Soolefloora: saate vähema toiduga rohkem energiat

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Pideva kõhulahtisuse ja ägeda kõhuvalu kaebustega naise uurimisel tuvastati Clostridia põhjustatud äge käärsoolepõletik. Arvestades bakterite resistentsust antibiootikumide suhtes, pakuti patsiendile eksperimentaalset, kuid tõhusat ravimeetodit – doonormikrobiota (soolestiku mikrofloora) siirdamist.

Pärast 600 ml doonori väljaheidete suspensiooni viimist patsiendi soolestikku haiguse ägenemisi enam ei täheldatud – doonori mikrobiota tõrjus edukalt välja patogeeni ja hõivas selle nišid. Aasta hiljem kurtis naine aga arstile kiiret kaalutõusu, kusjuures terve elu enne siirdamist oli tal normaalne ja stabiilne kehakaal. Protseduuri hetkest oli tõus 15 kg ja kogu kehakaal ulatus 155 cm pikkuse juures 77 kg-ni Vaatamata vormile ja dieedile ületas patsiendi kaal peagi 80 kg. Arst märkis, et üldiselt terve doonor on ka ülekaaluline ja lubas mikrobiota kaudu rasvumise "saastumise" võimalust. Esmapilgul on sellisel julgel oletusel kindel tõendusbaas. Selles artiklis räägin mikrobiota mõjust seedimisele ning sellest, miks selle liigiline mitmekesisus väheneb ning ühtlus suurendab rasvumise riski.

glagolas.

Sissejuhatus

Ülekaalulisuse pärimise tõenäosus ulatub 80%-ni, kuid individuaalsed erinevused tuumagenoomis moodustavad vähem kui 2% populatsiooni kehakaalu varieeruvusest. Lisaks edastatakse tuumagenoom lapsele peaaegu võrdselt igalt vanemalt, kuid lapsed pärivad rasvumist oluliselt suurema sagedusega emalt. Seda nähtust seletatakse sageli mõjuga mitokondrite ainevahetusele, millel on oma DNA ja mis puuduvad sperma peas, mistõttu pärib mitokondri genoom embrüole ainult ema munarakust. Mitokondriaalse genoomi uuringu tulemused selgitavad aga veelgi vähem rasvumise pärimise juhtumeid. Seega, kui selle haiguse pärandumist vahendavad ainult osaliselt tuuma- ja mitokondriaalsed genoomid, siis võib-olla kandub rasvumine lastele edasi peamiselt inimese kolmanda genoomi – mikrobioomi (mikrobioota geenide kogumi) kaudu, mis pärineb samuti ema?

Mikrobioomide pärilikkus ja varieeruvus

Emakasisese arenguga kaasneb loote absoluutne steriilsus, mis saab esimest korda mikrobiota, ületades loomulikul sünnitusel sünnikanali. Seetõttu on looduslikult sündinud imikute mikrobiota mitmekesisem kui keisrilõikega ekstraheeritutel. Samuti on uuringud näidanud, et keisrilõikega sündinud lastel on suurem risk rasvuda. Sellegipoolest normaliseerub nende laste mikrobiota koosseis järk-järgult rinnaga toitmise tingimustes, mis tagab bifidobakterite ja laktobatsillide domineerimise, mis pärsivad oportunistlike bakterioidide ja klostriidide populatsioone. Loomulik sünd ja rinnaga toitmine moodustavad mikrobiota selgroo, mis kestab tavaliselt kogu elu. Mikrobioota edasine rikastamine teist tüüpi bakteritega sõltub elustiilist.

Nii on näiteks lasteaia külastamine oluline ja iseseisev tegur mikrobiota liigilise mitmekesisuse suurendamisel. Seevastu antibiootikumide ja antiseptikumide laialdane kasutamine ning ranged sanitaar- ja hügieeninormid vähendavad inimestevahelist mikrobiota vahetuskurssi ja selle mitmekesisust (loe antibiootikumide mõjust mikrobiootale ja halvale hingeõhule lähemalt siit). Seega saame rääkida mikrobioomi pärilikkusest ja muutlikkusest.

Mikrobioota struktuur

Vanusega jõuab bakterirakkude arv soolestikus järk-järgult 100 triljonini, mis ületab täiskasvanud inimese keha enda rakkude arvu 10 korda. Samal ajal kaalub kogu mikrobioota bakterite väiksuse tõttu kuni 2 kg ja mahub jämesoolde.

Umbes 60% pärasoole sisust moodustavad mikroorganismid, mille kolooniad kasvavad taimse toidu (tselluloosi) kiududel, kasutades neid toiduna ja luustikuna, moodustades seeläbi tükilise väljaheite konsistentsi. Vaatamata märkimisväärsele arvule bakteritele on teadlased nende koostoimet inimkehaga pikka aega käsitlenud rangelt kommensalismi raames, mille puhul mikroorganismid saavad suhtest kasu ja makroorganism ei saa kasu ega kahju. Genotüpiseerimismeetodite arenedes on aga mikrobiota mõiste oluliselt muutunud.

