Пища для размышлений о манипулировании кишечными бактериями

Обсуждение статей по нутрициологии и диетологии как жёлтой, так и серьёзной прессы

Модераторы: Симоненко Ольга, Натали

Аватара пользователя
Робот
VIP
VIP
Сообщения: 5074
Зарегистрирован: 11 июн 2018, 14:51
Поблагодарили: 2 раза

Пища для размышлений о манипулировании кишечными бактериями

Непрочитанное сообщение Робот »

Food for thought about manipulating gut bacteria

Source: https://www.nature.com/articles/d41586-019-03704-z
Это сообщение оставлено Роботом

Аватара пользователя
Vinipuh
Донатор
Донатор
Сообщения: 629
Зарегистрирован: 06 июл 2019, 21:21
Благодарил (а): 61 раз
Поблагодарили: 3 раза

Food for thought about manipulating gut bacteria

Непрочитанное сообщение Vinipuh »

Знание того, как пищевая клетчатка питает кишечные микроорганизмы, может подсказать способы повышения уровня здоровых бактерий. Метод, разработанный для выявления бактерий, потребляющих определенные виды пищевых волокон, может способствовать таким усилиям.

Некоторые кишечные микроорганизмы могут повысить здоровье человека, но неясно, как диета может быть использована, чтобы легко манипулировать составом кишечных микробов для повышения уровня желаемых бактерий. Представьте полезный подход для оценки взаимодействия между микробами кишечника человека и пищевыми волокнами, которые поддерживают их существование.

Пищевые волокна продвигаются как часть здорового питания во всем мире. Многие люди, однако, не достигают своего рекомендуемого потребления клетчатки, потому что они потребляют недостаточно фруктов, овощей и злаков. Недостаточное потребление клетчатки связано с распространенными заболеваниями, включая ожирение, диабет и рак2. Тем не менее, понимание механизмов, которые связывают богатую клетчаткой пищу с хорошим здоровьем, является сложной задачей. Пищевые волокна включают в себя широкий спектр сложных молекул, большинство из которых присутствуют в растительных клетках; среди них есть молекулы углеводов, называемые гликанами, которые устойчивы к перевариванию человеческими ферментами. Как следствие, часть проглоченной клетчатки выводится в неизмененном виде с калом, в то время как большая часть метаболизируется кишечными микробами.

Эти микробы обладают разнообразной и чрезвычайно сложной метаболической способностью. Бактерии, которые экспрессируют различные ферменты для метаболизма клетчатки, могут выживать и расти, используя различные продукты питания. Некоторые бактериальные виды могут конкурировать друг с другом за один и тот же источник пищи, что может снизить обилие видов, которые конкурируют менее успешно. Как можно манипулировать кишечными микробами с помощью диетического вмешательства человека? Например, была предложена концепция использования пребиотиков — соединений, которые воздействуют на кишечные микробы, тем самым принося пользу человеку — хозяину. Одна из таких идей заключается в использовании конкретных источников клетчатки, которые обеспечивают питание для желаемых микробов кишечника 3, 4. Однако определение того, может ли пищевая клетчатка способствовать укреплению здоровья таким образом, требует глубокого понимания взаимодействий, которые происходят, когда сложное сообщество кишечных микробов сталкивается с источником клетчатки.

Предыдущая работа5 показала, что перенос микробов кишечника человеческих Близнецов, имеющих контрастные массы тела (тучные и худые), на мышей вызывал соответствующую разницу в массах тела животных. Однако, когда некоторые из тучных мышей были размещены с тощими мышами, у них было меньше жирового жира, чем у тучных животных, которые не были размещены с тощими мышами, и этот эффект потери веса коррелировал с переносом бактериальных видов Bacteroides от тощих мышей к тучным мышам5. Для этого снижения уровня жировых отложений требовалось высокое потребление богатой клетчаткой растительной пищи5. Однако типы волокон, ответственных за этот эффект, и то, как они взаимодействуют со специфическими микроорганизмами кишечника, были неизвестны. Патнод и его коллеги теперь показывают, как определенные типы гликанов могут стимулировать конкуренцию между различными видами бактероидов, обитающими в кишечнике человека.

