Ingewande flora: kry meer energie uit minder kos

2024 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-12-16 15:56

Ondersoek van 'n vrou met klagtes van aanhoudende diarree en akute buikpyn het akute inflammasie van die kolon wat deur Clostridia veroorsaak is, aan die lig gebring. Gegewe die weerstand van die bakterieë teen antibiotika, is die pasiënt 'n eksperimentele, maar effektiewe metode van terapie aangebied - oorplanting van skenkermikrobiota (dermmikroflora).

Na die inbring van 600 ml van 'n suspensie van skenkerontlasting in die pasiënt se ingewande, is terugvalle van die siekte nie meer waargeneem nie - die skenker se mikrobiota het die patogeen suksesvol verplaas en sy nisse beset.’n Jaar later het die vrou egter by die dokter gekla oor die vinnige gewigstoename, terwyl sy haar hele lewe voor oorplanting’n normale en stabiele liggaamsgewig gehad het. Vanaf die oomblik van die prosedure was die toename 15 kg, en die totale liggaamsgewig bereik 77 kg met 'n hoogte van 155 cm. Ondanks fiksheid en dieet het die pasiënt se gewig gou 80 kg oorskry. Die dokter het opgemerk dat 'n algemeen gesonde skenker ook oorgewig is en het die moontlikheid van "besmetting" van vetsug deur die mikrobiota toegelaat. Met die eerste oogopslag het so 'n gewaagde aanname 'n stewige bewysbasis. In hierdie artikel sal ek praat oor die effek van mikrobiota op vertering, en hoekom sy spesiediversiteit afneem, en eenvormigheid verhoog die risiko van vetsug.

glagolas.

Inleiding

Die waarskynlikheid om vetsug te erf, bereik 80%, maar individuele verskille in die kerngenoom is verantwoordelik vir minder as 2% van die variasie in liggaamsgewig in die bevolking. Daarbenewens word die kerngenoom byna ewe veel van elke ouer na die kind oorgedra, maar kinders erf vetsug met 'n aansienlik hoër frekwensie van hul moeders. Hierdie verskynsel word dikwels verklaar deur die invloed op die metabolisme van mitochondria, wat hul eie DNA het en wat afwesig is in die spermkop; daarom word die mitochondriale genoom slegs deur die embrio van die moeder se eiersel geërf. Die resultate van 'n studie van die mitochondriale genoom verklaar egter nog minder gevalle van oorerwing van vetsug. Dus, as die oorerwing van hierdie siekte slegs gedeeltelik deur die kern- en mitochondriale genome bemiddel word, word vetsug miskien hoofsaaklik deur die derde menslike genoom aan kinders oorgedra - die mikrobioom ('n stel gene van die mikrobiota), wat ook geërf word van die ma?

Mikrobioom oorerwing en veranderlikheid

Intrauteriene ontwikkeling gaan gepaard met absolute steriliteit van die fetus, wat vir die eerste keer mikrobiota ontvang, wat die geboortekanaal tydens natuurlike bevalling oorkom. Daarom het natuurlik gebore babas 'n meer diverse mikrobiota as dié wat deur 'n keisersnee onttrek word. Studies het ook getoon dat kinders wat met 'n keisersnee gebore is 'n groter risiko vir vetsug het. Nietemin normaliseer die samestelling van die mikrobiota by hierdie kinders geleidelik onder die toestand van borsvoeding, wat die oorheersing van bifidobakterieë en laktobacilli verseker, wat die populasies van opportunistiese bakterioïede en clostridia onderdruk. Natuurlike geboorte en borsvoeding vorm die ruggraat van die mikrobiota, wat gewoonlik lewenslank aanhou. Verdere verryking van die mikrobiota met ander tipes bakterieë hang af van die lewenstyl.

So, byvoorbeeld, is die besoek aan die kleuterskool 'n beduidende en onafhanklike faktor om die spesiediversiteit van die mikrobiota te verhoog. Aan die ander kant verminder die wydverspreide gebruik van antibiotika en antiseptika, sowel as streng sanitêre en higiënestandaarde, die wisselkoers van mikrobiota tussen mense en die diversiteit daarvan (lees meer oor die effek van antibiotika op mikrobiota en slegte asem hier). Ons kan dus praat oor die oorerflikheid en veranderlikheid van die mikrobioom.