Leiti, et mikrobiota liigiline mitmekesisus ulatub 300-700 mikroorganismiliigini ning nende kogugenoom koosneb 10 miljonist geenist, mis on 300 korda suurem kui inimese genoom. Selline mikrobioomi geenide summeerimine ja nende arvukuse võrdlemine inimese omaga ei ole siinkohal vaid lööksõna. Paljud bakterigeenid täiendavad funktsionaalselt inimese tuumagenoomi ja mikroorganismide liikidevaheline interaktsioon on nii tihe, et mõned liigid ei saa sõna otseses mõttes üksteiseta elada. Hiljutised sellesuunalised avastused võimaldasid rääkida inimese ja mikrobiota vastastikku kasulikest suhetest ning selle geenide kogumit nimetatakse mikrobioomiks ehk inimese kolmandaks genoomiks. Illustreerimiseks toon konkreetse näite.

Mikrobioota füsioloogia

Taimse toiduga tarbime fruktoosipolümeere (fruktaane), mille lihtsuhkruteks lagundamiseks meil endal ensüüme pole. Töötlemata fruktaanid ei imendu ning nende kuhjumine soolestikku põhjustab tõsiseid häireid ning suuõõnes kasutavad neid hambaemailile kinnitumiseks karioossed bakterid. Meile on abiks bifidobakterid ja laktobatsillid, millel on ensüümgeenid fruktaanide lõhustamiseks laktaadiks ja atsetaadiks. Need metaboliidid loovad happelisemaid tingimusi, mis vähendavad happetundlike ja kõhulahtisust põhjustavate oportunistlike bakterite vohamist. Lisaks kasutavad laktaat ja atsetaat energiaallikana muud tüüpi sõbralikku mikrofloorat, mis toodavad butüraati – peamist energiaallikat sooleepiteelirakkudele ja rakusiseste patogeenide neisse tungimise pärssijat ning see ühend vähendab ka haigestumise riski. haavandilise koliidi ja käärsoolevähi tekkimine. Niisiis, vaid mõned bakteritüübid sünteesivad kehale ohtlikest toidukomponentidest tervendavat ainet ja, kaitstes oma nišši konkurentide eest, pidurdavad inimese boonusena patogeenide kasvu tema soolestikus! Kujutage nüüd ette, kuidas kümned ja sajad mikroorganismide liigid liidetakse pikemateks ja hargnenud metaboolseteks ahelateks, mis toodavad asendamatuid aminohappeid, vitamiine ja muid metaboliite, moduleerides seeläbi seedimist, immuunsust ja isegi meie käitumist, sealhulgas toitu.

Mikrobioota ja rasvumine

Mikrobioota olulist mõju rasvumisele demonstreeriti esmakordselt mikroorganismideta ja steriilsetes tingimustes. Tavaliselt on steriilsetel hiirtel tavaliselt 42% vähem rasvkude kui võrreldavatel mikroflooraga hiirtel. Samal ajal tarbivad peenemad steriilsed hiired 29% rohkem toitu kui nende täielikumad mikroflooraga hiired. Teadlased viisid mikrofloora normaalsetelt hiirtelt steriilsetele hiirtele üle ja täheldasid kahe nädala jooksul rasvkoe suurenemist 57%, vaatamata toidutarbimise vähenemisele 27% võrra!

Autorid jõudsid järeldusele, et mikrofloora aitab vähemast toidust saada rohkem energiat. Samal ajal suureneb mikroflooraga seedimise energiatõhusus sedavõrd, et tekkiv üleliigne kalorite hulk salvestub rasvkoesse.

Selles uuringus saadud tulemused on tingitud vähesest glükosidaaside mitmekesisusest, mida imetaja keha iseseisvalt sünteesib – ensüümid, mis lõhustavad sidemeid keerulistes süsivesikute molekulides, näiteks taimsetes kiududes. Võrdluseks, kui meie genoomis on ainult 20 glükosidaaside sünteesi geeni, siis ainuüksi bakterioidsed liigid sünteesivad 261 tüüpi glükosidaase ja kogu mikrobioom sisaldab nende ensüümide sünteesiks 250 000 geeni. Seega mikrobiota puudumisel väljuvad energiarikkad kiudained kehast koos väljaheitega, jättes kalorivajaduse rahuldamata, mistõttu steriilsed hiired söövad rohkem ja kaaluvad vähem kui nende normaalse mikroflooraga kolleegid. Nende uuringute tulemused tekitavad tahtmatult idee rasvumise ravimeetodist mikrobiota täieliku hävitamise teel antibiootikumidega. Inimese ja mikrobiota koosevolutsioon on aga jõudnud nii kaugele, et selle idee elluviimine on võimatu ning kliinilisest vaatenurgast väga ohtlik.

