Bélflóra: kevesebb táplálékból több energiához juthat

2024 Szerző: Seth Attwood | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-16 16:07

Egy tartós hasmenéssel és akut hasi fájdalommal panaszkodó nő vizsgálata során Clostridia okozta akut vastagbélgyulladást tártak fel. Tekintettel a baktériumok antibiotikumokkal szembeni rezisztenciájára, a páciensnek egy kísérleti, de hatékony terápiás módszert ajánlottak fel - a donor mikrobiota (bél mikroflóra) transzplantációját.

Miután 600 ml donor széklet szuszpenziót juttattak a páciens beleibe, a betegség visszaesését már nem figyelték meg - a donor mikrobiotája sikeresen kiszorította a kórokozót, és elfoglalta annak fülkéit. Egy évvel később azonban a nő a gyors súlygyarapodás miatt panaszkodott az orvosnak, miközben a transzplantáció előtt egész életében normális és stabil testsúlyú volt. A beavatkozás pillanatától kezdve a növekedés 15 kg volt, a teljes testtömeg 155 cm-es magasság mellett elérte a 77 kg-ot, a fittség és a diéta ellenére a beteg súlya hamarosan meghaladta a 80 kg-ot. Az orvos megjegyezte, hogy egy általában egészséges donor is túlsúlyos, és lehetővé tette az elhízás "fertőződését" a mikrobiótán keresztül. Első pillantásra egy ilyen merész feltételezésnek szilárd bizonyítékalapja van. Ebben a cikkben a mikrobiota emésztésre gyakorolt hatásáról lesz szó, és arról, hogy miért csökken fajdiverzitása, az egységesség pedig növeli az elhízás kockázatát.

glagolas.

Bevezetés

Az elhízás öröklődésének valószínűsége eléri a 80%-ot, de a nukleáris genom egyéni különbségei kevesebb, mint 2%-át teszik ki a populáció testtömegének változékonyságának. Ráadásul a nukleáris genomot szinte egyenlő arányban adják át a gyermeknek minden szülőtől, de a gyerekek lényegesen nagyobb gyakorisággal öröklik az elhízást anyjuktól. Ezt a jelenséget gyakran a saját DNS-sel rendelkező mitokondriumok anyagcserére gyakorolt hatásával magyarázzák, amelyek hiányoznak a spermiumfejből, ezért a mitokondriális genomot az embrió csak az anya petesejtjéből örökli. A mitokondriális genom vizsgálatának eredményei azonban még kevesebb elhízás öröklődési esetet magyaráznak. Így, ha ennek a betegségnek az öröklődését csak részben közvetíti a nukleáris és mitokondriális genom, akkor az elhízás elsősorban a harmadik emberi genomon - a mikrobiómon (a mikrobióta génkészletén) keresztül terjed a gyerekekre, amely szintén öröklődik az anya?

A mikrobiom öröklődése és változékonysága

Az intrauterin fejlődés a magzat abszolút sterilitásával jár együtt, amely először kap mikrobiotát, a természetes szülés során legyőzve a szülőcsatornát. Ezért a természetesen született babák mikrobiótája változatosabb, mint a császármetszéssel kinyert csecsemők. Emellett tanulmányok kimutatták, hogy a császármetszéssel született gyermekeknél nagyobb az elhízás kockázata. Ennek ellenére ezeknél a gyermekeknél a mikrobiota összetétele fokozatosan normalizálódik a szoptatás mellett, ami biztosítja a bifidobaktériumok és laktobacillusok dominanciáját, amelyek elnyomják az opportunista bakterioidok és klostridiumok populációit. A természetes születés és szoptatás képezi a mikrobiota gerincét, amely általában egy életen át tart. A mikrobiota további dúsítása más típusú baktériumokkal az életmódtól függ.

