intestine.

Bvul 투여 후 5 주부터 시작하여, HFD-공급 및 Bvul-처리그룹(HFDB)의 체중은 HFD를 공급하지만 Bvul 투여가 없는 그룹(HFD)의 체중보다 유의하게 낮았다. 18주 후에, HFDB 그룹의 평균 체중은 HFD 그룹의 평균 체중보다 약 30 % 낮았다 (도 3a 및 도 3b). 성대 지방의 무게는 40 % 낮았고 (도 3f), NDB와 HFDB 그룹이 ND와 HFD 그룹보다 지방 세포 크기가 작았다(도 3g). 비만에 의해 유도된 지방 조직에서의 저등급 염증은 또한 Bvul 처리에 의해 약화되었다 (도 3h). intraperitoneal glucose tolerance test (IPGTT)로 측정한 공복 혈당 (P <0.01, 도 3c)과 포도당 내성 (P <0.0001, 도 3d; P <0.001, 도 3e)은 HFD 그룹이 HFDB 그룹보다 더 많았다. 특히 정상적인 식이 요법 그룹에서도 Bvul 처치는 혈당 증가를 억제했다. 쥐의 비만 유발 대사 변화에 대한 Bvul 처치의 이러한 극적인 효과는 Bvul과 인간의 비만 표현형 사이의 음의 상관 관계와 일치한다. 이 연구에서 본 발명자는 인간과 생쥐 모두에서 Bvul의 항비만 효과를 처음으로 시연했으며 내장 microbiome과 면역 체계를 조절하는 능력을 확인했다. 이 결과는 HFD 유발성 비만 마우스에서 비만을 예방하거나 신진대사 및 면역 기능 이상을 개선하는 것으로 밝혀진 B. acidifaciens 및 B. uniformis와 같은 다른 Bacteroides 종에 대한 이전 연구와 일치한다.Starting from 5 weeks after Bvul administration, the body weights of the HFD-fed and Bvul-treated groups (HFDB) were significantly lower than those of the group fed HFD but no Bvul administration (HFD). After 18 weeks, the average body weight of the HFDB group was about 30% lower than the average body weight of the HFD group (FIGS. 3A and 3B ). The weight of vocal cord fat was 40% lower (Fig. 3f), and the size of adipocytes in the NDB and HFDB groups was smaller than that of the ND and HFD groups (Fig. 3g). Low-grade inflammation in adipose tissue induced by obesity was also attenuated by Bvul treatment (FIG. 3H ). Fasting blood glucose (P <0.01, FIG. 3c) and glucose tolerance (P <0.0001, FIG. 3D; P <0.001, FIG. 3e) measured by the intraperitoneal glucose tolerance test (IPGTT) were higher in the HFD group than in the HFDB group. In particular, even in the normal diet group, Bvul treatment suppressed the increase in blood sugar. This dramatic effect of Bvul treatment on obesity-induced metabolic changes in rats is consistent with a negative correlation between Bvul and the human obesity phenotype. In this study, the inventors demonstrated the anti-obesity effect of Bvul for the first time in both humans and mice, and confirmed the ability to modulate the visceral microbiome and immune system. These results are consistent with previous studies of other Bacteroides species, such as B. acidifaciens and B. uniformis, which have been shown to prevent obesity or improve metabolic and immune dysfunction in HFD-induced obese mice.

장내 미생물 및 신진 대사에서 Bvul에 의해 유도된 변화를 조사하기 위해, HFD가 공급된 마우스의 맹장 및 대변 샘플에 대한 미생물 및 대사산물 분석을 수행하였다. 그 결과, HFD는 미생물 군집을 크게 변화시켰다(도 5a). NDB와 HFDB 그룹의 미생물 구조는 Bvul 투여 후 18 주 동안 유사성을 보였다(도 5a). 미생물 군집(도 6a)과 그것의 α-다양성 (도 5b)의 시간 경과 분석은 Bvul 군집 이전의 암피실린 전처리 효과가 부분적으로 18 주 후에 극복되었음을 보여 주었다. HFD를 공급한 생쥐의 주요 박테리아 분류군의 구성은 Bvul 처리에 의해 현저하게 변화되었다. A. muciniphila의 존재량(abundance)은 HFD에 의해 유의하게 감소되었지만 Bvul 처리에 의해 급격히 회복되었다 (도 5b 및 도6c). A. muciniphila는 대사성 질환에서 장의 장벽 기능장애 및 염증을 개선하여 대사 프로파일과 포도당 항상성에 영향을 주는 점액-거주 박테리아이다.To investigate the changes induced by Bvul in intestinal microflora and metabolism, microbial and metabolite analyzes were performed on cecal and fecal samples from mice fed HFD. As a result, HFD significantly changed the microbial community (FIG. 5A). The microbial structures of the NDB and HFDB groups showed similarity for 18 weeks after Bvul administration (FIG. 5A). Time course analysis of the microbial community (FIG. 6A) and its α-diversity (FIG. 5B) showed that the effect of ampicillin pretreatment prior to the Bvul community was partially overcome after 18 weeks. The composition of the major bacterial taxa in mice fed HFD was significantly changed by Bvul treatment. The abundance of A. muciniphila was significantly reduced by HFD, but was rapidly recovered by Bvul treatment (FIGS. 5B and 6C ). A. muciniphila is a muco-dwelling bacterium that affects metabolic profile and glucose homeostasis by improving intestinal barrier dysfunction and inflammation in metabolic diseases.

Oscillospira와 Streptococcus와 같은 다른 분류군도 HFD와 Bvul의 투여로 인하여 영향을 받았다. Oscillospira는 A. muciniphila와 정반대의 양상을 보였으며 HFD 군에서 증가하였고 HFDB 군에서 급격히 감소하였고, NDB군에서 NB군과 비교하여 증가하였다. Streptococcus와 Eubacterium도 반대의 패턴을 보였다. Streptococcus는 쥐의 내장에서는 거의 발견되지 않았지만, Bvul 처리는 그 양을 증가시켰다. Other taxa such as Oscillospira and Streptococcus were also affected by the administration of HFD and Bvul. Oscillospira showed the opposite pattern to A. muciniphila, increased in HFD group, rapidly decreased in HFDB group, and increased in NDB group compared to NB group. Streptococcus and Eubacterium also showed opposite patterns. Streptococcus was rarely found in the intestines of rats, but Bvul treatment increased the amount.

