Diurnal Variations in Digestion and Flow Drive Microbial Dynamics in the Gut
Notice bibliographique
Résumé
The human large intestine harbors a highly dynamic microbial ecosystem in which growing microbes regularly replenish biomass lost via feces. Elucidating these population dynamics is important as studies increasingly indicate a direct link between microbial density imbalances in the large intestine and host immune responses, colonic cell physiology, as well as disease development. However, given the strong changes in microbial growth, biomass, and intestinal fluid flow throughout the day, gaining a better understanding of these population dynamics remains a major challenge. Leveraging experimental data on fluid turnover, nutrient supply, and microbial growth, we here derive a biophysical model of microbial population dynamics in the proximal large intestine. We show how the digestion of meals in batches triggers strong fluctuations in fluid movement and bacteria growth. Comparing different model scenarios, we further analyze how the expandable nature of the proximal large intestine, the presence of a pouch-like cecum off major flow paths, and the periodic exit of luminal content via “mass movements” are required in combination to maintain the high microbial population observed in the proximal large intestine. As the microbial population undergoes several bottlenecks followed by rapid growth each day, the effective population size in the proximal large intestine is small, <a:math xmlns:a="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <a:mrow> <a:msub> <a:mi>N</a:mi> <a:mi>e</a:mi> </a:msub> <a:mo>∼</a:mo> <a:msup> <a:mrow> <a:mn>10</a:mn> </a:mrow> <a:mn>7</a:mn> </a:msup> <a:mo>−</a:mo> <a:msup> <a:mrow> <a:mn>10</a:mn> </a:mrow> <a:mn>11</a:mn> </a:msup> </a:mrow> </a:math> , promoting the rapid evolution of microbes. The diurnal fluctuations in flow also hamper the accumulation of slower-growing bacteria and lead to substantial variations in the uptake of fermentation products by the host. Our findings underscore the complex interplay between population dynamics of the gut microbiota, fluid flow, and bacterial growth with important consequences for the microbiome and the host.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».