#METABOLOMICS WORKBENCH cnoecker_20230321_174312 DATATRACK_ID:3802 STUDY_ID:ST002513 ANALYSIS_ID:AN004139 VERSION 1 CREATED_ON 02-08-2024 #PROJECT PR:PROJECT_TITLE Systems biology illuminates the alternative metabolic niche of the human gut PR:PROJECT_TITLE bacterium Eggerthella lenta PR:PROJECT_TYPE Untargeted LC-MS PR:PROJECT_SUMMARY Human gut bacteria perform diverse metabolic functions with consequences for PR:PROJECT_SUMMARY host health. The prevalent and disease-linked Actinobacterium Eggerthella lenta PR:PROJECT_SUMMARY performs several unusual chemical transformations, but it does not metabolize PR:PROJECT_SUMMARY sugars and its core growth strategy remains unclear. To obtain a comprehensive PR:PROJECT_SUMMARY view of the metabolic network of E. lenta, we generated several complementary PR:PROJECT_SUMMARY resources: defined culture media, metabolomics profiles of strain isolates, and PR:PROJECT_SUMMARY a curated genome-scale metabolic reconstruction. Stable isotope-resolved PR:PROJECT_SUMMARY metabolomics revealed that E. lenta uses acetate as a key carbon source while PR:PROJECT_SUMMARY catabolizing arginine to generate ATP, traits which could be recapitulated in PR:PROJECT_SUMMARY silico by our updated metabolic model. We compared these in vitro findings with PR:PROJECT_SUMMARY metabolite shifts observed in E. lenta-colonized gnotobiotic mice, identifying PR:PROJECT_SUMMARY shared signatures across environments and highlighting catabolism of the host PR:PROJECT_SUMMARY signaling metabolite agmatine as an alternative energy pathway. Together, our PR:PROJECT_SUMMARY results elucidate a distinctive metabolic niche filled by E. lenta in the gut PR:PROJECT_SUMMARY ecosystem. PR:INSTITUTE University of California, San Francisco PR:DEPARTMENT Microbiology and Immunology PR:LABORATORY Peter Turnbaugh PR:LAST_NAME Noecker PR:FIRST_NAME Cecilia PR:ADDRESS 513 Parnassus Ave HSW1501, San Francisco, CA 94143 PR:EMAIL cecilia.noecker@ucsf.edu PR:PHONE 415-502-3264 PR:FUNDING_SOURCE This work was supported by the National Institutes of Health (2R01HL122593; PR:FUNDING_SOURCE 1R01AT011117; 1R01DK114034 to P.J.T., F32GM140808 to C.N.). P.J.T. is a Chan PR:FUNDING_SOURCE Zuckerberg Biohub Investigator and held an Investigators in the Pathogenesis of PR:FUNDING_SOURCE Infectious Disease Award from the Burroughs Wellcome Fund. PR:PUBLICATIONS https://doi.org/10.1101/2022.09.19.508335 PR:DOI http://dx.doi.org/10.21228/M89B04 #STUDY ST:STUDY_TITLE Gnotobiotic mice: Metabolites in serum of germ-free mice colonized with strains ST:STUDY_TITLE of gut bacterium Eggerthella lenta ST:STUDY_TYPE Untargeted LC-MS ST:STUDY_SUMMARY This dataset contains untargeted metabolomics analysis of serum of gnotobiotic ST:STUDY_SUMMARY mice either colonized with different strains of Eggerthella lenta for 2 weeks, ST:STUDY_SUMMARY or germ-free controls. ST:INSTITUTE University of California, San Francisco ST:LAST_NAME Noecker ST:FIRST_NAME Cecilia ST:ADDRESS 513 Parnassus Ave HSW1501, San Francisco, CA 94143 ST:EMAIL cecilia.noecker@ucsf.edu ST:PHONE 415-502-3264 ST:SUBMIT_DATE 