Eubacterium은 쥐의 내장에 풍부했지만, HFD와 Bvul 처리는 그 양을 감소시켰다.흥미롭게도, 투여된 종을 나타내는 OTU의 풍부함은 그룹들(도 6c) 사이에 유의미한 차이를 보이지 않았으며, 비만에 대한 Bvul 처리와 마이크로비움에 대한 균주 특이적 영향을 설명하였다. 자연 마우스-군집 Bvul 균주는 비만이 진행되는 동안 효과가 없었다. 또한, 저지방식이를 먹인 비-비만쥐에서 A. muciniphila의 양은 Bvul 처리에 의해 감소되었다. 기능적 미생물 분석 결과, 미생물 대사 변화가 HFDB 군보다 NDB 군에서 가장 분명하게 나타났다(도 6e). 이 결과는 Bvul으로 유도된 미생물 구조의 리모델링은 숙주의 비만 상태에 의존적이고, 독특한 미생물 군집 프로파일로 이어짐을 의미한다. 만성 질환의 발병 기전에 있어 박테리아의 미생물 생태계와 상호 작용이 중요한 요소로 여겨진다. 복잡한 microbiota에서 synergism과 antagonism에 기반한 microbiome 치료법의 개념이 최근에 나타났다. 본 발명자의 연구는 이러한 미생물 리모델링 방식을 통하여 장내 세균총 불균형을 회복시키고 숙주 생리를 회복시키는 Bvul의 기능에 대한 것이다. Eubacterium was abundant in the intestines of rats, but treatment with HFD and Bvul reduced the amount. Interestingly, the abundance of OTU representing the administered species did not show a significant difference between the groups (Fig. 6c), and for obesity. The strain-specific effects on Bvul treatment and microempty were described. The natural mouse-column Bvul strain was ineffective during obesity progression. In addition, the amount of A. muciniphila was reduced by Bvul treatment in non-obese mice fed a low-fat diet. As a result of functional microbial analysis, changes in microbial metabolism were most evident in the NDB group than in the HFDB group (Fig. 6e). These results indicate that the remodeling of the microbial structure induced by Bvul is dependent on the obesity state of the host and leads to a unique microbial community profile. In the pathogenesis of chronic diseases, bacterial interaction with the microbial ecosystem is considered to be an important factor. The concept of microbiome therapy based on synergism and antagonism in complex microbiota has recently emerged. The present inventor's research is on the function of Bvul to restore the imbalance of the intestinal flora and restore host physiology through such a microbial remodeling method.

HFD와 Bvul 처리로 인한 대사 변화를 조사하고 이러한 변화를 매개하는 A. muciniphila의 중요성을 평가하기 위해 Gut microbiome의 기능적 예측을 수행하고 KEGG 경로와 미생물 분류군 간의 상관 관계를 분석 하였다 (도 6e). HFD는 대부분의 대사 경로에서 대표적인 분류군의 역할을 감소시켰다. 그러나 Bvul 치료는 A. muciniphila와 Streptococcus ssp의 대사 기능을 회복시키거나 향상시켰다. sPLS-DA 플롯은 미생물 군집 프로파일 (도 5a)과 일치하는 명확한 대사 산물 패턴을 보였다 (도 5d). Bvul 처리는 taxa와 기능성 microbiome 모두를 비만인 동안 변화시키는 것으로 밝혀졌다. 그러나 NDB와 HFDB 생쥐의 대사 산물 프로파일은 유사하여 Bvul은 식이보다 대사 산물에 더 큰 영향을 미쳤다. Bvul 처리로 인해 변형된 대사는 또한 면역 세포의 분화 및 전신 면역과 관련성이 있다. Bvul과 A. muciniphila에 의한 BCAA의 낮은 농도 (도 5e)는 HFDB 그룹의 지방 조직에서 염증의 감소를 설명할 수 있다. 사람 피검자의 미생물 및 대사 물질 분석 결과, 비만 군에서 혈청 BCAA 수치가 증가하였고, BCAA는 대사 산물과 장내 미생물을 연결하는 생물학적 마커 일 수 있다. 또한 co-housing 연구에 따르면 Bacteroidales들이 마른 체질에서 비만 체질로의 침입으로 인해 식이유도된 표현형이 회복되었다. 본 발명자의 분석에서 NMDS 플롯은 비만 관련 표현형 (체중, 고 발린 및 콜레이트)과 비만 관련 미생물 분류 (Oscillospira sp.)와 항 비만 관련 박테리아 분류 (Bacteroides sp. Bvul 및 Akkermansia sp.) (도 5f). 이 결과는 Bvul과 A. muciniphila가 비만개체에서 상호 의존적이며 호스트의 대사 항상성을 균형있게 유지하는데 도움이 된다는 것을 보여준다. To investigate metabolic changes due to HFD and Bvul treatment, and to evaluate the importance of A. muciniphila to mediate these changes, functional prediction of the Gut microbiome was performed and the correlation between the KEGG pathway and the microbial taxa was analyzed (Fig.6e). HFD reduced the role of representative taxa in most metabolic pathways. However, treatment with Bvul restored or improved the metabolic function of A. muciniphila and Streptococcus ssp. The sPLS-DA plot showed a clear metabolite pattern consistent with the microbial community profile (FIG. 5A) (FIG. 5D ). Bvul treatment has been shown to alter both taxa and functional microbiome during obese people. However, the metabolite profiles of NDB and HFDB mice were similar, so Bvul had a greater effect on metabolites than diet. The metabolism modified by Bvul treatment is also related to the differentiation of immune cells and systemic immunity. The low concentration of BCAA by Bvul and A. muciniphila (Figure 5e) may explain the reduction of inflammation in the adipose tissue of the HFDB group. As a result of analysis of microorganisms and metabolites in human subjects, serum BCAA levels were increased in the obese group, and BCAA may be a biological marker linking metabolites and intestinal microbes. In addition, according to a co-housing study, the diet-induced phenotype was recovered due to the invasion of Bacteroidales from skinny to obese constitution. In our analysis, the NMDS plot shows the obesity-related phenotype (weight, high valine, and cholate) and the obesity-related microbial classification (Oscillospira sp.) and the anti-obesity-related bacterial classification (Bacteroides sp.Bvul and Akkermansia sp.) (Fig.5f). These results show that Bvul and A. muciniphila are interdependent in obese individuals and help to balance host metabolic homeostasis.

본 발명자는 Bvul과 Bvul및 IL-21 사이의 음의 상관관계를 확인하기 위해, 조절 T 세포 (Tregs)와 선천적 림프 세포 (ILCs)와 같은 비만을 조절하는 대표적인 면역 세포를 트윈 코호트 데이터로 분석했다. 첫째, 우리는 Bvul이 성선 지방 세포에서 M1/M2 대식세포 분극화에 미치는 영향을 분석 하였는데, M2 분극화에서 유의미한 증가를 보이지 않았다. 그러나 Il21 및 Il21r의 발현 분석 결과, 장간막 림프절 (MLN)에서 Bvul에 의해 IL-21 수용체가 주로 감소하고, 장 관련 림프구 조직이 결장 내 미생물 군에서 변화를 반영한다고 확인되었다 (도 7a). 더욱이, HFD 사료 생쥐에서 Bvul 처리는 결장 및 MLN에서 Foxp3 및 Il10 발현 모두의 유의미한 증가를 유도하여 Bvul 처리가 면역 세포의 조성을 변화시켰음을 제시한다 (도 7b). 면역 세포 프로파일을 분석하기 위해 MLN에서 Tregs와 ILCs를 분석했습니다. Foxp3과 Il10의 증가된 발현과 일치하여 Tregs는 Bvul 처리 후 MLN에서 증가했다 (도 7c 및 d). 흥미롭게도 ILC 조성은 Bvul의 영향을 받았다 (도 7e와 f). IL-33 수용체 (ST2)를 발현하는 타입 2 ILCs (ILC2s)는 HFD 급여에 의해 감소되었지만, Bvul 처리는 ILC2 집단을 회복시켰다. ILCs는 조직에 의존적 인 방식으로 존재하며 공생 균에 의해 조절됩니다. 특히, 지방 조직에는 인슐린 저항성 및 비만 표현형과 관련된 ILC2가 포함되어 있다.In order to confirm the negative correlation between Bvul and Bvul and IL-21, the present inventors analyzed representative immune cells regulating obesity such as regulatory T cells (Tregs) and innate lymphocytes (ILCs) using twin cohort data. . First, we analyzed the effect of Bvul on M1/M2 macrophage polarization in gonadal adipocytes, but there was no significant increase in M2 polarization. However, as a result of the expression analysis of Il21 and Il21r, it was confirmed that IL-21 receptors were mainly decreased by Bvul in mesenteric lymph nodes (MLN), and that intestinal-related lymphocyte tissues reflected changes in the microbial group in the colon (Fig. 7a). Moreover, Bvul treatment in HFD feed mice induced a significant increase in both Foxp3 and Il10 expression in the colon and MLN, suggesting that Bvul treatment changed the composition of immune cells (Fig. 7b). Tregs and ILCs were analyzed in MLNs to analyze the immune cell profile. Consistent with the increased expression of Foxp3 and Il10, Tregs increased in MLN after Bvul treatment (Figs. 7c and d). Interestingly, the ILC composition was affected by Bvul (Figs. 7e and f). Type 2 ILCs (ILC2s) expressing the IL-33 receptor (ST2) were reduced by HFD feeding, but Bvul treatment restored the ILC2 population. ILCs exist in a tissue-dependent manner and are regulated by symbiotic bacteria. In particular, adipose tissue contains ILC2, which is associated with insulin resistance and obesity phenotypes.