Így például az óvodalátogatás jelentős és önálló tényező a mikrobiota fajdiverzitásának növelésében. Másrészt az antibiotikumok és antiszeptikumok széles körben elterjedt alkalmazása, valamint a szigorú egészségügyi és higiéniai előírások csökkentik a mikrobióta cserearányát az emberek között és annak sokszínűségét (az antibiotikumok mikrobiotára és rossz leheletre gyakorolt hatásáról itt olvashat bővebben). Így beszélhetünk a mikrobiom örökölhetőségéről és változékonyságáról.

A mikrobiota szerkezete

Az életkor előrehaladtával a bélben lévő baktériumsejtek száma fokozatosan eléri a 100 billió értéket, ami 10-szer haladja meg a szervezet saját sejtjeinek számát egy felnőttben. Ugyanakkor a baktériumok kis mérete miatt a teljes mikrobióta súlya eléri a 2 kg-ot, és elfér a vastagbélben.

A végbél tartalmának mintegy 60%-a mikroorganizmus, melynek kolóniái a növényi táplálék rostjain (cellulóz) nőnek fel, táplálékként és csontvázként használják fel őket, ezáltal csomós ürüléket képeznek. A baktériumok jelentős száma ellenére az emberi szervezettel való interakciójukat a tudósok régóta szigorúan a kommenzalizmus keretei között tartják számon, amelyben a mikroorganizmus hasznot húz a kapcsolatból, és a makroorganizmus nem részesül sem hasznban, sem kárban. A genotipizálási módszerek fejlődésével azonban a mikrobiota fogalma jelentősen megváltozott.

Megállapították, hogy a mikrobiota fajdiverzitása eléri a 300-700 mikroorganizmusfajtát, teljes genomjuk pedig 10 millió génből áll, ami 300-szor nagyobb, mint az emberi genom. A mikrobióm génjeinek ilyen összegzése és számuk összehasonlítása az emberben előforduló génekkel itt nem csak hívószó. Számos baktériumgén funkcionálisan kiegészíti az emberi nukleáris genomot, és a mikroorganizmusok fajok közötti kölcsönhatása olyan szoros, hogy egyes fajok szó szerint nem tudnak egymás nélkül élni. A közelmúlt ilyen irányú felfedezései lehetővé tették, hogy beszéljünk az ember és a mikrobiota kölcsönösen előnyös kapcsolatáról, és génjeinek összességét mikrobiomnak vagy harmadik emberi genomnak nevezik. A szemléltetés kedvéért mondok egy konkrét példát.

A mikrobiota fiziológiája

Növényi táplálékkal fruktózpolimereket (fruktánokat) fogyasztunk, melyeket nem tudunk egyszerű cukrokra bontani saját enzimeinkkel. A kezeletlen fruktánok nem szívódnak fel, felhalmozódásuk a belekben súlyos zavarokat okoz, a szájüregben pedig a szuvas baktériumok használják fel a fogzománchoz való kötődésre. Segítségünkre vannak a bifidobaktériumok és a laktobacillusok, amelyeknek enzimgénjeik a fruktánokat laktátra és acetátra hasítják. Ezek a metabolitok savasabb körülményeket hoznak létre, amelyek csökkentik a savérzékeny és hasmenést okozó opportunista baktériumok szaporodását. Ezenkívül a laktát és az acetát más típusú barátságos mikroflórát használ energiaforrásként, amelyek butirátot termelnek - a bélhámsejtek fő energiaforrása és az intracelluláris kórokozók bejutásának gátlója, és ez a vegyület csökkenti a bélhámsejtekbe való behatolás kockázatát is. colitis ulcerosa és vastagbélrák kialakulása. Tehát csak néhány fajta baktérium szintetizál gyógyító anyagot a szervezet számára veszélyes élelmiszer-összetevőkből, és megvédve rést a versenytársaktól, bónuszként az ember számára, elnyomja a kórokozók növekedését a belekben! Most képzelje el, hogyan egyesül több tucat és több száz mikroorganizmus-faj hosszabb és elágazóbb anyagcsereláncokká, amelyek esszenciális aminosavakat, vitaminokat és egyéb metabolitokat termelnek, és ezáltal módosítják az emésztést, az immunitást, sőt viselkedésünket, beleértve az élelmiszereket is.