2023-03-21 #SUBJECT SU:SUBJECT_TYPE Mammal SU:SUBJECT_SPECIES Mus musculus SU:TAXONOMY_ID 10090 SU:GENOTYPE_STRAIN C57BL/6J SU:AGE_OR_AGE_RANGE 6-10 weeks SU:GENDER Male SU:ANIMAL_ANIMAL_SUPPLIER University of California, San Francisco Gnotobiotics core facility #SUBJECT_SAMPLE_FACTORS: SUBJECT(optional)[tab]SAMPLE[tab]FACTORS(NAME:VALUE pairs separated by |)[tab]Additional sample data SUBJECT_SAMPLE_FACTORS - Serum_El15644_6 SampleType:- | Group:- Replicate=-; Cage=-; RAW_FILE_NAME=Neg_Serum_El15644_6.raw; RAW_FILE_NAME=Pos_Serum_El15644_6.raw; RAW_FILE_NAME=Neg_Serum_El15644_6.mzML; RAW_FILE_NAME=Pos_Serum_El15644_6.mzML SUBJECT_SAMPLE_FACTORS 14 Serum_El15644_14 SampleType:Serum | Group:El15644 Replicate=14; Cage=7; RAW_FILE_NAME=Neg_Serum_El15644_14.raw; RAW_FILE_NAME=Pos_Serum_El15644_14.raw; 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Briefly, C57BL/6J mice (males, ages 4-8 CO:COLLECTION_SUMMARY weeks) were obtained from the University of California, San Francisco CO:COLLECTION_SUMMARY Gnotobiotics core facility (gnotobiotics.ucsf.edu) and housed in Iso positive CO:COLLECTION_SUMMARY cages (Tecniplast). Mice were colonized via oral gavage with E. lenta CO:COLLECTION_SUMMARY monocultures (109 CFU/mL, 200 μl gavage, n=6 E. lenta DSM 2243, n=5 E. lenta CO:COLLECTION_SUMMARY DSM 15644, n=4 E. lenta AB12n2) or control media (n=5 GF). Colonization was CO:COLLECTION_SUMMARY confirmed via anaerobic culturing and/or qPCR for an E. lenta specific marker CO:COLLECTION_SUMMARY (elnmrk1) [10,26]. Mice were colonized for 2 weeks prior to sacrifice and sample CO:COLLECTION_SUMMARY collection. Serum samples were collected. CO:SAMPLE_TYPE Blood (serum) CO:COLLECTION_FREQUENCY single time point (2 weeks after colonization) CO:STORAGE_CONDITIONS -80℃ #TREATMENT TR:TREATMENT_SUMMARY Mice were colonized via oral gavage with E. lenta monocultures (109 CFU/mL, 200 TR:TREATMENT_SUMMARY μl gavage, n=6 E. lenta DSM 2243, n=5 E. lenta DSM 15644, n=4 E. lenta AB12n2) TR:TREATMENT_SUMMARY or control media (n=5 GF). Colonization was confirmed via anaerobic culturing TR:TREATMENT_SUMMARY and/or qPCR for an E. lenta specific marker (elnmrk1). Mice were colonized for 2 TR:TREATMENT_SUMMARY weeks prior to sacrifice and sample collection. Samples were collected of ileal, TR:TREATMENT_SUMMARY cecal, and colonic contents, as well as serum. #SAMPLEPREP SP:SAMPLEPREP_SUMMARY Serum samples were first thawed on wet ice. 20 μL of serum was extracted with 4 SP:SAMPLEPREP_SUMMARY volumes of methanol, containing stable isotope labeled internal standards. SP:SAMPLEPREP_SUMMARY Samples were homogenized by vortexing for 20 seconds and placed in a -20oC for 1 SP:SAMPLEPREP_SUMMARY hour to maximize protein precipitation. After freezer incubation, samples were SP:SAMPLEPREP_SUMMARY centrifuged at 4oC at 18,407 rcf for 5 minutes. Supernatant was removed and SP:SAMPLEPREP_SUMMARY dried under vacuum via centrivap (Labconco Corp.). Dried samples were then SP:SAMPLEPREP_SUMMARY resuspended in 30 μL of 80% acetonitrile in water containing exogenous standard SP:SAMPLEPREP_SUMMARY