이전의 연구에 따르면 SFB의 정착은 장에서 Th17 반응을 유도하고 감염성 질환을 예방한다. Faecalibacterium prausnitzii는 장에서 Treg 축적을 유도하고자가 면역 질환으로부터 보호합니다. 일부 Bacteroides 종 (예, B. fragilis)과 그 세포 구성 요소는 Treg의 확대와 다양한자가 면역 질환에 대한 보호 효과를 유발한다고 보고되어왔다. 우리의 지식에 비만 유도 된 변형 된 면역 체계에서 Treg와 ILC 반응을 유도하고 지방 조직에서의 염증 반응을 감소시키는 박테리아 균주는 아직보고되지 않았다. 다른 Bacteroides 종에 의해 유발 된 CD4 + T 세포 반응은 숙주의 생리 학적 상태 및 면역 학적 상황에 따라 독특한 패턴을 나타낸다.Previous studies have shown that the establishment of SFB induces a Th17 response in the intestine and prevents infectious diseases. Faecalibacterium prausnitzii protects against autoimmune diseases by inducing Treg accumulation in the intestine. Some Bacteroides species (eg, B. fragilis) and their cellular components have been reported to cause Treg expansion and protective effects against various autoimmune diseases. To our knowledge, bacterial strains that induce Treg and ILC responses in obesity-induced modified immune systems and reduce inflammatory responses in adipose tissue have not yet been reported. CD4 + T cell responses induced by different Bacteroides species exhibit unique patterns depending on the physiological and immunological conditions of the host.

ILC2와 Treg 세포에 대한 IL-21 효과를 다루기 위해 IL-21 + Treg와 ILC 세포를 분석했다. Bvul 처리는 MLN에서 IL-21 수용체-발현 ILC를 증가시키지 않았다. HFD는 IL-21 수용체 + ILCs를 증가 시켰지만 ILC2 세포는 IL-21에 반응하지 않았다 (도 7g). 특히, ST2 (-) ILCs에 대한 IL-21 수용체 발현은 Bvul 처리에 의해 감소되었다. ILC의 성숙과 발달은 IL-1βIL-12, IL-18, IL-23, IL-25 및 IL-33에 의해 조절된다. 그러나 단세포 기반의 transcriptome 분석에서 1 형 ILCs가 IL-21-responsive30으로 나타났다. 따라서 IL-21 신호 전달을 담당하는 ST2 (-) ILC는 ILC1 일 수 있다. 우리는 또한 Tregs에서 IL-21 수용체 발현을 분석했으나 차이점을 발견 할 수 없었다 (데이터는 표시되지 않음). 전체적으로 Bvul은 IL21 발현을 감소 시켰고 IL-21 반응성 ILC1 / 3 세포를 감소시키고 비만 마우스의 MLNs에서 ILC2 서브 세트를 증가시키는 방식으로 ILC 집단을 조절 하였다. 이것은 인간 연구에서 보여준 비만 표현형에서 Bvul과 IL-21 사이의 관계의 역할을 설명하는 잠재적 메커니즘을 나타낸다. 내장 microbiota의 해부학적인 제한에도 불구하고, 전신 면역 반응은 ILC에 의한 조절을 통해 특정 미생물 제제에 의해 유도된다. 본 연구에서 MLN에서 발견 된 ILC subset profile은 Bvul의 표적으로서 전신적인 면역학적 변화를 반영하였으며 ILC 의존적인 방식으로 비만인 동안 면역기능 장애를 조절하는데 장내 미생물의 역할을 나타낸다.IL-21 + Tregs and ILC cells were analyzed to address the effects of IL-21 on ILC2 and Treg cells. Bvul treatment did not increase IL-21 receptor-expressing ILC in MLN. HFD increased IL-21 receptor + ILCs, but ILC2 cells did not respond to IL-21 (Fig. 7g). In particular, IL-21 receptor expression for ST2 (-) ILCs was reduced by Bvul treatment. The maturation and development of ILC is regulated by IL-1β IL-12, IL-18, IL-23, IL-25 and IL-33. However, single cell-based transcriptome analysis revealed that type 1 ILCs were IL-21-responsive30. Therefore, the ST2 (-) ILC responsible for IL-21 signaling may be ILC1. We also analyzed IL-21 receptor expression in Tregs, but couldn't find any differences (data not shown). Overall, Bvul regulated the ILC population in a way that decreased IL21 expression, decreased IL-21 responsive ILC1/3 cells, and increased the ILC2 subset in MLNs of obese mice. This represents a potential mechanism explaining the role of the relationship between Bvul and IL-21 in the obesity phenotype shown in human studies. Despite the anatomical limitations of the visceral microbiota, systemic immune responses are induced by specific microbial agents through regulation by ILC. In this study, the ILC subset profile found in MLN reflected systemic immunological changes as a target of Bvul, and indicated the role of intestinal microbes in regulating immune dysfunction during obesity in an ILC-dependent manner.

Bvul에 의해 유도된 면역학적 변화가 A. muciniphila의 증가된 양에 기인한 것인지를 결정하기 위해, 본 발명자는 60% HFD를 공급받고 A. muciniphila 처리된 C57BL / 6J 마우스를 조사했다. 이들 생쥐에서 Foxp3과 Il10의 발현은 MLN에서 증가하지 않았다. 또한, Bvul 처리에 의해 MLN에서 감소된 Il21r의 발현은 A. muciniphila 처리 마우스의 MLN에서 유의하게 증가하였으며, Bvul 및 A. muciniphila 처리가 상이한 면역학적 효과를 초래하고, 면역 조절 활성 Bvul은 A. muciniphila의 존재량을 증가시키는 능력과 무관하다.To determine if the immunological changes induced by Bvul were due to increased amounts of A. muciniphila, we examined C57BL/6J mice fed 60% HFD and treated with A. muciniphila. In these mice, the expression of Foxp3 and Il10 did not increase in MLN. In addition, the expression of Il21r, which was reduced in MLN by Bvul treatment, was significantly increased in MLN of A. muciniphila-treated mice, and Bvul and A. muciniphila treatment resulted in different immunological effects, and the immunomodulatory activity Bvul was A. muciniphila. Has nothing to do with the ability to increase the abundance of

