文摘
金属和非金属的生物转化为挥发性甲基化衍生物,在厌氧条件下培养微生物(如哺乳动物肠道微生物群)中扮演一个重要的角色在传播这些化合物在环境中。在本文中,我们说明的存在提供了一个完整的肠道菌群的老鼠条件必要条件生产的主要有毒的衍生品。记录的肠道微生物群的不可或缺的作用使甲基化金属和非金属波动衍生品在活的有机体内条件,我们比较传统的甲基化能力提高(CONV)和无菌(GF) B6-mice美联储食物含有胶体铋subcitrate (CBS)的起始物料的形成不稳定的甲基化金属(根)。Permethylated波动trimethylbismuth (CH3)3Bi)只是传统的血液中检测到老鼠。与此同时,更高的铋浓度被发现在器官如肝、肺、睾丸,CONV老鼠的大脑相比GF老鼠(),强烈建议肠道biomethylation铋及其之间的相关性在哺乳动物组织中积累。
1。介绍
金属和非金属的生物转化到挥发性甲基化衍生物引起生态和健康问题,因为这个过程增加了毒性和相应的元素分布在我们的环境中(例如,某人,Te和Bi) (1- - - - - -7]。在厌氧条件下培养微生物,特别是methanoarchaea(例如,在湿地,湖泊沉积物、污水污泥、垃圾填埋场),负责这个过程(2,8- - - - - -12]。我们实验室最近的报告表明,这些转换也催化了来自哺乳动物肠道的微生物群:我们发现了非原位生产挥发性金属(根)在人类粪便样品和孤立的肠道的内容片段的传统(但不是无菌的)后小鼠摄入含有铋制药(11]或纯文化中常见的肠道methanoarchaea和细菌(13]。的毒性trimethylbismuth (TMBi)被发现约两个数量级高相比,无机铋在动物实验(5),以及最近的研究在细胞毒性4),甲基化铋的生产由肠道biomethylation物种潜在的健康问题。
然而,所有的研究到目前为止关于肠道菌群的作用下金属和非金属进行甲基化的非原位在生物条件、生理条件到目前为止一直遭到忽视。我们目前的研究解决了这赤字通过分析肠道菌群的作用在金属(根)转换为不稳定的甲基化衍生物在活的有机体内传统的比较研究提出(CONV)和无菌(GF)老鼠胶体铋subcitrate包含食物(CBS)。喂食后14天,挥发性铋化合物的形成是紧随其后的是血液中确定其内容的动物使用purge-and-trap气相色谱用连字符连接到特定于元素的检测电感耦合等离子体质谱法(PT-GC / icp)。此外,肠道的影响microbiocenosis吸收的总含量的分析研究了铋铋的器官。传统提高了老鼠,这并非美联储与含有食物的铋,作为对照组。
铋是用作金属模型起始物料(根)甲基化在当下研究由于其普遍存在在我们的环境中由于它的重要性在技术应用程序(例如,化妆品添加剂、催化剂、工业色素、合金和陶瓷(14])和在卫生保健(抗菌剂在药物治疗消化性溃疡引起的幽门螺旋杆菌)。很长一段时间,被认为是一个更少的有毒元素铋但自1970年代广泛接受高剂量治疗与铋subgallate subnitrate可以引起严重的脑病,肾功能衰竭,基因毒性效应(15- - - - - -17]。然而,哥伦比亚广播公司(CBS)的临床使用似乎并未引起神经毒性(18]。
2。材料和方法
2.1。处理和喂养的老鼠
喂养实验CONV和GF B6-mice(亩,男性,年龄在12到17周)。依照德国所有实验进行了动物实验动物福利法案。畜牧业为CONV老鼠是由中央医院埃森大学动物实验室和GF小鼠饲养在动物中心大学的乌尔姆在无菌条件下,保持在一个无菌隔离器。