Mikrobióta és elhízás

A mikrobióta elhízásra gyakorolt jelentős hatását először a mikroorganizmusoktól teljesen mentes, steril körülmények között tenyésztett körülmények között mutatták ki. A steril egerek jellemzően 42%-kal kevesebb zsírszövettel rendelkeznek, mint a hasonló mikroflórás egerekben. Ugyanakkor a vékonyabb steril egerek 29%-kal több táplálékot fogyasztanak, mint komplettebb, mikroflórás társai. A kutatók a mikroflórát normál egerekről steril egerekre vitték át, és két héten belül 57%-os zsírszövetnövekedést figyeltek meg, annak ellenére, hogy a táplálékfelvétel 27%-kal csökkent!

A szerzők arra a következtetésre jutottak, hogy a mikroflóra segít több energiát kinyerni kevesebb élelmiszerből. Ugyanakkor a mikroflórával történő emésztés energiahatékonysága annyira megnő, hogy az így keletkező kalóriatöbblet a zsírszövetben raktározódik el.

A tanulmányban kapott eredmények az emlősök szervezete által egymástól függetlenül szintetizált glikozidázok alacsony változatosságának tudhatók be – olyan enzimek, amelyek az összetett szénhidrátmolekulák, például a növényi rostok kötéseit hasítják fel. Összehasonlításképpen, ha genomunkban mindössze 20 gén található a glikozidázok szintézisére, akkor a bakterioid faj önmagában 261 féle glikozidázt szintetizál, és a teljes mikrobiom 250 000 gént tartalmaz ezen enzimek szintézisére. Így mikrobiota hiányában az energiadús rostok széklettel távoznak a szervezetből, nem elégítve ki a kalóriaszükségletet, így a steril egerek többet esznek és kisebb a súlyuk, mint normál mikroflórájú társaik. E vizsgálatok eredményei akaratlanul is felvetnek egy olyan módszert, amellyel az elhízást a mikrobiota antibiotikumokkal történő teljes elpusztításával lehet kezelni. Az ember és a mikrobiota együttes evolúciója azonban olyan messzire ment, hogy ennek az elképzelésnek a megvalósítása lehetetlen, klinikai szempontból pedig nagyon veszélyes.

Először is, az egerekkel ellentétben mi nem engedhetjük meg magunknak, hogy steril körülmények között éljünk. A környezet számos kórokozó mikroorganizmust tartalmaz, amelyek szívesen elfoglalják a természetes mikroflórától mentes fülkéket. Például egy nő, akinek klinikai esetét a cikk elején ismertetjük, közvetlenül azután kapott Clostridia fertőzést, hogy bakteriális vaginosis miatt kezelték nagy dózisú antibiotikummal. Másodsorban már említettem, hogy mikrobiota nélkül nem tudjuk önerőből lebontani a fruktánokat, amelyek felhalmozódása súlyos emésztési zavarokkal jár. És végül, harmadszor, az antibiotikumok gyakorlati alkalmazása ellentétes hatást mutat - az elhízás súlyosbodik, a változatosabb és gazdagabb összetételű mikrobiota pedig véd az elhízás ellen.

Antibiotikumok és elhízás

A múlt század közepe óta széles körben alkalmazzák az antibiotikumokat a mezőgazdaságban az állatállomány súlygyarapodásának felgyorsítására. Ennek érdekében a készítményeket folyamatosan adják a takarmányhoz, aminek eredményeként a megtermelt antibiotikumok 70%-át állattenyésztésre fordítják.