Bvul 처리된 쥐에 대한 본 발명자의 발명은 인간 Bvul 균주가 식이요법으로 유발된 비만에서 다양한 변화를 이끌어 내고 있음을 보여주는 몇 가지 증거를 기술하고 있다. 첫째, 인간 microbiome 면역 프로파일링 연구 결과와 마찬가지로 Bvul은 비만과 혈청 IL-21 수준과 음의 상관관계가 있다. 둘째, Bvul은 비만 생쥐의 장과 림프절에서 Treg와 ILC 반응을 유도하여 비만에 대한 새로운 면역 조절 효과를 나타냅니다. 셋째, Bvul은 비만 및 비만인에게 독특한 방법으로 장내 미생물 및 미생물 대사를 재구성합니다. 본 연구에서 관찰된 Bvul과 A. muciniphila 사이의 상호 작용에 대한보다 포괄적인 이해는 복잡한 숙주-미생물 상호 작용을 더 잘 이해하고 미생물 치료제 개발로 이어질 수 있다.The inventors' invention of Bvul-treated rats describes some evidence to show that human Bvul strains elicit various changes in diet-induced obesity. First, as in the results of human microbiome immune profiling studies, Bvul negatively correlated with obesity and serum IL-21 levels. Second, Bvul induces Treg and ILC responses in the intestinal and lymph nodes of obese mice, exposing new immunomodulatory effects against obesity. Third, Bvul reorganizes the gut microbiota and microbial metabolism in a way that is unique to obese and obese people. A more comprehensive understanding of the interactions between Bvul and A. muciniphila observed in this study could lead to a better understanding of complex host-microbial interactions and the development of microbial therapeutics.

실험예 Experimental example

인간 연구 집단 및 표본 수집(Human study population and sample collection).Human study population and sample collection.

2005 년 11 월부터 2009 년 1 월까지 한국 게놈 전염병 연구의 일환으로 건강한 쌍둥이 연구에서 총 30명의 피험자를 모집하였다. 피험자의 평균 연령은 40.13 ±± 2.74세 였다. 참가자들은 허리의 차이가 4cm 이상 불일치하는 일란성 쌍둥이였다. 허리 둘레는 갈비뼈의 최 외측 테두리와 최상부 외측 장골 크레스트의 중간에서 측정되었다. 대변 샘플은 가정용 냉동고에 저장 한 후 병원에 배달하여 -80℃에서 보관했습니다. 혈액 샘플을 응고시키고 2000xg에서 20 분간 원심 분리하고 상등액을 분석할 때까지 -80 ℃에서 보관 하였다. 피실험자들은 이 연구에 참여하기위한 서면 동의서를 제공했다. 인간을 대상으로 한 모든 실험은 질병 통제 센터와 서울 대학교 임상 시험위원회 (제 144-2011-07-11 호)의 승인을 받았다. 역학 및 임상 바이오 마커 (연령, 성별, 체중, 신장, BMI, 허리 둘레 및 허리 둘레, 알부민, AST, rGTP, dbp, sbp, 공복시 인슐린, 공복 혈당, HbA1c, 총 콜레스테롤, 트리글리세리드, HDL 콜레스테롤, LDL 콜레스테롤, hsCRP, 크레아티닌 및 요산)을 측정하여 분석하였다. From November 2005 to January 2009, a total of 30 subjects were recruited from a healthy twin study as part of the Korean genome epidemic study. The average age of the subjects was 40.13 ± ± 2.74 years. Participants were identical twins with a disparity of more than 4 cm in the waist. Waist circumference was measured at the middle of the outermost rim of the ribs and the uppermost lateral iliac crest. Fecal samples were stored in a home freezer, delivered to the hospital, and stored at -80°C. Blood samples were coagulated, centrifuged at 2000xg for 20 minutes, and stored at -80 °C until the supernatant was analyzed. Subjects provided written informed consent to participate in this study. All human trials were approved by the Centers for Disease Control and the Clinical Trials Committee of Seoul National University (No. 144-2011-07-11). Epidemiological and clinical biomarkers (age, sex, weight, height, BMI, waist and waist circumference, albumin, AST, rGTP, dbp, sbp, fasting insulin, fasting blood sugar, HbA1c, total cholesterol, triglycerides, HDL cholesterol, LDL cholesterol) , hsCRP, creatinine and uric acid) were measured and analyzed.

DNA 추출 및 16S rRNA 시퀀싱.DNA extraction and 16S rRNA sequencing.

 제조사의 프로토콜에 따라 MoBio Power Soil DNA Isolation Kit (MoBio, Solana Beach, CA, USA)와 Qiagen Faststool DNA 추출 키트 (Qiagen, Valencia, CA, USA)를 사용하여 인간 및 마우스 게놈 DNA를 추출 하였다. 핵산 용액은 사용할 때까지 -70 °° C에서 보관했습니다. 인간 게놈 DNA의 경우, 27F / 534R 프라이머 세트를 사용하여 16S rRNA 유전자의 V1-V3 영역을 증폭시키고 454 Life Sciences FLX Titanium 플랫폼 (Roche, Indianapolis, IN, USA)에서 파이로시퀀싱 하였다. 마우스 DNA의 경우 16S rRNA 유전자의 V4 영역을 Illumina 어댑티드 유니버설 프라이머 세트 515F / 806R을 사용하여 증폭하고 MoBio UltraClean PCR Clean-Up Kit (MO BIO Laboratories, Carlsbad, CA, USA)를 사용하여 정제하였다. KAPA 라이브러리 정량 키트 (KAPA Biosystems, Wilmington, MA, USA)를 사용후 Quant-iT PicoGreen dsDNA 분석 키트 (Life Technologies, Carlsbad, CA, USA)를 사용하여 PCR 증폭 결과물의 양을 이중 확인하였다. 샘플을 2 ×× 300 bp 시약 키트 (Illumina, San Diego, CA, USA)를 사용하여 MiSeq 플랫폼에서 풀링하고 시퀀싱 하였다.Human and mouse genomic DNA was extracted using the MoBio Power Soil DNA Isolation Kit (MoBio, Solana Beach, CA, USA) and the Qiagen Faststool DNA Extraction Kit (Qiagen, Valencia, CA, USA) according to the manufacturer's protocol. The nucleic acid solution was stored at -70 °C until use. For human genomic DNA, a 27F/534R primer set was used to amplify the V1-V3 region of the 16S rRNA gene and pyrosequenced on the 454 Life Sciences FLX Titanium platform (Roche, Indianapolis, IN, USA). In the case of mouse DNA, the V4 region of the 16S rRNA gene was amplified using Illumina adaptive universal primer set 515F/806R and purified using MoBio UltraClean PCR Clean-Up Kit (MO BIO Laboratories, Carlsbad, CA, USA). After using the KAPA library quantification kit (KAPA Biosystems, Wilmington, MA, USA), the amount of the PCR amplification result was double-checked using the Quant-iT PicoGreen dsDNA assay kit (Life Technologies, Carlsbad, CA, USA). Samples were pooled and sequenced on the MiSeq platform using a 2 × × 300 bp reagent kit (Illumina, San Diego, CA, USA).

미생물 분석. Microbial analysis.