单独的动物被安置在标准Macrolone笼子类型III(38由22个15厘米)用软木层材料(类型年代3/4,嗅嗅GmbH是一家,所以,德国)在标准实验室条件下(12 h light-12-h黑暗与光周期在8点。温度、21 + /−1°C;相对湿度55% + /−10%)。CONV和GF老鼠热压处理过的,标准的饮食富含胶体铋subcitrate (CBS)获得De-Noltab(我去地狱谷野生猴园欧洲帐面价值、荷兰)和最后一个铋含量50毫克公斤−1(嗅嗅V1534Bi GmbH是一家,所以,德国)。饮食和瓶装的自来水都是可用的随意。老鼠的铋吸收bismuth-enriched期间饮食计算是大约8.3毫克公斤1一天−1。传统提高热压处理过的老鼠,商业标准鼠标饮食没有CBS(嗅V1534)作为控制动物。
14天的喂养实验三组:(我)美联储CONV控制老鼠(3个人)与标准饮食,(2)CONV老鼠分成8组3个人(24 CONV白鼠bismuth-enriched饮食),(3)GF小鼠分为7组与3 - 5个人每个(28 GF白鼠bismuth-containing chow)。
2.2。抽样的小鼠的血液和器官组织
经过14天的喂养与标准或CBS-containing饮食,老鼠与氯胺酮麻醉/ xylazine-narcosis(120毫克公斤−1体重或13毫克公斤−1体重、职责;i.p)。提取血液通过心脏穿刺在无菌条件下,立即转移到热压处理过的,充满氦气,gas-tight-sealed 120毫升玻璃小瓶含有a出价1‰沫剂(消泡剂289 Sigma-Aldrich Taufkirchen,德国)和肝素(750毫升−1Ratiopharm,乌尔姆,德国)。增加可靠的样本体积测定挥发性的导数,三到五个老鼠的血液汇集在子组总量的3 - 4毫升血液。颈椎脱位后,小鼠解剖和器官(肝、肺、肾、睾丸和大脑)被存储在−80°C,直到总铋浓度在这些组织的分析。物种形成分析后12小时内进行取样。
2.3。物种形成和量化的挥发性甲基化铋
动荡的铋顶部空间的血液样本进行了分析使用修改后的purge-and-trap气相色谱系统(PT-GC)耦合电感耦合等离子体质谱仪(icp) (Fisons VG,等离子体四(二)作为一个特定于元素检测器如前所述[8]。GC的铋物种淋洗柱被icp在线检测的质量/电荷比率m / z209年,检测挥发性物种的身份被沸点保证色谱保留时间相关性(沸点(CH3)3Bi在760毫米汞柱= 108.8°C导致150年代在给定条件下的保留时间)。分析物的检测极限(LOD)计算3σ基于基线的噪声标准,1.5 fmol铋。整瓶的顶部空间(~ 105毫升取决于血液中提取的体积)被清除,被困了五分钟。的完整性(CH3)3Bi移除从血液中被重复验证清洗和陷阱的过程。的内容(CH3)3Bi是计算/ g血湿重。
2.4。总金属分析器官组织
器官的铋含量确定均质化后的组织使用Microdismembrator年代(缝匠肌、哥廷根)。匀浆是干在110°C恒重。整除(0.1到0.5 g)的干HNO匀浆悬浮在4毫升3subboiled(65%)和2毫升H2O2(30%,Suprapur;默克公司,达姆施塔特,德国),消化microwave-accelerated反应系统(火星5;杰姆,坎普Lintfort,德国)和分析ICP-MS-analysis如前所述[11]。总金属含量称为g干重。统计数据的非参数Mann-Whitney-WilcoxonU测试使用。
3所示。结果与讨论
3.1。铋的变换其Permethylated波动导数(CH3)3Bi老鼠需要一个完整的肠道菌群
来评估小鼠的肠道菌群的作用将金属(根)转换成他们的挥发性甲基化衍生物在活的有机体内条件,我们确定的内容血液中的挥发性铋化合物(即CONV老鼠。,mice with intact intestinal microbiota) compared to that of GF mice, both fed with CBS-enriched chow. For that purpose, the blood of the mice was extracted via cardiac puncture and analyzed for volatile bismuth compounds after a feeding period of two weeks. As shown in Table1permethylated (CH3)3Bi是唯一的挥发性化合物,它可以完全被发现血液中的CONV再辅以CBS-enriched chow老鼠。