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Human gut microbiome and metabolite dynamics under simulated microgravity

Ramos-Nascimento, Ana und Grenga, Lucia und Haange, Sven-Bastiaan und Himmelmann, Alexandra und Arndt, Franca Sabine und Ly, Yen-Tran und Miotello, Guylaine und Pible, Olivier und Jehmlich, Nico und Engelmann, Beatrice und von Bergen, Martin und Mulder, Edwin und Frings-Meuthen, Petra und Hellweg, Christine Elisabeth und Jordan, Jens und Rolle-Kampczyk, Ulrike und Armengaud, Jean und Moeller, Ralf (2023) Human gut microbiome and metabolite dynamics under simulated microgravity. Gut Microbes, 15 (2), Seite 2259033. Taylor & Francis. doi: 10.1080/19490976.2023.2259033. ISSN 1949-0976.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1080/19490976.2023.2259033

Kurzfassung

The Artificial Gravity Bed Rest – European Space Agency (AGBRESA) study was the first joint bed rest study by ESA, DLR, and NASA that examined the effect of simulated weightlessness on the human body and assessed the potential benefits of artificial gravity as a countermeasure in an analog of long-duration spaceflight. In this study, we investigated the impact of simulated microgravity on the gut microbiome of 12 participants during a 60-day head-down tilt bed rest at the :envihab facilities. Over 60 days of simulated microgravity resulted in a mild change in the gut microbiome, with distinct microbial patterns and pathway expression in the feces of the countermeasure group compared to the microgravity simulation-only group. Additionally, we found that the countermeasure protocols selectively increased the abundance of beneficial short-chain fatty acids in the gut, such as acetate, butyrate, and propionate. Some physiological signatures also included the modulation of taxa reported to be either beneficial or opportunistic, indicating a mild adaptation in the microbiome network balance. Our results suggest that monitoring the gut microbial catalog along with pathway clustering and metabolite profiling is an informative synergistic strategy to determine health disturbances and the outcome of countermeasure protocols for future space missions. Plain Language Summary The future of spaceflight will involve missions beyond the International Space Station or the Moon and astronaut’s health will be challenged by a harsh space environment for longer periods. In the last decade, the intestine has gained importance in dictating overall physiology and we explore it as an additional indicator of health during our ground-based bed rest study simulating microgravity for 60 days. Through the analysis of fecal proteins, we compile the catalog of microbes colonizing the gut of the 12 participants along with the implicated biological activity of the proteins and another 9 lipid analytes. We found specific microbes associated with recovery or healthy status in our subjects to be increased during spaceflight countermeasure conditions and inverse observations in subjects subjected to perilous spaceflight simulation. Our approach improves the functional characterization of the gut by the use of noninvasive methodology correlating the microbial composition of human stool samples with physiological status.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/197592/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Human gut microbiome and metabolite dynamics under simulated microgravity
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ramos-Nascimento, AnaAna.Nascimento (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2437-3445NICHT SPEZIFIZIERT
Grenga, LuciaUniversité Paris-Saclay, CEA, INRAE, Département Médicaments et Technologies pour la Santé (DMTS), SPI, Bagnols sur Cèze, Francehttps://orcid.org/0000-0001-5560-1717NICHT SPEZIFIZIERT
Haange, Sven-BastiaanDepartment of Metabolomics, UFZ-Helmholtz Centre for Environmental Research Leipzig, Leipzig, Germanyhttps://orcid.org/0000-0003-2952-1152NICHT SPEZIFIZIERT
Himmelmann, AlexandraAlexandra.Himmelmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0003-9478-1185NICHT SPEZIFIZIERT
Arndt, Franca SabineFranca.Arndt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0977-3969143094046
Ly, Yen-TranYen-Tran.Ly (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0007-0048-0218143094049
Miotello, GuylaineUniversité Paris-Saclay, CEA, INRAE, Département Médicaments et Technologies pour la Santé (DMTS), SPI, Bagnols sur Cèze, Francehttps://orcid.org/0000-0002-2398-1249NICHT SPEZIFIZIERT
Pible, OlivierUniversité Paris-Saclay, CEA, INRAE, Département Médicaments et Technologies pour la Santé (DMTS), SPI, Bagnols sur Cèze, Francehttps://orcid.org/0000-0003-4398-6730NICHT SPEZIFIZIERT
Jehmlich, NicoDepartment of Metabolomics, UFZ-Helmholtz Centre for Environmental Research Leipzig, Leipzig, Germanyhttps://orcid.org/0000-0002-5638-6868NICHT SPEZIFIZIERT
Engelmann, BeatriceDepartment of Metabolomics, UFZ-Helmholtz Centre for Environmental Research Leipzig, Leipzig, Germanyhttps://orcid.org/0000-0002-8807-9651NICHT SPEZIFIZIERT
von Bergen, MartinDepartment of Metabolomics, UFZ-Helmholtz Centre for Environmental Research Leipzig, Leipzig, Germanyhttps://orcid.org/0000-0003-2732-2977NICHT SPEZIFIZIERT
Mulder, EdwinEdwin.Mulder (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1200-5792NICHT SPEZIFIZIERT
Frings-Meuthen, PetraPetra.Frings-Meuthen (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5291-4419NICHT SPEZIFIZIERT
Hellweg, Christine ElisabethChristine.Hellweg (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2223-3580NICHT SPEZIFIZIERT
Jordan, JensJens.Jordan (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4518-0706NICHT SPEZIFIZIERT
Rolle-Kampczyk, UlrikeDepartment of Metabolomics, UFZ-Helmholtz Centre for Environmental Research Leipzig, Leipzig, Germanyhttps://orcid.org/0000-0002-7728-6284NICHT SPEZIFIZIERT
Armengaud, JeanUniversité Paris-Saclay, CEA, INRAE, Département Médicaments et Technologies pour la Santé (DMTS), SPI, Bagnols sur Cèze, Francehttps://orcid.org/0000-0003-1589-445XNICHT SPEZIFIZIERT
Moeller, RalfRalf.Moeller (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2371-0676NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:25 September 2023
Erschienen in:Gut Microbes
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:15
DOI:10.1080/19490976.2023.2259033
Seitenbereich:Seite 2259033
Verlag:Taylor & Francis
ISSN:1949-0976
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Gut microbiome, gut metabolites, functional analysis, metaproteomics, SCFA, microgravity, spaceflight, AGBRESA, bed rest study
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt ISS LIFE 2.0
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Strahlenbiologie
Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Leitungsbereich ME
Hinterlegt von: Kopp, Kerstin
Hinterlegt am:27 Sep 2023 10:38
Letzte Änderung:27 Sep 2023 10:38

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