인간 서열 데이터는 Broad Institute에서 개발된 ABC 파이프라인에 의해 처리되었다. 파이프 라인을 통해 생성된 OTU 테이블은 추가로 필터링되어 OTUs를 포함한다: (i) 최소 2 개의 샘플에서 발견되었고. (ii) 100 reads 이상이고, (iii) 원핵으로 분류됨. 마우스 시퀀스 데이터의 경우 OTU는 QIIME 파이프 라인을 통해 gg_13_5 Greengenes database32에 대한 폐쇄적으로 레퍼런스된 OTU 피킹(closed-referenced OUT picking)를 사용하여 선택되었다. 대표적인 서열을 PyNAST34를 사용하여 정렬하고 Ribosomal Database Project Classifier를 사용하여 분류학적 할당을 진행하였다. 키메릭 시퀀스는 ChimeraSlayer 알고리즘을 사용하여 확인되었고 OTU 테이블 생성전에 필터링되었다. 혈청 사이토카인 수준 (TNF-αα, TNF-ββ/ γIL-21, IL-22, IL-23, IL-10, IL-27, IL-28a, IL-31 및 IL-33), 허리 둘레를 MaAsLin (쌍둥이을 무작위 변수로, 호스트 인자를 공변량으로 사용)을 사용한 다변량 분석으로 분석하였다. 미생물 풍부도 및 안수 분석의 계산은 R 패키지 phyloseq36을 사용하여 수행되었다. 집단 변이는 마우스 분변에서 시계열 분석을 위한 비가중 UniFrac 거리 및 맹장 샘플에서 클러스터에 대한 Bray-Curtis 불일치를 사용하여 주요 좌표 분석 (PCoA)에 의해 분석되었다. PERMANOVA는 비건(vegan) 패키지의 'adonis'기능을 사용하여 ND 대 NDB와 HFD 대 HFDB의 차이를 결정했다. 다이어트간에 관찰된, 변화를 유발하는 박테리아를 확인하기 위해 R 패키지 randomForest38을 사용하여 10배의 교차 검증을 통해 랜덤 포레스트 분류를 수행했다. 인간 데이터는 비교하기 전에 나이와 쌍둥이를 변형하고 조정했습니다. 그룹 차이에 대한 효과 크기는 Z 점수를 N (관측 수)의 제곱근으로 나눔으로써 결정된다.Human sequence data was processed by the ABC pipeline developed by Broad Institute. The OTU table generated through the pipeline is further filtered to contain OTUs: (i) found in at least 2 samples. (ii) 100 reads or more, and (iii) classified as prokaryotic. For mouse sequence data, the OTU was selected using closed-referenced OUT picking to the gg_13_5 Greengenes database32 through the QIIME pipeline. Representative sequences were aligned using PyNAST34 and taxonomic assignment was performed using Ribosomal Database Project Classifier. The chimeric sequence was identified using the ChimeraSlayer algorithm and filtered prior to generating the OTU table. Serum cytokine levels (TNF-αα, TNF-ββ/ γIL-21, IL-22, IL-23, IL-10, IL-27, IL-28a, IL-31 and IL-33), MaAsLin waist circumference It was analyzed by multivariate analysis using (twins as random variables and host factors as covariates). Calculation of microbial abundance and ordination analysis was performed using the R package phyloseq36. Population variation was analyzed by major coordinate analysis (PCoA) using unweighted UniFrac distances for time series analysis in mouse feces and Bray-Curtis mismatch for clusters in cecal samples. PERMANOVA used the'adonis' feature of the vegan package to determine the difference between ND versus NDB and HFD versus HFDB. Random forest classification was performed through 10-fold cross-validation using the R package randomForest38 to identify the bacteria that cause changes observed between diets. Human data transformed and adjusted age and twins before comparison. The size of the effect for the group difference is determined by dividing the Z score by the square root of N (number of observations).

장내 microbiome의 기능적 추론 Functional inference of the intestinal microbiome

다양한 식이군 간의 기능적 차이는 PICRUSt-1.0.0 (http://picrust.github.com)을 사용하여 16S-rRNA 기반 서열로부터 결정되었다. 닫힌 참조로 OTU를 피킹한 후에는 OTU가 인간 및 마우스 데이터의 경우 샘플당 2,500 및 30,000 시퀀스로 희박했습니다. 신진대사 경로는 Kruskal-Wallis test와 Benjamini-Hochberg false discovery rate (FDR) 보정을 사용하여 식이 요법 그룹에 따라 비교되었다.Functional differences between the various dietary groups were determined from 16S-rRNA based sequences using PICRUSt-1.0.0 (http://picrust.github.com). After peaking the OTU with a closed reference, the OTU was sparse at 2,500 and 30,000 sequences per sample for human and mouse data. Metabolic pathways were compared by diet group using Kruskal-Wallis test and Benjamini-Hochberg false discovery rate (FDR) correction.

Bacteroides 균주의 분리 및 배양. Isolation and culture of Bacteroides strains.

19 세에서 40 세 사이의 건강한 한국인 지원자 (30 명)의 신선한 대변에서 총 182 개의 Bacteroides 균주가 분리되었다. ATCC로부터 얻은 타입 균주를 사용하여 면역 조절 활성을 단리 된 균주에 대한 대조군으로 비교 하였다. 모든 182 Bacteroides spp. 주로 Bvul 균주로 구성된 균주를 37 ℃에서 24 시간 동안 혐기성으로 초콜릿 한천 배양 하였다. 박테리아 세포를 모으고 13,000×g에서 5 분 동안 원심 분리하여 THP-1 세포를 처리 하였다.A total of 182 Bacteroides strains were isolated from fresh feces from healthy Korean volunteers (30 patients) aged 19 to 40 years. The type strain obtained from ATCC was used to compare the immunomodulatory activity as a control for the isolated strain. All 182 Bacteroides spp. The strain mainly composed of the Bvul strain was incubated with chocolate agar anaerobic at 37°C for 24 hours. The bacterial cells were collected and centrifuged at 13,000×g for 5 minutes to treat the THP-1 cells.

Bacteroides 균주의 면역 조절 활성에 대한 스크리닝. Screening for immunomodulatory activity of Bacteroides strains.

인간 단구 세포주 THP-1은 KCTC (Daejeon, Korea)로부터 얻어졌고, 5 % CO2 대기 하에서 혈청이없는 배지에서 37 ℃에서 48 시간 동안 10 ng/ml PMA로 처리하여 대식세포로 분화되었다. 박테리아 세포 펠릿을 24 시간 동안 분화된 THP-1 세포에 첨가하고 세포없는 상등액을 수집하여 분석 전에 -80 ℃에서 저장 하였다. IL-10 및 TNF-α수준을 ELISA 키트 (BD Biosciences)로 분석 하였다.Human monocyte cell line THP-1 was obtained from KCTC (Daejeon, Korea), and differentiated into macrophages by treatment with 10 ng/ml PMA for 48 hours at 37° C. in a serum-free medium under 5% CO2 atmosphere. Bacterial cell pellets were added to differentiated THP-1 cells for 24 hours, and cell-free supernatant was collected and stored at -80°C before analysis. IL-10 and TNF-α levels were analyzed with an ELISA kit (BD Biosciences).

마우스 연구를 위한 실험 디자인. Experimental design for mouse study.