CUDA at 60 ng/mL. Samples were maintained at 4oC prior to prompt analysis. #CHROMATOGRAPHY CH:CHROMATOGRAPHY_SUMMARY Samples, pools, and blanks were promptly added to a Thermo Vanquish Autosampler CH:CHROMATOGRAPHY_SUMMARY at 4°C in a Vanquish UHPLC (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA). CH:CHROMATOGRAPHY_SUMMARY Chromatographic separation was performed using an ACQUITY Bridged Ethylene CH:CHROMATOGRAPHY_SUMMARY Hybrid (BEH) Amide column 2.1 x 150 mm, 1.7-micron particle size, (Waters Corp. CH:CHROMATOGRAPHY_SUMMARY Milford, MA), using chromatographic conditions published elsewhere (HILIC method CH:CHROMATOGRAPHY_SUMMARY described in the Supplementary Methods of doi.org/10.1038/s41586-021-03707-9). CH:INSTRUMENT_NAME Thermo Vanquish CH:COLUMN_NAME Waters ACQUITY UPLC BEH Amide (150 x 2.1mm,1.7um) CH:COLUMN_TEMPERATURE 40 CH:FLOW_GRADIENT The gradient profile was held at 100% B for 2 minutes, from 100% B to 70% B in 5 CH:FLOW_GRADIENT minutes, holding at 70% B for 0.7 minute, from 70% B to 40% B for 1.3 minutes, CH:FLOW_GRADIENT holding at 40% B for 0.5 minutes, from 40% B to 30% B for 0.75 minutes, before CH:FLOW_GRADIENT returning to 100% B for 2.5 minutes and holding at 100% B for 4 minutes. CH:FLOW_RATE 400 μL per minute CH:SOLVENT_A 100% water; 0.125% formic acid; 10 mM ammonium formate, pH 3 CH:SOLVENT_B 95% acetonitrile/5% water; 0.125% formic acid; 10 mM ammonium formate CH:CHROMATOGRAPHY_TYPE HILIC #ANALYSIS AN:ANALYSIS_TYPE MS #MS MS:INSTRUMENT_NAME Thermo Q Exactive HF hybrid Orbitrap MS:INSTRUMENT_TYPE Orbitrap MS:MS_TYPE ESI MS:MS_COMMENTS Full MS-ddMS2 data was collected, an inclusion list was used to prioritize MS2 MS:MS_COMMENTS selection of metabolites from our in-house ‘local’ library, when additional MS:MS_COMMENTS scan bandwidth was available MS2 was collected in a data-dependent manner. Mass MS:MS_COMMENTS range was 60-900 mz, resolution was 60k (MS1) and 15k (MS2), centroid data was MS:MS_COMMENTS collected, loop count was 4, isolation window was 1.5 Da. Metabolomics data was MS:MS_COMMENTS processed using MS-DIAL v4.60. Features were excluded from analysis if peak MS:MS_COMMENTS height was not at least 5-fold greater in one or more samples compared to the MS:MS_COMMENTS procedural blank average. MS:ION_MODE NEGATIVE #MS_METABOLITE_DATA MS_METABOLITE_DATA:UNITS relative ion counts MS_METABOLITE_DATA_START Samples Serum_El15644_14 Serum_El15644_21 Serum_El15644_22 Serum_El15644_23 Serum_El15644_7 Serum_El2243_12 Serum_El2243_13 Serum_El2243_24 Serum_El2243_25 Serum_El2243_4 Serum_El2243_5 Serum_ElAB12n2_18 Serum_ElAB12n2_28 Serum_ElAB12n2_29 Serum_ElAB12n2_30 Serum_GF_1 Serum_GF_2 Serum_GF_26 Serum_GF_27 Serum_GF_3 Factors SampleType:Serum | Group:El15644 SampleType:Serum | Group:El15644 SampleType:Serum | Group:El15644 SampleType:Serum | Group:El15644 SampleType:Serum | Group:El15644 SampleType:Serum | Group:El2243 SampleType:Serum | Group:El2243 SampleType:Serum | Group:El2243 SampleType:Serum | Group:El2243 SampleType:Serum | Group:El2243 SampleType:Serum | Group:El2243 SampleType:Serum | Group:ElAB12n2 