Esiteks, erinevalt hiirtest ei saa me endale lubada elamist steriilsetes tingimustes. Keskkond sisaldab palju patogeenseid mikroorganisme, mis asuvad hea meelega looduslikust mikrofloorast vabadesse nišše. Näiteks naine, kelle kliiniline juhtum on toodud artikli alguses, sai Clostridia infektsiooni just pärast seda, kui teda raviti suurte antibiootikumide annustega bakteriaalse vaginoosi vastu. Teiseks mainisin juba, et ilma mikrobiotata ei suuda me ise lagundada fruktaane, mille kuhjumine on täis raskeid seedehäireid. Ja lõpuks, kolmandaks, antibiootikumide kasutamine praktikas näitab vastupidist efekti – rasvumine süveneb ning mitmekesisem ja koostiselt rikkalikum mikrobioota kaitseb rasvumise eest.

Antibiootikumid ja rasvumine

Alates eelmise sajandi keskpaigast on antibiootikume laialdaselt kasutatud põllumajanduses, et kiirendada kariloomade kaalutõusu. Selleks lisatakse preparaate jooksvalt söödale, mille tulemusena kulub 70% toodetud antibiootikumidest loomakasvatusele.

Antibiootikumide positiivset mõju kehakaalule on pikka aega peetud infektsioonide ennetamisele, sest terve loom võtab kiiremini kaalus juurde. Kuid hiljem selgus, et seda sõltuvust vahendavad muutused mikrobiota koostises. Antibiootikumide sarnast mõju inimese kehakaalule peeti ebatõenäoliseks, kuna antibiootikumravi kasutatakse lühikest aega ja juhuslikult. Vahepeal leiti 10 aastat tagasi uuringutes, et isegi üksainus antibiootikumikuur viib inimese mikrobiota mitmekesisuse vähenemiseni 4 aasta jooksul. Ligi 500 000 inimesega hõlmatud uuringute 2017. aasta metaanalüüs näitas, et antibiootikumide kasutamine imikueas suurendas märkimisväärselt rasvumise riski hilisemas elus, kusjuures antibiootikumide annus on rasvumisega positiivses korrelatsioonis. Seega eeldatavat kehakaalu langust mikrobiota allasurumise tagajärjel ei toimu, kuid tulevikus on vastupidiselt täheldatud rasvumise teket. Arvatavasti moodustavad antibiootikumid, mis selektiivselt hävitavad neile tundlikke normaalse mikrofloora esindajaid, omamoodi "rasvumise mikrobioota".

Pideva metaboolse ahela ja "rasvumise mikrobiota" kontseptsioon

Täielik mikrobiota on pidev metaboolne reaktsioonide ahel, mis lagundab energiarikkad kiudained energiavaesteks ühenditeks. Sel juhul assimileerub iga vahepealne metaboliit, mis sisaldab veel energiat, metaboolse ahela järgmise bakteri poolt, mis on võimeline sünteesima ensüüme selle lagundamiseks, absorbeerides oma osa energiast. Pideva metaboolse ahela funktsioneerimise lõppmetaboliidid on lühikese ahelaga rasvhapped, mida peamiselt kataboliseerivad soolerakud ja mis ei sublimeeru rasvkoes ning mõned neist isegi pärsivad lipogeneesi ja pärsivad söögiisu. Seega kasutab täisväärtuslik mikrobiota peaaegu täielikult ära kiudainete energia ja kaitseb peremeesorganismi rasvumise eest, isegi kui ta kuritarvitab kiireid süsivesikuid.

Erinevalt normaalsest mikrofloorast on "rasvumismikrobioota" puuduvate liikide, perekondade või tervete bakteriperekondade tõttu monotoonne, mistõttu ei suuda ta moodustada pidevat metaboolset ahelat. Kuna eri tüüpi kiudaineid lagundavad paljud mikrobiota esindajad, siis osade puudumine ei blokeeri metaboolse ahela algust ning toidukiud lagunevad ohutult vahemetaboliitideks. Vahemetaboliite spetsiifiliselt laguntavate bakteriliikide puudumine viib omakorda viimaste kuhjumiseni soolestiku luumenis. Erinevalt kiudainetest on vahepealsed metaboliidid võimelised organismi imenduma, sealhulgas suurendama rasvkoe varusid. Seega sisaldab "rasvumise mikrobiota" omamoodi lünki, mille kaudu energia "voolab" inimkehasse.