Central Lab Animal Inc. (한국)에서 암컷 C57BL / 6J 마우스 (6 주령)를 얻었고 서울 대학교 의과 대학 실험 동물 연구소에서 SPF(specific pathogen-free) 조건으로 유지 하였다. 1 주간의 적응 후, 쥐를 Bacteroides 종에 의한 집락을 줄이기 위해 일주일 동안 식수에서 암피실린 (ampicillin, 1 g / L)으로 처리하고, 네 그룹으로 나누었다. 쥐에게 대조군 식이(ND와 NDB, 10 % 지방; n = 19, 연구 다이어트 -D12450K) 또는 HFD (HFD와 HFDB, 60 % 지방, n = 19, Research Diets-D12492) 중 한 가지를 먹였다. 매일 준비한 Bvul 균주를 마우스 당 109 cfu의 경구 위관 영양법 (NDB 및 HFDB 군, 각각 n = 9)으로 투여 하였다. 섭취량과 체중을 일주일에 한 번 측정했다. 대변 샘플은 5개 시점 (항생제 처리전, Bvul 투여 전, 투여 후 5 일, 9 주, 18 주)에서 수집되었다. 16 주에 복막 내 당부하 검사가 수행되었다. 18 주에 생쥐를 희생 시켰고, 조직 (MLN, 간, 결장, 맹장 및 생식 지방)을 수집하고 분석하기 전에 -80 ℃에서 보관했다. 혈액 샘플은 isoflurane 마취하에 심장 천공에 의해 얻어졌다. RT에서 혈액 응고 후 30 분, 혈청을 원심 분리 (2,000 x g, 10 분, 4 ℃로 분리 하였다. 상등액 (혈청)을 1.5 mL 튜브에 옮기고 사용할 때까지 -80℃에서 보관했다. 실험 절차는 Institutional Animal Care and Usage Committee에 의해 검토되고 승인되었다.Central Lab Animal Inc. Female C57BL/6J mice (6 weeks old) were obtained from (Korea) and maintained under SPF (specific pathogen-free) conditions at the Laboratory Animal Research Institute, Seoul National University College of Medicine. After 1 week of acclimatization, mice were treated with ampicillin (1 g/L) in drinking water for a week to reduce colonization by Bacteroides species, and divided into four groups. Mice were fed either a control diet (ND and NDB, 10% fat; n = 19, study diet -D12450K) or HFD (HFD and HFDB, 60% fat, n = 19, Research Diets-D12492). Bvul strain prepared daily was administered by oral gavage (NDB and HFDB groups, n = 9, respectively) of 109 cfu per mouse. Intake and weight were measured once a week. Fecal samples were collected at 5 time points (before antibiotic treatment, before Bvul administration, and at 5 days, 9 weeks, and 18 weeks after administration). At week 16, an intraperitoneal glucose tolerance test was performed. Mice were sacrificed at 18 weeks, and tissues (MLN, liver, colon, cecum and reproductive fat) were collected and stored at -80°C prior to analysis. Blood samples were obtained by cardiac puncture under isoflurane anesthesia. 30 minutes after blood coagulation at RT, the serum was separated by centrifugation (2,000 xg, 10 minutes, 4°C. The supernatant (serum) was transferred to a 1.5 mL tube and stored at -80°C until use. Experimental procedure is Institutional Animal It has been reviewed and approved by the Care and Usage Committee.

 HFD로 유도한 비만 마우스의 A. muciniphila 치료를 위해 A. muciniphila ATCC BAA-835 (Akk)를 37 ℃에서 0.5 % mucin (Sigma, USA)을 보충한 brain heart infution 한천 (BD Difco, USA)를 엄격한 혐기성 조건에서 48 시간 동안 배양하고, 미생물을 멸균 루프 (직경 1mm)로 수집 하였다. 수집된 세포를 0.5 % 시스테인이 보충된 멸균 PBS로 세척하고 10,000 x g에서 5 분간 원심 분리 하였다. 박테리아 펠릿을 0.5 % 시스테인 및 20 % 글리세롤을 보충한 PBS로 10 분의 10^9 cfu / 200 ㎕로 재현탁시켰다. 준비된 박테리아 용액을 사용할 때까지 -80 ℃에서 보관했습니다. 6 주된 수컷 C57BL / 6J 마우스를 서울 대학교 실험 동물 연구소 (Institute for Experimental Animals)에서 SPF로 얻었고 유지 하였다. 마우스는 새로운 환경에 적응하기 위해 개입하지 않고 1주일 동안 모으고 15 주 동안 HFD (HFD 및 HFD-Akk, 60 % 지방, n = 20, Research Diets-D12492)를 먹였다. Akk 균주는 저장된 스톡 용액을 0.5 % 시스테인 PBS로 세척하여 매일 제조한 다음 마우스 당 5 x 108cfu의 구강 위관 영양법으로 투여 하였다. 각 마우스의 체중을 시험 기간 중 일주일에 1 회 측정 한 후 마우스를 마취시키고, MLN 및 결장을 수집하여 표적 바이오 마커 (Il21, Il21r, Foxp3 및 Il10)의 발현을 측정 하였다.Brain heart infution agar (BD Difco, USA) supplemented with 0.5% mucin (Sigma, USA) supplemented with A. muciniphila ATCC BAA-835 (Akk) at 37 °C for the treatment of A. muciniphila in HFD-induced obese mice was strict. Incubated for 48 hours in anaerobic conditions, and the microorganisms were collected with a sterile loop (diameter 1 mm). The collected cells were washed with sterile PBS supplemented with 0.5% cysteine and centrifuged at 10,000 x g for 5 minutes. The bacterial pellet was resuspended in PBS supplemented with 0.5% cysteine and 20% glycerol at 10/9 cfu/200 μl of 10 min. The prepared bacterial solution was stored at -80 °C until use. Six week old male C57BL/6J mice were obtained and maintained with SPF at the Institute for Experimental Animals, Seoul National University. Mice were pooled for 1 week without intervention to adapt to the new environment and fed HFD (HFD and HFD-Akk, 60% fat, n = 20, Research Diets-D12492) for 15 weeks. The Akk strain was prepared daily by washing the stored stock solution with 0.5% cysteine PBS, and then administered by oral gavage of 5 x 108 cfu per mouse. After measuring the body weight of each mouse once a week during the test period, the mice were anesthetized, and MLN and colon were collected to measure the expression of target biomarkers (Il21, Il21r, Foxp3, and Il10).

마우스 조직에서의 바이오 마커 측정.Biomarker measurement in mouse tissue.

 MLN과 말단 결장을 5-mm 스테인레스 스틸 비드 (Qiagen, Hilden, Germany)로 30- Hz에서 5-8 분 동안 균질화시켰다. Easy-spin Total RNA 추출 키트 (Intron, Seoul, Korea)를 사용하여 총 RNA를 분리 하였다. High Capacity RNA to cDNA 키트 (Applied Biosystems, Carlsbad, CA, USA)를 사용하여 cDNA를 합성 하였다. 모든 qPCR 반응은 Rotor-Gene SYBR Green PCR kit (Qiagen)를 Rotor-Gene Q (Qiagen)를 사용하여 제조사의 지침에 따라 수행 하였다. 상대 RNA 양은 Gapdh를 레퍼런스 트렌스크립트로 사용하여 2-ΔΔCt 방법으로 결정 하였다.MLN and distal colon were homogenized with 5-mm stainless steel beads (Qiagen, Hilden, Germany) at 30-Hz for 5-8 min. Total RNA was isolated using an Easy-spin Total RNA extraction kit (Intron, Seoul, Korea). CDNA was synthesized using a High Capacity RNA to cDNA kit (Applied Biosystems, Carlsbad, CA, USA). All qPCR reactions were performed using Rotor-Gene SYBR Green PCR kit (Qiagen) using Rotor-Gene Q (Qiagen) according to the manufacturer's instructions. Relative RNA amount was determined by the 2-ΔΔCt method using Gapdh as a reference transcript.

1H NMR 분광법.1 H NMR spectroscopy.