SampleType:Serum | Group:ElAB12n2 SampleType:Serum | Group:ElAB12n2 SampleType:Serum | Group:ElAB12n2 SampleType:Serum | Group:GF SampleType:Serum | Group:GF SampleType:Serum | Group:GF SampleType:Serum | Group:GF SampleType:Serum | Group:GF 10-Hydroxydecanoic acid 5489177.0000 5716856.0000 6123948.0000 5527376.0000 4956270.0000 5072149.0000 5312469.0000 7534054.0000 5641622.0000 4929676.0000 5410162.0000 7075422.0000 5195730.0000 7028816.0000 7284012.0000 4445224.0000 3417229.0000 3213286.0000 3998295.0000 4342339.0000 1_2_4-Trihydroxybenzene 804862.0000 491044.0000 451990.0000 380614.0000 752327.0000 318030.0000 238979.0000 488150.0000 383288.0000 467419.0000 1071243.0000 434747.0000 498491.0000 268901.0000 443523.0000 446709.0000 281411.0000 182256.0000 327650.0000 270196.0000 12S-HETE 162135728.0000 152677664.0000 166057888.0000 135974672.0000 213954288.0000 146206080.0000 206663136.0000 187122656.0000 179645904.0000 166836688.0000 206578704.0000 207090720.0000 138797680.0000 137997680.0000 136109632.0000 167073632.0000 163416608.0000 142731376.0000 107060336.0000 154430816.0000 1_3-Cyclohexanedicarboxylic acid 1143021.0000 1265337.0000 1509903.0000 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acid 1245101.0000 736059.0000 779042.0000 743419.0000 1268594.0000 828722.0000 831721.0000 920893.0000 854356.0000 1123973.0000 1497019.0000 830583.0000 1185808.0000 1021436.0000 1196524.0000 875025.0000 916167.0000 910450.0000 659285.0000 816644.0000 Glu-Lys 476147.0000 300974.0000 280243.0000 269951.0000 488184.0000 316364.0000 382473.0000 314216.0000 303981.0000 537767.0000 529664.0000 318713.0000 559594.0000 352966.0000 440227.0000 379474.0000 412392.0000 358776.0000 164100.0000 330512.0000 Glutamic acid 82013624.0000 51436508.0000 73130592.0000 41957064.0000 91157624.0000 79040848.0000 67788992.0000 81167736.0000 65928148.0000 70899560.0000 90100320.0000 65961252.0000 83324256.0000 75740632.0000 84403216.0000 72423440.0000 78632968.0000 66961036.0000 57428804.0000 77997616.0000 Glutamine 170332800.0000 83179064.0000 67033728.0000 73982384.0000 143254080.0000 72527080.0000 81907432.0000 76644728.0000 78182792.0000 113127208.0000 144333840.0000 69971904.0000 140121072.0000 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9-Fluorenone 179.05513 9-Hydroperoxy-10E,12Z-octadecadienoic acid 293.21109 Adipic acid 145.04956 Alanine 88.03925 Allantoin 157.0356 Anserine 239.11438 Arabitol 151.06009 Arginine 173.10327 Aspartic acid 132.02911 Asp-Asn 246.07288 Asp-Asp 247.05656 Asp-Leu 245.11353 Azelaic acid 187.0966 beta-Hydroxymyristic acid 243.19609 Carnosine 225.09839 Cholesterol sulfate 465.30383 Citric acid 191.01872 Citrulline 174.08733 Coriolic acid 295.22702 Creatinine 112.0507 Cysteine-glutathione disulfide 425.0799 Cysteine-S-sulfate 199.96837 Cystine 239.01581 Cytidine 242.07773 Daidzein 253.05026 Deoxyuridine 227.06664 Dimethylarginine 201.13481 Dodecanedioic acid 229.14389 Dodecylbenzenesulfonic acid 325.18222 D-Tagatose 179.05499 Ergothioneine 228.08052 Erythronolactone 117.01809 erythro-Sphinganine-1-phosphate 380.25626 