Patnode и соавт. изучали мышей, которым не хватало их нормальных микробов, и вместо этого укрывали 15 штаммов кишечных бактерий от худого человека, у которого был тучный близнец. Авторы кормили мышей различными комбинациями источников клетчатки в составе их рациона. Анализ образцов фекалий позволил исследователям проследить, как рационы влияют на относительное обилие каждого вида бактерий в кишечнике животных. Этот подход выявил, например, дозо-ответное влияние волокна гороха на относительное обилие бактероидов thetaiotaomicron в бактериальной популяции, а также выраженное влияние некоторых видов волокна ячменя (β-глюкана и отрубей) на относительное обилие бактероидов ovatus. Эти результаты показывают специфичность воздействия различных форм пищевых волокон на бактериальные популяции.

Чтобы определить гены, необходимые для конкретной бактерии, представляющей интерес для метаболизма клетчатки, авторы дали мышам бактериальные штаммы, которые были спроектированы, чтобы содержать мутации в случайных местах через их геном, и кормили животных различными видами пищевых волокон. Анализируя белки в образцах фекалий мышей, авторы определили набор бактериальных белков, которые позволяют определенным микробам успешно расти в определенных режимах кормления. Например, когда мыши получали пищевую клетчатку из фруктовых пилингов (цитрусовый пектин), которые богаты типом молекулы, называемой метилированным гомогалактуронаном, это приводило к повышению экспрессии белков, которые разрушают такие молекулы в бактерии Bacteroides cellulosilyticus. И когда мыши получили гороховое волокно, которое богато полимерной молекулой под названием арабинан (которая содержит сахарную арабинозу), экспрессия белков, участвующих в деградации арабинана, выросла в бактерии B. thetaiotaomicron.

Пожалуй, самой оригинальной частью этого исследования является разработка искусственных "пищевых частиц", состоящих из покрытых гликаном магнитных шариков который можно управить устно к мышам и взять путем прикладывать магнитное поле. Patnode и соавт. эта стратегия использовалась для изучения реакции бактериальных видов на различные источники пищи путем оценки степени деградации гликанов в извлеченных гранулах. Когда мыши, которые были колонизированы только с В. cellulosilyticus или Bacteroides vulgatus получали пищевые частицы, покрытые гороховым волокном, уровни арабинозы в извлеченных шариках были ниже, чем исходные уровни, демонстрируя, что оба этих бактериальных вида метаболизировали эту молекулу in vivo.

PDF-версия

Некоторые кишечные микроорганизмы могут повысить здоровье человека, но неясно, как диета может быть использована, чтобы легко манипулировать составом кишечных микробов для повышения уровня желаемых бактерий. Запись в ячейке, Patnode et al.1 Представьте полезный подход для оценки взаимодействия между микробами кишечника человека и пищевыми волокнами, которые поддерживают их существование.

Пищевые волокна продвигаются как часть здорового питания во всем мире. Многие люди, однако, не достигают своего рекомендуемого потребления клетчатки, потому что они потребляют недостаточно фруктов, овощей и злаков. Недостаточное потребление клетчатки связано с распространенными заболеваниями, включая ожирение, диабет и рак2. Тем не менее, понимание механизмов, которые связывают богатую клетчаткой пищу с хорошим здоровьем, является сложной задачей. Пищевые волокна включают в себя широкий спектр сложных молекул, большинство из которых присутствуют в растительных клетках; среди них есть молекулы углеводов, называемые гликанами, которые устойчивы к перевариванию человеческими ферментами. Как следствие, часть проглоченной клетчатки выводится в неизмененном виде с калом, в то время как большая часть метаболизируется кишечными микробами.

Эти микробы обладают разнообразной и чрезвычайно сложной метаболической способностью. Бактерии, которые экспрессируют различные ферменты для метаболизма клетчатки, могут выживать и расти, используя различные продукты питания. Некоторые бактериальные виды могут конкурировать друг с другом за один и тот же источник пищи, что может снизить обилие видов, которые конкурируют менее успешно. Как можно манипулировать кишечными микробами с помощью диетического вмешательства человека? Например, была предложена концепция использования пребиотиков — соединений, которые воздействуют на кишечные микробы, тем самым принося пользу человеку — хозяину. Одна из таких идей заключается в использовании конкретных источников клетчатки, которые обеспечивают питание для желаемых микробов кишечника 3, 4. Однако определение того, может ли пищевая клетчатка способствовать укреплению здоровья таким образом, требует глубокого понимания взаимодействий, которые происходят, когда сложное сообщество кишечных микробов сталкивается с источником клетчатки.