Az antibiotikumok testsúlyra gyakorolt pozitív hatását régóta a fertőzések megelőzésének tulajdonítják, mert az egészséges állat gyorsabban hízik. Később azonban bebizonyosodott, hogy ezt a függőséget a mikrobiota összetételének változása közvetíti. Az antibiotikumok emberi testtömegre gyakorolt hasonló hatását valószínűtlennek tartották, mivel az antibiotikum-terápiát rövid ideig és szórványosan alkalmazzák. Eközben 10 évvel ezelőtti vizsgálatok azt találták, hogy már egyetlen antibiotikum-kúra is az emberi mikrobiota diverzitásának csökkenéséhez vezet 4 éven belül. Egy közel 500 000 emberen végzett vizsgálatok 2017-es metaanalízise megállapította, hogy az antibiotikumok csecsemőkori használata jelentősen növelte az elhízás kockázatát későbbi életkorban, és az antibiotikumok dózisa pozitívan korrelál az elhízással. Így a mikrobiota visszaszorítása következtében várható testtömeg-csökkenés nem következik be, hanem a jövőben éppen ellenkezőleg, az elhízás kialakulása figyelhető meg. Feltehetően az antibiotikumok, szelektíven elpusztítva a rájuk érzékeny normál mikroflóra képviselőit, egyfajta "elhízás-mikrobiótát" alkotnak.

A folyamatos anyagcserelánc és az "elhízás mikrobiota" fogalma

A teljes mikrobióta olyan reakciók folytonos anyagcsere-láncolata, amely az energiában gazdag rostokat energiaszegény vegyületekké bontja. Ebben az esetben minden, még energiát tartalmazó köztes metabolitot a metabolikus lánc következő baktériuma asszimilál, amely enzimeket képes szintetizálni a lebontásához, elnyeli az energia részét. A folyamatos metabolikus lánc működésének végső metabolitjai a rövid szénláncú zsírsavak, amelyeket főként a bélsejtek katabolizálnak, és a zsírszövetben nem szublimálódnak, sőt egy részük gátolják a lipogenezist és elnyomják az étvágyat. Így a teljes értékű mikrobióta szinte teljesen hasznosítja a rostok energiáját, és megvédi a gazdát az elhízástól, még akkor is, ha visszaél a gyors szénhidrátokkal.

A normál mikroflórától eltérően az „elhízás mikrobiota” a hiányzó fajok, nemzetségek vagy teljes baktériumcsaládok miatt monoton, ezért nem képes folyamatos anyagcsereláncot kialakítani. Mivel a különböző típusú rostokat a mikrobiota számos képviselője bontja le, ezek egy részének hiánya nem akadályozza meg az anyagcsere-lánc kezdetét, és az élelmi rostok biztonságosan bomlanak le köztes metabolitokká. A köztes metabolitokat specifikusan lebontó baktériumfajták hiánya viszont az utóbbiak felhalmozódásához vezet a bél lumenében. A rostokkal ellentétben a köztes metabolitok képesek felszívódni a szervezetben, beleértve a zsírszövet tartalékainak növelését. Így az "elhízás mikrobiota" egyfajta réseket tartalmaz, amelyeken keresztül az energia "áramlik" az emberi szervezetbe.

Az állítólagos "elhízás mikrobiotát" különböző testalkatú emberek ürülékének steril egerekbe történő átültetésével kapcsolatos kísérletek támasztották alá. Az egyéb tényezők kizárása érdekében a transzplantációhoz szükséges mikrobiótát 8 ikerpárból toborozták, akiknek párja különbözött az elhízás jelenlétében és hiányában, és az egerek, amelyek különböző testalkatú emberektől kaptak mikrobiotát, külön éltek. Az elhízott ikrekből származó mikrobióta ritka fajösszetételű volt a normál testű ikrek változatosabb mikrobiótájához képest.

A kísérlet eredményeként az „elhízás mikrobiotát” kapott egerek már a transzplantációt követő 8. napon jelentős testzsírnövekedést mutattak. Ugyanakkor a normál testtömegű ikrektől mikrobiotát kapott egerek zsírtömege jelentős változás nélkül maradt a kísérlet során.

