Dietary fiber content in clinical ketogenic diets modifies the gut microbiome and seizure resistance in mice

生酮饮食 微生物群 纤维 基因组 生物 膳食纤维 癫痫 医学 基因 生物信息学 遗传学 食品科学 化学 神经科学 有机化学
作者
Ezgi Özcan,Kristie B. Yu,Lyna Dinh,Gregory R. Lum,Katie Lau,Jessie J. Hsu,Mariana Arino,Jorge Páramo,Arlene Romero-Lopez,Elaine Y. Hsiao
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:16 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-025-56091-7
摘要

Abstract The gut microbiome modulates the anti-seizure effects of the ketogenic diet, but how specific dietary formulations differentially modify the gut microbiome in ways that impact seizure outcome is poorly understood. We find that medical ketogenic infant formulas vary in macronutrient ratio, fat source, and fiber content and differentially promote resistance to 6-Hz seizures in mice. Dietary fiber, rather than fat ratio or source, drives substantial metagenomic shifts in a model human infant microbial community. Addition of fiber to a fiber-deficient ketogenic formula restores seizure resistance, and supplementing protective formulas with excess fiber potentiates seizure resistance. By screening 13 fiber sources and types, we identify metagenomic responses in the model community that correspond with increased seizure resistance. Supplementing with seizure-protective fibers enriches microbial genes related to queuosine biosynthesis and preQ 0 biosynthesis and decreases genes related to sucrose degradation and TCA cycle, which are also seen in seizure-protected mice that are fed fiber-containing ketogenic formulas. This study reveals that different formulations of ketogenic diets, and dietary fiber content in particular, differentially impact seizure outcome in mice, likely by modifying the gut microbiome. Understanding interactions between diet, microbiome, and host susceptibility to seizures could inform novel microbiome-guided approaches to treat refractory epilepsy.
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