Fructose 1-phosphate 259.02274 Fumaric acid 115.00267 Galactitol 181.07333 gamma-Glutamylglutamine 274.10394 gamma-Glutamylleucine 259.12936 gamma-Glutamyltyrosine 309.10852 Gentianose 549.16705 Gluconic acid 195.04999 Glucosamine 6-phosphate 258.03781 Glucosan 161.04446 Glucuronic acid 193.03467 Glu-Lys 274.14047 Glutamic acid 146.04466 Glutamine 145.06056 Glutaric acid 131.03386 Glutathione 611.14386 Glu-Thr 247.09288 Gly-Asp 189.05081 Glyceraldehyde 89.02325 Gly-Glu 203.06659 Guanidoacetic acid 116.04555 Hexadecanedioic acid 285.20667 Hexanoylglycine 172.09685 Hippuric acid 178.05022 Histidine 154.06105 Hypotaurine 108.01129 Hypoxanthine 135.03012 Indolelactic acid 204.06573 Inosine 267.07291 Isoleucine 130.08633 Isovalerylglycine 158.08116 Kynurenic acid 188.03424 Leucine 130.0863 LPC 14:0 512.29742 LPC 16:0 540.32941 LPC 16:1 538.31409 LPC 18:0 568.36053 LPC 18:1 566.3443 LPC 18:2 564.32892 LPC 18:3 562.31378 LPC 19:0 582.37762 LPC 20:0 596.39233 LPC 20:1 594.37622 LPC 20:4 588.32947 LPC 20:5 586.31421 LPC 22:6 612.32947 LPC P-16:0 or LPC O-16:1 524.33435 LPE 16:0 452.27771 LPE 18:0 480.30865 LPE 18:1 478.29279 LPE 18:2 476.27713 LPE 18:3 474.26208 LPE 20:4 500.27731 LPE 20:5 498.26212 LPE 22:6 524.2771 Lysine 145.09711 Malic acid 133.01311 Mannose 6-phosphate 259.02219 Methionine sulfoxide 164.03764 Methylsuccinic acid 131.0338 Myo-inositol 225.06094 N(2)-Acetyllysine 187.10791 N6-Acetyllysine 187.10776 N-Acetylalanine 130.0499 N-Acetylhistidine 196.07178 N-Acetylleucine 172.09685 N-Acetyl-mannosamine 220.08177 N-Acetylmethionine 190.05327 N-Acetylornithine 173.09207 N-Acetylphenylalanine 206.08136 N-Acetyl-tryptophan 245.09251 N-Acetyltyrosine 222.0762 N-Isobutyrylglycine 144.0654 N-Methyl-glutamic acid 160.06049 Octadecanedioic acid 313.23792 Ophthalmic acid 288.11948 Orotic acid 155.00874 Oxalic acid mono(N-methyl)amide 102.0185 Pantothenic acid 218.10254 PC 16:0/18:2 802.56006 PC 16:0/20:4 826.56036 PC 16:0/22:6 850.56024 PC 36:5 824.54492 Phenylalanine 164.07066 Phenyllactic acid 165.05453 Phenylpyruvic acid 163.03908 Phosphoenolpyruvic acid 166.97418 Phosphoethanolamine 140.01076 Phosphoric acid 96.95883 Phthalic acid 165.01805 p-Hydroxyphenyllactic acid 181.04951 PI 34:2 833.5188 PI 36:4 857.51935 Pimelic acid 159.06525 Propionic acid 73.02843 Pseudouridine 243.06152 Pyroglutamic acid 128.03412 Pyruvic acid 87.00764 rac-Glycerol 3-phosphoate 171.00529 Ribose 5-phosphate 229.01128 Sebacic acid 201.11218 Serine 104.03416 SM 18:1;O2/16:0 747.56573 Sorbose 179.05504 Sphingosine 1-phosphate 378.24057 Suberic acid 173.08086 Succinic acid 117.01803 Sulfoacetic acid 138.96954 Taurine 124.00616 Taurocholic acid 514.2829 Tetradecanedioic acid 257.1752 Threonic acid 135.02879 Threonine 118.04976 Thr-Glu 247.093 Thymidine 241.08229 Tiglylglycine 156.06549 trans-4-Hydroxyproline 130.05014 Traumatic acid 227.12807 Trehalose 387.11407 Tridecanedioic acid 243.15939 Tryptophan 203.0817 Undecanedioic acid 215.12802 Uracil 111.01887 Uridine 243.06154 Urocanic acid 137.03465 Valine 116.07046 Xanthine 151.02495 Xanthosine 283.06784 METABOLITES_END #END