Väidetavat "rasvumise mikrobiotat" on toetanud katsed erineva kehaehitusega inimestelt väljaheidete siirdamisel steriilsetele hiirtele. Muude tegurite välistamiseks värvati siirdamiseks vajalik mikrobiota 8 kaksiku seast, kelle paarid erinesid rasvumise esinemise ja puudumise poolest, ja hiired, kes said erineva kehaehitusega inimestelt mikrobiota, elasid eraldi. Rasvunud kaksikutest saadud mikrobiota oli hõreda liigilise koostisega võrreldes normaalse kehaga kaksikute mitmekesisema mikrobiotaga.

Katse tulemusena ilmnes "rasvumise mikrobiota" saanud hiirtel juba 8. päeval pärast siirdamist märgatav keharasva suurenemine. Samal ajal püsis normaalse kehakaaluga kaksikutelt mikrobiota saanud hiirte rasvamass kogu katse vältel oluliste muutusteta.

Lisaks otsustasid selle uuringu autorid testida rasvumise nakkavust. Selleks paigutati erineva mikrobiota siirdamise tulemusena saadud hiired 5 päeva pärast ühisesse puuri. Kehakaalu ja kehakoostise kontroll 10. kooselupäeval näitas, et "rasvumise mikrobioota" saanud hiired võtsid katse esimeses osas (eraldi elades) vähem rasva kui sarnased hiired ja praktiliselt ei erinenud vabaabielust. hiired, kes said mikrobiota normaalse kehaehitusega kaksikutelt. Mikrobioomianalüüs näitas mikrobioota mitmekesisuse suurenemist hiirtel, kes said algselt ühtse "rasvumise mikrobioota". Oluline on see, et kõhnad hiired, kes said algselt mitmekesise mikrobioota, ei võtnud oma elukaaslastelt rasvumist.

Metaboliitide analüüs soolestikus näitas, et pärast kooselu hiirtel, kes said algselt "rasvumise mikrobiota", vähenes disahhariidide hulk ja suurenes lühikese ahelaga rasvhapete sisaldus. Seega leiti, et mitmekesine mikrobioota kaitseb rasvumise tekke eest ning sellise mikrobiota siirdamine või loomulik ülekandmine rasvunud hiirtele viib kehakaalu normaliseerumiseni.

Järeldus

Tuleb märkida, et hiired on koprofaagid, mis hõlbustab oluliselt mikrobiota loomulikku vahetust kooselukaaslaste vahel. Inimeste rasvumise mikrobiota ja epidemioloogia uuringute tulemused on aga seletatavad ka mikrofloora vahetusega sotsiaalsete interaktsioonide kaudu. Eespool rääkisin sellest, kuidas lasteaias käimine suurendab mikrobiota mitmekesisust, kuid mikrofloora vahetus võib toimuda ka muude sotsiaalsete sidemete kaudu ja potentsiaalselt mõjutada ülekaalulisuse riski. Näiteks võimaldas 1519 Ameerika sõjaväelase pere haiguslugude analüüs tuvastada, et pereliikmete kehamassiindeks muutus pärast uude teenistuskohta 24 kuu jooksul määramist vastavalt 24 kuu jooksul vastavalt riigi rahvastiku näitajatele. piirkond. Selle ja 45 muu sarnase uuringu autorid viitavad sellele, et meie kehaehituse erinevused lähikeskkonna omast võivad suurendada psühholoogilist ebamugavust ning see omakorda mõjutab söömiskäitumist ja kehalist aktiivsust. Kuid katsed seda põhjuslikku seost tõestada on seni ebaõnnestunud. Vahepeal võib seda nähtust selgitada mikrobiota vahetus keskkonna ja otsekontaktide kaudu.

Selles kontekstis võib huvitav olla ka minu elukogemus. Ise olen ikka drish ja ütlus "mitte hobusesöödaks" käib minu kohta! Ja kuna ma oma naisega kohtusin, hakkas ta aasta-aastalt kaalust alla võtma. Tõsi, tal polnud kunagi rasvumist, kuid meie suhte algusest peale kaotas ta märgatavalt kaalu. Juba õpilasena viskas ta nalja, et nakatasin ta oma ussidega, aga niipea, kui laborisse tööle sain, kontrollisin kõike ja midagi sellist ei leidnud. Siis pakkusin esimest korda välja, et asi võib olla minu mikrobiota iseärasustes, mille mu naine tasapisi omaks võttis. Kahjuks pole meie laboris võimalik neid omadusi uurida, mistõttu saatsin oma "sisemaailma" proovi Atlasele analüüsimiseks. Analüüsi tulemustest kirjutan järgmises artiklis, milles räägin lähemalt mikrobiota korrigeerimise meetoditest kehakaalu alandamiseks (upd: lugu tulemustest).