BackgroundThe prevalence of mental illness, particularly depression and dementia, is increased by obesity. Here, we test the hypothesis that obesity-associated changes in gut microbiota are intrinsically able to impair neurocognitive behavior in mice.MethodsConventionally housed, nonobese, adult male C57BL/6 mice maintained on a normal chow diet were subjected to a microbiome depletion/transplantation paradigm using microbiota isolated from donors on either a high-fat diet (HFD) or control diet. Following re-colonization, mice were subjected to comprehensive behavioral and biochemical analyses.ResultsThe mice given HFD microbiota had significant and selective disruptions in exploratory, cognitive, and stereotypical behavior compared with mice with control diet microbiota in the absence of significant differences in body weight. Sequencing-based phylogenetic analysis confirmed the presence of distinct core microbiota between groups, with alterations in α- and β-diversity, modulation in taxonomic distribution, and statistically significant alterations to metabolically active taxa. HFD microbiota also disrupted markers of intestinal barrier function, increased circulating endotoxin, and increased lymphocyte expression of ionized calcium-binding adapter molecule 1, toll-like receptor 2, and toll-like receptor 4. Finally, evaluation of brain homogenates revealed that HFD-shaped microbiota increased neuroinflammation and disrupted cerebrovascular homeostasis.ConclusionsCollectively, these data reinforce the link between gut dysbiosis and neurologic dysfunction and suggest that dietary and/or pharmacologic manipulation of gut microbiota could attenuate the neurologic complications of obesity.

The human gastrointestinal microbiota plays a key homeostatic role in normal functioning of physiologic processes commonly undermined by aging. We used a previously validated 34-item frailty index (FI34) to identify changes in gut microbiota community structure associated with biological age of community-dwelling adults. Stool 16S rRNA cDNA libraries from 85 subjects ranging in age (43-79) and FI34 score (0-0.365) were deep sequenced, denoised, and clustered using DADA2. Subject biological age but not chronological age correlated with a decrease in stool microbial diversity. Specific microbial genera were differentially abundant in the lower, middle, and upper 33rd percentiles of biological age. Using Sparse Inverse Covariance Estimation for Ecological Association and Statistical Inference (SPIEC-EASI) and Weighted Gene Co-Expression Network Analysis (WGCNA), we identified modules of coabundant microbial genera that distinguished biological from chronological aging. A biological age-associated module composed of Eggerthella, Ruminococcus, and Coprobacillus genera was robust to correction for subject age, sex, body mass index, antibiotic usage, and other confounders. Subject FI34 score positively correlated with the abundance of this module, which exhibited a distinct inferred metagenome as predicted by Phylogenetic Investigation of Communities by Reconstruction of Unobserved States (PICRUSt). We conclude that increasing biological age in community-dwelling adults is associated with gastrointestinal dysbiosis.

In this study, a Ce13d DNAzyme-based electrochemical biosensor for the detection of sodium ions (Na+) in the serum was developed. The indium tin oxide (ITO) electrode was modified with Au gold nanoparticles (AuNPs), then immobilized with double-stranded DNA formed by thiol of substrate strand and enzyme strand bound via Au-S link. In the presence of Na+, the resulted Ce13d DNAzyme could preferentially bind Na+, and induced local folding of Ce13d to form a G-quadruplex-like structure, which enhanced binding ability to methylene blue (MB). By using the specificity of DNAzyme and change of its conformation, the quantitative detection of Na+ could be achieved. Thus, the developed sensing platform could identify Na+ with a linear response range of 10 nM-100 mM and a detection limit of 1.03 nM. The electrochemical biosensor also exhibited excellent selectivity for Na+ in the presence of nine interfering ions, including K+, Cu2+, Mg2+, Zn2+ and Ca2+. Furthermore, the proposed biosensor showed satisfactory results for Na+ in serum sample analysis, which highly correlated with the inductively coupled plasma atomic emission spectrometry method. This work demonstrated a simple and reliable method for Na+ in serum, which opens the way for potential applications in disease diagnosis and environmental testing.

Abstract Alcohol Use Disorder (AUD) is a complex and widespread disease with limited pharmacotherapies. Preclinical animal models of AUD use a variety of voluntary alcohol consumption procedures to recapitulate different phases of AUD including binge alcohol consumption and dependence. However, voluntary alcohol consumption in mice is widely variable rendering it difficult to reproduce results across labs. Accumulating evidence indicates that different brands of commercially available rodent chow can profoundly influence alcohol intake. In this study, we investigated the effects of three commercially available and widely used rodent diet formulations on alcohol consumption and preference in C57BL/6J mice using the 24h intermittent access procedure. The three brands of chow tested were LabDiet 5001 (LD 5001), LabDiet 5053 (LD 5053), and Teklad 2019S (TL2019S) from two companies (Research Diets and Envigo respectively). Mice fed LD5001 displayed the highest levels of alcohol consumption and preference followed by LD5053 and TL2019S. We also found that alcohol consumption and preference could be rapidly switched by changing the diet 48h prior to alcohol administration. Sucrose, saccharin, and quinine preference were not altered suggesting that the diets did not alter taste perception. We also found that mice fed LD5001 displayed increased quinine-resistant alcohol intake compared to mice fed TL2019S, suggesting that diets could influence the development of “compulsive” like alcohol consumption. We profiled the gut microbiome of water and alcohol drinking mice that were maintained on different diets and found significant differences in bacterial alpha and beta diversity, which could impact gut-brain axis signaling and alcohol consumption.

Abstract Maternal separation (MS) in mice results in behavioral deficits and gut microbiota dysbiosis that all persist into adulthood. Limosilactobacillus reuteri DSM 17938 modulates gut microbiota, alters systemic metabolites, and facilitates immune regulation. To assess the effect of DSM 17938 on biochemical and behavioural stress-associated changes, newborn mice were exposed to unpredictable MS (MSU) daily from day 7 to day 20 of life, with intragastric administration of DSM 17938 or PBS as control. Body weight, brain levels of cholecystokinin (CCK), glial fibrillary acidic protein (GFAP), corticosterone, and stool microbiota were assessed at day 21. Behaviour tests including Y-maze (YMT), Tail Suspension (TST), and Open Field (OFT) were evaluated in adult mice. MSU resulted in a decrease in early postnatal growth, which improved with DSM 17938. Reduced CCK and increased corticosterone brain levels due to MSU were reversed by DSM 17938. GFAP levels increased with MSU, indicating that the decreased brain CCK was likely secondary to neuronal damage. DSM 17938 treated offspring demonstrated better cognitive function and less anxious behaviour in adult behaviour tests. DSM 17398 corrected stress related gut microbial dysbiosis. In conclusion, early life modulation of gut microbiota by DSM 17938 had beneficial effects on stress-associated physical and biochemical changes caused by MS in neonates and on subsequent adult behaviour.