无论是与CBS-enriched chow GF老鼠的血液或血液中CONV老鼠没有CBS-enriched chow (CONV控制老鼠)(CH3)3Bi可以观察到。这个结果清楚地表明,肠道菌群的存在是必需的金属(根)转变成他们volatile-methylated衍生品。最有可能,微生物群本身负责下的转换在活的有机体内已经提出的各种条件非原位分析文化来源于肠道微生物群(11,13]。然而,我们不能排除上皮和/或间充质细胞的老鼠在一定程度上有助于这些转换过程在活的有机体内环境暗示,完整的肠道菌群引起这样一个活动。
先前的研究肠道biovolatilization铋的人类粪便样本和人类呼吸摄入后铋有极高的个人间变异性的5所示11),3个数量级(19),分别。在这项研究中,的变化(CH3)3Bi内容中观察到不同的子组的血CONV老鼠是依照以前的研究11)从6.2到71.4 fmol g−1王冬等。平均值为21.6±22.1 fmol g−1王冬等。()。考虑到畜牧业的高度标准化条件应用在这项研究中,这可能相对较高的变化反映了不同的肠道菌群的组成及其代谢活动在测试人群。
3.2。甲基化铋是伴随着铋的积累在器官组织
检测甲基化的影响对铋的哺乳动物生物的吸收,可能导致毒性作用的衍生化铋,铋含量的肝、肺、肾脏、睾丸和大脑CONV和GF老鼠被微波消化和随后的调查分析。有趣的是,所有器官组织测试的铋含量明显高于CONV老鼠比女朋友老鼠(图1),这表明肠道microbiocenosis肠中增加了铋的生物利用度。而动员铋的螯合作用可能会发挥重要作用在这个过程中,甲基化铋物种的形成产生的CONV老鼠可以显著贡献。起初,甲基化金属(根)物种可以更容易透过细胞膜因hydrophobicity-accumulated较高的细胞内部的络合与各种化合物和因此永久扰乱血。接下来,形成permethylated trimethylbismuth收益通过部分甲基化mono和二甲基铋,不通过GC-ICP-MS由于波动率较低,但也有助于增加bioaccessibility由于biomethylation铋。
铋的相对含量高的肾脏CONV老鼠和GF老鼠可能是由于无机铋的主要部分是通过泌尿系统排出在哺乳动物17]。CONV控制老鼠的器官组织有食物没有铋,只有少量的铋接近LOD检测作为ICP-MS-analysis预期。
4所示。结论
观察,只有CONV小鼠肠道菌群但不是女朋友拥有一个完整的老鼠能够变换铋permethylated导数(CH3)3Bi证明肠道微生物群的不可或缺的作用使甲基化金属和非金属挥发性有机体的衍生品。
挥发性的检测(CH3)3Bi CONV老鼠的血液与CBS包含食物可能是一些健康的相关性。显然,甲基化铋的波动导数(CH3)3Bi促进金属的分散在哺乳动物有机体通过血液导致显著积累铋器官组织,可能由于其甲基化引起的疏水性增加,从而增加细胞膜的相互作用和渗透。评估产生的健康风险,铋物种积累在整个有机体及其国际米兰——组织和细胞内的交互必须确定。
缩写
| LOD: | 检测极限 |
| (CH3)3Bi: | Trimethylbismuth |
| 哥伦比亚广播公司: | 胶体铋subcitrate |
| CONV老鼠: | 通常的凸起的老鼠 |
| GF老鼠: | 无菌鼠 |
| PT-GC系统: | Purge-and-trap气相色谱系统 |
| 摘要: | 电感耦合等离子体质谱仪。 |
承认
工作是德意志Forschungsgemeinschaft的赠款支持(DFG)作为脱硫项目的一部分群体PAK 342:“金属(根)生物转化在人类肠道铋的例证。”