Иммунные клетки кишечника играют важную роль в метаболизме пищи

Предыдущая работа5 показала, что перенос микробов кишечника человеческих Близнецов, имеющих контрастные массы тела (тучные и худые), на мышей вызывал соответствующую разницу в массах тела животных. Однако, когда некоторые из тучных мышей были размещены с тощими мышами, у них было меньше жирового жира, чем у тучных животных, которые не были размещены с тощими мышами, и этот эффект потери веса коррелировал с переносом бактериальных видов Bacteroides от тощих мышей к тучным мышам5. Для этого снижения уровня жировых отложений требовалось высокое потребление богатой клетчаткой растительной пищи5. Однако типы волокон, ответственных за этот эффект, и то, как они взаимодействуют со специфическими микроорганизмами кишечника, были неизвестны. Патнод и его коллеги теперь показывают, как определенные типы гликанов могут стимулировать конкуренцию между различными видами бактероидов, обитающими в кишечнике человека.

Patnode и соавт. изучали мышей, которым не хватало их нормальных микробов, и вместо этого укрывали 15 штаммов кишечных бактерий от худого человека, у которого был тучный близнец. Авторы кормили мышей различными комбинациями источников клетчатки в составе их рациона. Анализ образцов фекалий позволил исследователям проследить, как рационы влияют на относительное обилие каждого вида бактерий в кишечнике животных. Этот подход выявил, например, дозо-ответное влияние волокна гороха на относительное обилие бактероидов thetaiotaomicron в бактериальной популяции, а также выраженное влияние некоторых видов волокна ячменя (β-глюкана и отрубей) на относительное обилие бактероидов ovatus. Эти результаты показывают специфичность воздействия различных форм пищевых волокон на бактериальные популяции.

Чтобы определить гены, необходимые для конкретной бактерии, представляющей интерес для метаболизма клетчатки, авторы дали мышам бактериальные штаммы, которые были спроектированы, чтобы содержать мутации в случайных местах через их геном, и кормили животных различными видами пищевых волокон. Анализируя белки в образцах фекалий мышей, авторы определили набор бактериальных белков, которые позволяют определенным микробам успешно расти в определенных режимах кормления. Например, когда мыши получали пищевую клетчатку из фруктовых пилингов (цитрусовый пектин), которые богаты типом молекулы, называемой метилированным гомогалактуронаном, это приводило к повышению экспрессии белков, которые разрушают такие молекулы в бактерии Bacteroides cellulosilyticus. И когда мыши получили гороховое волокно, которое богато полимерной молекулой под названием арабинан (которая содержит сахарную арабинозу), экспрессия белков, участвующих в деградации арабинана, выросла в бактерии B. thetaiotaomicron.

Пожалуй, самой оригинальной частью этого исследования является разработка искусственных "пищевых частиц", состоящих из покрытых гликаном магнитных шариков (рис. 1) который можно управить устно к мышам и взять путем прикладывать магнитное поле. Patnode и соавт. эта стратегия использовалась для изучения реакции бактериальных видов на различные источники пищи путем оценки степени деградации гликанов в извлеченных гранулах. Когда мыши, которые были колонизированы только с В. cellulosilyticus или Bacteroides vulgatus получали пищевые частицы, покрытые гороховым волокном, уровни арабинозы в извлеченных шариках были ниже, чем исходные уровни, демонстрируя, что оба этих бактериальных вида метаболизировали эту молекулу in vivo.

Рисунок 1 / исследование того, как бактерии, обитающие в кишечнике человека, метаболизируют пищевую клетчатку. а Patnode и соавт.1 дал мышам, у которых отсутствовали естественные кишечные микробы, набор из 15 штаммов бактерий, обитающих в кишечнике человека, включая виды Bacteroides cellulosilyticus, Bacteroides ovatus и Bacteroides vulgatus. Авторами разработан метод отслеживания переваривания клетчатки. Они создавали магнитные шарики, покрытые интересным волокном, и подавали эти шарики (называемые частицами пищи) животным. Применение магнитного поля позволило восстановить частицы пищевых продуктов и оценить степень деградации волокон. Животные получали пищевые частицы, которые включали некоторые покрытые гороховым волокном, богатым молекулой арабинан, и некоторые покрытые молекулой арабиноксилан. B. vulgatus и B. cellulosilyticus конкурировали за деградацию арабинана, B. cellulosilyticus деградировал арабиноксилан, а B. ovatus деградировал другие молекулы (не показано). b, когда эксперимент был повторен без B. cellulosilyticus, B. ovatus продемонстрировал метаболическую гибкость, переключившись на деградацию арабиноксилана. Б. ovatus деградировал меньше арабиноксилана, чем B. cellulosilyticus.