Ezenkívül a tanulmány szerzői úgy döntöttek, hogy tesztelik az elhízás fertőzőképességét. Ehhez a különböző mikrobióták átültetése eredményeként kapott egereket 5 nap múlva közös ketrecbe helyeztük. Az együttélés 10. napján a testtömeg és a testösszetétel kontrollja azt mutatta, hogy az "elhízás mikrobiotát" kapott egerek a kísérlet első részében (izoláltan élve) kevesebb zsírt híztak, mint a hasonló egerek, és gyakorlatilag nem különböztek az együttéléstől. egerek, amelyek mikrobiotát kaptak normál testalkatú ikrektől. A mikrobióma elemzése a mikrobióta diverzitásának növekedését mutatta az egerekben, amelyek kezdetben egységes "elhízás mikrobiotát" kaptak. Fontos, hogy a sovány egerek, amelyek kezdetben változatos mikrobiotát kaptak, nem híztak el együtt lakóiktól.

A bélben lévő metabolitok elemzése azt mutatta, hogy az egerek együttélése után, amelyek kezdetben megkapták az "elhízás mikrobiotáját", csökkent a diszacharidok és megnőtt a rövid szénláncú zsírsavak mennyisége. Így azt találták, hogy a változatos mikrobiota védelmet nyújt az elhízás kialakulásával szemben, és az ilyen mikrobióta átültetése vagy természetes átvitele elhízott egerekbe a testtömeg normalizálásához vezet.

Következtetés

Meg kell jegyezni, hogy az egerek koprofágok, ami nagyban megkönnyíti a mikrobióta természetes cseréjét az együtt élők között. Az emberi elhízás mikrobiotájával és epidemiológiájával foglalkozó vizsgálatok eredményei azonban a mikroflóra társadalmi interakciókon keresztül történő cseréjével is magyarázhatók. Fentebb szóltam arról, hogy az óvodába járás növeli a mikrobiota diverzitását, de a mikroflóra kicserélődése más társadalmi kapcsolatokon keresztül is megtörténhet, és potenciálisan befolyásolhatja az elhízás kockázatát. Például 1519 amerikai katonacsalád egészségügyi dokumentációjának elemzése lehetővé tette annak megállapítását, hogy a családtagok testtömeg-indexe az új szolgálati helyre 24 hónapon belüli besorolást követően az ország lakosságának mutatóinak megfelelően változott. a terület. Ennek és 45 másik hasonló tanulmány szerzői azt sugallják, hogy a testalkatunk és a közvetlen környezetünk közötti különbségek növelhetik a pszichés diszkomfortot, ez pedig kihat az étkezési magatartásra és a fizikai aktivitásra. Az ok-okozati összefüggés bizonyítására tett kísérletek azonban mindeddig sikertelenek voltak. Mindeközben a mikrobióta környezeten és közvetlen kapcsolatokon keresztüli cseréje magyarázhatja ezt a jelenséget.

Ebben az összefüggésben az én élettapasztalatom is érdekes lehet. Jómagam még mindig drish vagyok, és rólam szól a "nem lótakarmányra való" mondás! És amióta megismertem a feleségemet, évről évre fogyni kezdett. Igaz, soha nem volt elhízott, de kapcsolatunk elejétől érezhetően fogyott. Még diákként viccelődött, hogy megfertőztem a férgeimmel, de amint elhelyezkedtem a laboratóriumban, mindent megvizsgáltam, és semmi ilyesmit nem találtam. Akkor először felvetettem, hogy a mikrobiotám sajátosságaiban lehet a baj, amit a feleségem fokozatosan átvett. Sajnos laboratóriumunkban lehetetlen ezeket a tulajdonságokat tanulmányozni, ezért a "belső világomból" elküldtem egy mintát az Atlasznak elemzésre. Az elemzés eredményeiről a következő cikkben írok, amelyben részletesen szólok a mikrobiota korrekciós módszereiről a testtömeg csökkentése érdekében (upd: sztori az eredményekről).