NMR 기반의 대사 분석을 위해 샘플을 Lamichhane의 방법에 따라 약간 수정하여 제조하였다. 간략하게, 췌장 샘플 (약 130mg)을 DDW 600μL와 혼합하고, 30 초 동안 볼텍싱하고, 조직 균질화기에의해 균질화시켰다. 10 분 동안 원심 분리 (14,000 ×g, 4 ℃)한 후 0.025 mg/mL 3-(트리메틸 실릴) 프로피온산 -d4 나트륨 염 (TSP)을 함유하는 60μL의 중수소산화물 (D2O), 1 mM 이미다졸 60 μL, 2 mM NaN3 60μL 및 0.5M KH2PO4 120μL를 상등액 300μL에 용매(lock solvent)로 첨가하였다. 혼합물을 1 분 동안 볼텍싱하고 14,000× g에서 10 분 동안 원심 분리 하였다. 맑은 상등액을 NMR 분석을 위해 5 mm NMR 튜브 (Wilmad-Lab glass, UK)로 옮겼다. 모든 1H-NMR 스펙트럼은 콜드 플로우 프로브가 장착 된 Varian 500 MHz NMR 시스템 (Varian, Palo Alto, CA, USA) 분광계를 사용하여 수집되었다. 1H-NMR 스펙트럼은 water presaturation pulse sequence를 사용하여 25 에서 수집되었다. 4 초의 획득 시간과 2 초의 재활용 지연을 사용하여 64 개의 transient로 스펙트럼을 수집했다. 1H NMR 신호의 임시 할당은 Chenomx NMR Suite 8.3 (Chenomx, Canada)를 사용하여 Human Metabolome Database 및 이전 문헌에 따라 수행되었다. 콜라겐, 크레아틴, 페룰 레이트, 포르 메이트, 푸마 레이트, 글루코스, 글루타메이트, 글리신, 글리코 콜레이트, 구아니도 아세테이트, 하이포크 산틴, 이소 부티레이트, 아스코르브 산, N- 아세틸 글루코사민, N- 아세틸 글루코사민, N- 아세틸 글루코사민, N- 아세틸 티로신, O- 포스포 콜린, p-크레졸, 페닐알라닌, 프롤린, 프로피오네이트, 퓨 트레 신, 피루 베이트, 사르코 신, 석시 네이트, 글루 타르 산, 트라이 에틸 아민, 트리메틸 아민 N- 옥사이드, 트립토판, 티로신, 우라실, 우로 카 네이트, 발레 레이트, 발린 및 크 산틴)을 분석을 위해 할당 하였다. 그룹 간의 차이는 분산 분석 (ANOVA)과 Fisher 's post hoc test에 의해 결정되었고, P <0.05는 유의 한 것으로 간주되었다. 미생물 데이터를 표준화하고 희소 부분 편미분 판별분석(sPLS-DA)을 사용하여 모델링하기 위해 MetaboAnalyst 3.0에 업로드하였다. 높은 부하 수치를 갖는 대사 산물을 평가하여 모델 내 차별 정도에 대한 각 실험 그룹의 순위를 매겼다. Samples were prepared with slight modifications according to Lamichhane's method for NMR-based metabolic analysis. Briefly, pancreatic samples (ca. 130 mg) were mixed with 600 μL of DDW, vortexed for 30 seconds, and homogenized by a tissue homogenizer. After centrifugation (14,000 × g, 4° C.) for 10 minutes, 60 μL of deuterium oxide (D2O) containing 0.025 mg/mL 3-(trimethylsilyl) propionic acid-d4 sodium salt (TSP), 60 μL of 1 mM imidazole , 60 μL of 2 mM NaN3 and 120 μL of 0.5M KH2PO4 were added to 300 μL of the supernatant as a lock solvent. The mixture was vortexed for 1 minute and centrifuged at 14,000×g for 10 minutes. The clear supernatant was transferred to a 5 mm NMR tube (Wilmad-Lab glass, UK) for NMR analysis. All 1H-NMR spectra were collected using a Varian 500 MHz NMR system (Varian, Palo Alto, CA, USA) spectrometer equipped with a cold flow probe. 1H-NMR spectra were collected at 25 using a water presaturation pulse sequence. Spectra were collected as 64 transients using a 4 second acquisition time and a 2 second recycle delay. Temporary assignment of 1H NMR signals was performed according to the Human Metabolome Database and previous literature using Chenomx NMR Suite 8.3 (Chenomx, Canada). Collagen, creatine, ferulate, formate, fumarate, glucose, glutamate, glycine, glycocholate, guanido acetate, hypoxanthine, isobutyrate, ascorbic acid, N-acetyl glucosamine, N-acetyl glucosamine, N-acetyl glucosamine , N-acetyltyrosine, O-phosphocholine, p-cresol, phenylalanine, proline, propionate, putresin, pyruvate, sarcosine, succinate, glutaric acid, triethylamine, trimethylamine N-oxide , Tryptophan, tyrosine, uracil, urocanate, valerate, valine and xanthine) were assigned for analysis. Differences between groups were determined by analysis of variance (ANOVA) and Fisher's post hoc test, with P <0.05 considered significant. Microbial data was standardized and uploaded to MetaboAnalyst 3.0 for modeling using sparse partial differential discriminant analysis (sPLS-DA). Metabolites with high loading values were evaluated to rank each experimental group for the degree of discrimination in the model.

조직 준비 및 유동 세포 계측법.Tissue preparation and flow cytometry.

