The impact of metallic nanoparticles on gut fermentation processes: An integrated metabolomics and metagenomics approach following an in vitro digestion and fecal fermentation model

代谢组 化学 发酵 代谢组学 真细菌 代谢物 生物化学 肠道菌群 基因组 微生物学 生物 细菌 色谱法 基因 遗传学
作者
Filippo Vaccari,Leilei Zhang,Luigi Lucini,Alfio Dario Grasso,Francesca Bandini,Pascual García-Pérez,Chiara Copat,Luigi Lucini,Margherita Dall’Asta,Margherita Ferrante,Edoardo Puglisi
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:453: 131331-131331 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.131331
摘要

Metallic nanoparticles (MNPs) are becoming widespread environmental contaminants. They are currently added to several food preparations and cause a fast-growing concern for human health. The present work aims to assess the impact of zinc oxide (ZnO), titanium dioxide (TiO2), and silver (Ag) nanoparticles (NPs) on the human gut metabolome and microbiome. Water samples spiked with two different concentrations of each MNPs were subjected to in-vitro gastrointestinal digestion and in-vitro large intestine fermentation. The effects of the treatments were determined through 16 S amplicon sequencing and untargeted metabolomics. Multi-omics data integration was then applied to correlate the two datasets. MNPs treatments modulated the microbial genera Bifidobacterium, Sutterella, Escherichia and Bacteroides. The treatments, especially the lower concentrations of Ag and ZnO, caused modulation of indole derivatives, peptides, and metabolites related to protein metabolism in the large intestine. Notably, these metabolites are implicated in ulcerative colitis and inflammatory bowel disease. TiO2 NPs treatment in all concentrations increased E.coli relative abundance and decreased the abundance of B. longum. Moreover, for TiO2, an enrichment in proinflammatory lipid mediators of arachidonic acid metabolites, such as prostaglandin E2 and leukotrienes B4, was detected. For all metals except TiO2, low NP concentrations promoted differentiated profiles, thus suggesting that MNPs aggregation can limit adverse effects on living cells.
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