В параллельном эксперименте мышей колонизировали либо всеми 15 штаммами бактерий из постного близнеца, либо 14 штаммами (исключая B. cellulosilyticus), прежде чем им давали пищевые частицы, содержащие гороховое волокно. Затем сравнивали уровень деградации арабинозы в богатых арабинаном бусинах из горохового волокна, и было установлено, что он одинаков в обоих случаях. Это говорит о том, что в бактериальном сообществе происходят некоторые изменения в отсутствие B. cellulosilyticus, что позволяет арабинозе из горохового волокна деградировать настолько, насколько это было бы, если бы присутствовали все 15 бактериальных штаммов. История может отличаться для других форм пищевых волокон.

Наряду с пищевыми частицами, покрытыми гороховым волокном, животные получали некоторые покрытые молекулами арабиноксилана (полимера сахаров арабинозы и ксилозы). Однако в случае арабиноксилана бактериальные штаммы были менее способны обрабатывать эту молекулу, когда B. cellulosilyticus отсутствовал, чем когда он присутствовал, и арабиноксилан-метаболизирующая активность была приписана B. ovatus. В отсутствие B. cellulosilyticus, B. ovatus претерпевает метаболический сдвиг, который повышает его способность использовать арабиноксилан. Когда оба B. ovatus и B. cellulosilyticus отсутствовали в бактериальных популяциях, покрытые арабиноксиланом шарики сохранили свои первоначальные уровни арабинозы, показывая, что ни один из оставшихся 13 бактериальных штаммов не воспользовался доступностью арабиноксилана.

Это исследование показывает гибкость и адаптивность кишечных микробов в ответ на их питательную среду. Она обеспечивает полезный фокус на специфических формах диетического волокна и бактериальных видах известных, что была соединена к диетпитани-связанному сопротивлению к подъему в жировой ткани 5. Это "упрощение" контекста предлагает путь вперед в понимании ключевых генов и белков бактероидов, которые имеют решающее значение для деградации пищевых волокон и которые могут повлиять на обилие конкретных кишечных бактерий. Полученные данные также свидетельствуют о том, как Б. cellulosilyticus может играть доминирующую роль в своих взаимодействиях с определенными бактериями, с которыми он может конкурировать за один и тот же источник пищи. Работа также раскрывает скрытую метаболическую гибкость, такую как способность B. ovatus адаптировать свою метаболическую стратегию.

Оценивая это исследование, следует иметь в виду, что Бактериоиды не являются единственным типом бактерий, которые обычно используют пищевые волокна для пищевых продуктов, и что продукты, содержащие волокна, проверенные авторами, не являются основными источниками пищевых волокон в типичном рационе человека. Кроме того, обилие бактероидов сильно варьируется между людьми 6, и гипотеза о том, что ключевые виды бактероидов могут влиять на успех диетических усилий по борьбе с ожирением, требует дальнейшего изучения.

Хотя он концентрируется только на Бактериоидах, работа Patnode и коллег представляет собой полезный прогресс в разработке персонализированных стратегий питания для адаптации кишечных микробов в будущем. Исследование также дополняет другие исследования, которые исследуют, как бактерии в кишечнике человека могут способствовать реакции организма на определенную диету. Благодаря Patnode et al., у нас есть свежие идеи о том, как конкретные типы бактерий используют и конкурируют за пищевые волокна. Будущие исследования, несомненно, продолжат уточнять связь между богатой клетчаткой пищей и здоровьем, принимая во внимание роль микробного сообщества кишечника.

Donat
Ответить
  • Похожие темы
    Ответы
    Просмотры
    Последнее сообщение

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: Bing [Bot], DotBot [Bot], Yandex [Bot] и 0 гостей