MLN과 생식 지방 조직을 분쇄하고 37 ℃에서 1 시간 동안 1.6 mg / mL 콜라게나제 제 4 형 (Worthington, Lakewood, NJ) 및 0.1 % DNase I (분획 IX; Sigma)로 소화시켰다. 전체 세포를 처리하여 적혈구를 용해시킨 다음 FACS 분석을 위해 염색 하였다. 단일 세포 현탁액을 항 Fcγ차단 단클론 항체 (2.4G2)와 미리 배양하고 염색 전에 세척 하였다. 세포를 다음 항체로 염색 하였다 : 항-CD19 (6D5 (115506); BioLegend), 항-CD11b (M1 / 70 (101206), BioLegend 항-F4 / 80 (BM8 (123108); BioLegend) 또는 항-Fcε(항-FcR1)(항-FcR1),항-CD11c(HL3(553801)MAR-1(134306); BioLegend) (이들 FITC 접합 된 항체는 계통 마커로서 사용됨); 마우스 CD45 (MCD4517; Invitrogen)에 대한 피코에리트린-텍사스 레드 접합 항체; 피코에리트린 -접합 항-CD1d (1B1 (123509); BioLegend); 피코에리트린-접합 항-CD44 (1M7 (103009); BioLegend); 알로피코시아닌-접합된 항-c-Kit (2B8 (105812); BioLegend); 알로피코시아닌-접합 항-CD196 (CCR6) (29-2L17 (129812); BioLegend); 알로피코시 아닌-시아닌 5.5-컨쥬게이트 된 항-CD25 (PC61 (551071); BD Biosciences); 알로피코시아닌-시아닌 5.5- 컨쥬게이트 된 항-NKp46 (29A1.4 (137609); BioLegend); 항-CD90.2 (항-Thy-1.2; 53-2.1 (17-0902-81); eBioscience); Alexa Fluor 647 접합 항-CD206 (MR5D3 (123010); BioLegend); Alexa Fluor 700 접합 항 Sca-1 (D7 (56-5981-82), eBioscience); 알렉사 플루오르 700 결합 항-CD4 (GK1.5 (100430); BioLegend); 및 Alexa Fluor 780- 접합 항 -CD11c (N418 (47-0114-82), eBioscience). 마우스 면역 세포를 다음의 항체로 염색 하였다 : 안티 - 인간 CD45 (MHCD4517; Invitrogen)에 적색 결합 된 피코 에리 트린-텍사스; anti-CD19 (H1B19 (302206), BioLegend), 항 CD11b (ICRF44 (11-0118-42), eBioscience), 항-CD19 항체 (anti-CD3; UCHT1 (555332), BD Biosciences) BioLegend), 항-CD14 (HCD14 (325604), eBioscience) 또는 항-Fcε(MAR-1 (134306), BioLegend ), Alexa Fluor 647 접합 항 -CD127 (eBioRDR5 (51-1278-73), eBioscience).MLN and reproductive adipose tissue were crushed and digested with 1.6 mg/mL collagenase type 4 (Worthington, Lakewood, NJ) and 0.1% DNase I (fraction IX; Sigma) for 1 hour at 37°C. Whole cells were treated to lyse red blood cells and then stained for FACS analysis. The single cell suspension was pre-incubated with an anti-Fcγ-blocking monoclonal antibody (2.4G2) and washed before staining. Cells were stained with the following antibodies: anti-CD19 (6D5 (115506); BioLegend), anti-CD11b (M1/70 (101206), BioLegend anti-F4/80 (BM8 (123108); BioLegend) or anti-Fcε( Anti-FcR1) (anti-FcR1), anti-CD11c(HL3(553801)MAR-1(134306); BioLegend) (these FITC conjugated antibodies are used as lineage markers); pico against mouse CD45 (MCD4517; Invitrogen) Eritrin-Texas Red Conjugated Antibody; phycoerythrin-conjugated anti-CD1d (1B1 (123509); BioLegend); phycoerythrin-conjugated anti-CD44 (1M7 (103009); BioLegend); allophycocyanin-conjugated anti-CD1d -c-Kit (2B8 (105812); BioLegend); allophycocyanin-conjugated anti-CD196 (CCR6) (29-2L17 (129812); BioLegend); allophycocyanin-cyanine 5.5-conjugated anti-CD25 (PC61 (551071); BD Biosciences); Allophycocyanin-Cyanine 5.5-conjugated anti-NKp46 (29A1.4 (137609); BioLegend); anti-CD90.2 (anti-Thy-1.2; 53-2.1 (17-0902-81); eBioscience); Alexa Fluor 647 conjugated anti-CD206 (MR5D3 (123010); BioLegend); Alexa Fluor 700 conjugated anti Sca-1 (D7 (56-5981-82), eBioscience); Alexa Fluor 700-binding anti-CD4 (GK1.5 (100430); BioLegend); and Alexa Fluor 780-conjugated anti-CD11c (N418 (47-0114-82), eBioscience).Mice immune cells were stained with the following antibodies: anti -Picoerythrin-Texas red bound to human CD45 (MHCD4517; Invitrogen); anti-CD19 (H1B19 (30 2206), BioLegend), anti CD11b (ICRF44 (11-0118-42), eBioscience), anti-CD19 antibody (anti-CD3; UCHT1 (555332), BD Biosciences) BioLegend), anti-CD14 (HCD14 (325604), eBioscience) or anti-Fcε (MAR-1 (134306), BioLegend ), Alexa Fluor 647 conjugated anti-CD127 (eBioRDR5 (51-1278) -73), eBioscience).

통계 분석Statistical analysis

모든 데이터는 Prism 5 (GraphPad Software, San Diego, CA) 또는 R 소프트웨어 (버전 3.1.2)로 분석했습니다. 클러스터링 분석은 R의 히트 맵 패키지를 사용하여 수행되었습니다. 통계적 유의성은 Mann-Whitney 테스트를 사용하여 두 그룹을 비교하고 Kruskal-Wallis 테스트를 수행 한 후 post-hoc Tukey의 테스트를 통해 세 개 이상의 그룹을 비교하여 테스트했습니다. 그래픽 적 표현에서, 데이터는 평균 ±± 표준 오차로 제시되었다. 각 box plot의 수염은 10 ~ 90 백분위 수를 나타냅니다. 통계적 유의성은 * P <0.05, ** P <0.01, *** P <0.001, **** P <0.0001로 나타났다.All data were analyzed with Prism 5 (GraphPad Software, San Diego, CA) or R software (version 3.1.2). Clustering analysis was performed using R's heat map package. Statistical significance was tested by comparing the two groups using the Mann-Whitney test, performing the Kruskal-Wallis test, and then comparing three or more groups through the post-hoc Tukey's test. In graphical representation, data are presented as mean ±± standard error. The whiskers in each box plot represent the 10th to 90th percentiles. Statistical significance was found to be * P <0.05, ** P <0.01, *** P <0.001, and **** P <0.0001.

기탁기관명 : 한국생명공학연구원Name of donated institution: Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology

수탁번호 : KCTC13276BPAccession number: KCTC13276BP

수탁일자 : 2017529Consignment Date: 2017529

Claims (7)

식이-유발성 체중 증가, 포도당 불내성 또는 지방 조직 염증을 감소시키는 것을 특징으로 하는 박테로이드 불가투스(Bacteroides vulgatus) SNUG40005 균주(기탁번호 KCTC 13276BP). Bacteroides vulgatus (Bacteroides vulgatus) SNUG40005 strain (accession number KCTC 13276BP) characterized by reducing diet-induced weight gain, glucose intolerance or adipose tissue inflammation. 제 1항에 있어서, 상기 균주는 IL-12 수용체 발현 및 IL-12 수용체를 발현하는 ILC세포를 감소시키는 것을 특징으로 하는 박테로이드 불가투스(Bacteroides vulgatus) SNUG40005 균주. According to claim 1, wherein the strain is a bacteroid vulgatus (Bacteroides vulgatus ) SNUG40005 strain, characterized in that it reduces IL-12 receptor expression and IL-12 receptor-expressing ILC cells. 제 1항에 있어서, 상기 균주는 장 내 미생물 군집 중 아커멘시아 뮤시니필리아(Akkermansia muciniphila) 균주의 존재량 (abundance)을 유지시키는 것을 특징으로 하는 박테로이드 불가투스(Bacteroides vulgatus) SNUG40005 균주.The method of claim 1, wherein the strain maintains the abundance of the Akkermansia muciniphila strain in the intestinal microbial community. Bacteroides vulgatus SNUG40005 strain. 기탁번호 KCTC 13276BP를 가지는 박테로이드 불가투스(Bacteroides vulgatus) SNUG40005 균주를 유효성분으로 하는 대사성 질환 치료 또는 예방용 약학적 조성물로서,
상기 대사성 질환은 비만, 당뇨병, 고지혈증, 고콜레스테롤증, 동맥경화증, 지방간 또는 심혈관질환인, 조성물.
As a pharmaceutical composition for the treatment or prevention of metabolic diseases using the Bacteroides vulgatus SNUG40005 strain as an active ingredient, having accession number KCTC 13276BP,
The metabolic disease is obesity, diabetes, hyperlipidemia, hypercholesterolosis, arteriosclerosis, fatty liver or cardiovascular disease, the composition.
삭제delete 기탁번호 KCTC 13276BP를 가지는 박테로이드 불가투스(Bacteroides vulgatus) SNUG40005 균주를 유효성분으로 하는 대사성 질환 개선용 건강기능성 식품으로서,
상기 대사성 질환은 비만, 당뇨병, 고지혈증, 고콜레스테롤증, 동맥경화증, 지방간 또는 심혈관질환인, 식품.

As a health functional food for improving metabolic diseases using the Bacteroides vulgatus SNUG40005 strain as an active ingredient, having accession number KCTC 13276BP,
The metabolic disease is obesity, diabetes, hyperlipidemia, hypercholesterolosis, arteriosclerosis, fatty liver or cardiovascular disease, food.

삭제delete
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