Mikrobiota struktuur

Met ouderdom bereik die aantal bakteriese selle in die ingewande geleidelik 100 triljoen, wat die aantal van die liggaam se eie selle in 'n volwassene met 10 keer oorskry. Terselfdertyd, as gevolg van die klein grootte van bakterieë, weeg die hele mikrobiota tot 2 kg en pas dit in die dikderm.

Ongeveer 60% van die inhoud van die rektum is mikroörganismes, waarvan die kolonies op die vesels van plantvoedsel (sellulose) groei, wat dit as voedsel en 'n skelet gebruik, en sodoende 'n klonterige konsekwentheid van ontlasting vorm. Ten spyte van die aansienlike aantal bakterieë, is hul interaksie met die menslike liggaam lank reeds deur wetenskaplikes beskou streng binne die raamwerk van kommensalisme, waarin die mikro-organisme voordeel trek uit die verhouding, en die makro-organisme nie voordeel of skade ontvang nie. Met die ontwikkeling van genotiperingsmetodes het die konsep van mikrobiota egter aansienlik verander.

Daar is gevind dat die spesiediversiteit van mikrobiota 300-700 spesies mikroörganismes bereik, en hul totale genoom bestaan uit 10 miljoen gene, wat 300 keer groter is as die menslike genoom. So 'n opsomming van die gene van die mikrobioom en 'n vergelyking van hul getal met dié by mense is nie net 'n trefwoord hier nie. Baie bakteriese gene komplementeer funksioneel die menslike kerngenoom, en die interspesie-interaksie van mikroörganismes is so naby dat sommige spesies letterlik nie sonder mekaar kan lewe nie. Onlangse ontdekkings in hierdie rigting het dit moontlik gemaak om oor die wedersyds voordelige verhouding tussen die mens en die mikrobiota te praat, en die totaliteit van sy gene word die mikrobioom of die derde menslike genoom genoem. Ter illustrasie gee ek 'n spesifieke voorbeeld.

Mikrobiota fisiologie

Met plantvoedsel verbruik ons fruktosepolimere (fruktane), wat ons nie ons eie ensieme het om in eenvoudige suikers af te breek nie. Onbehandelde fruktane word nie geabsorbeer nie, en die ophoping daarvan in die ingewande veroorsaak ernstige afwykings, en in die mondholte word dit deur kariese bakterieë gebruik om aan tandemalje te heg. Ons word gehelp deur bifidobakterieë en laktobacilli, wat ensiemgene het om fruktane in laktaat en asetaat te verdeel. Hierdie metaboliete skep meer suur toestande wat die verspreiding van suur-sensitiewe en diarree-veroorsakende opportunistiese bakterieë verminder. Daarbenewens gebruik laktaat en asetaat ander soorte vriendelike mikroflora as 'n energiebron, wat butiraat produseer - die hoofbron van energie vir intestinale epiteelselle en 'n inhibeerder van die penetrasie van intrasellulêre patogene daarin, en hierdie verbinding verminder ook die risiko van die ontwikkeling van ulseratiewe kolitis en kolonkanker. Dus, net 'n paar soorte bakterieë sintetiseer 'n genesende stof uit voedselkomponente wat gevaarlik is vir die liggaam, en om hul nis teen mededingers te beskerm, as 'n bonus vir 'n persoon, onderdruk die groei van patogene in sy ingewande! Stel jou nou voor hoe dosyne en honderde spesies mikroörganismes gekombineer word in langer en meer vertakte metaboliese kettings wat essensiële aminosure, vitamiene en ander metaboliete produseer, en sodoende vertering, immuniteit en selfs ons gedrag, insluitend kos, moduleer.

Mikrobiota en vetsug

Die beduidende effek van mikrobiota op vetsug is eers gedemonstreer in heeltemal sonder mikroörganismes en onder steriele toestande opgewek. Tipies het steriele muise tipies 42% minder vetweefsel as vergelykbare muise met mikroflora. Terselfdertyd verbruik dunner steriele muise 29% meer kos as hul meer volledige eweknieë met mikroflora. Navorsers het mikroflora van normale na steriele muise oorgedra en 'n 57% toename in vetweefsel binne twee weke waargeneem, ten spyte van 'n 27% afname in voedselinname!

Die skrywers het tot die gevolgtrekking gekom dat mikroflora help om meer energie uit minder kos te onttrek. Terselfdertyd neem die energiedoeltreffendheid van vertering met mikroflora soveel toe dat die gevolglike oormaat kalorieë in vetweefsel gestoor word.

Die resultate wat in hierdie studie verkry is, is te danke aan die lae verskeidenheid glikosidases wat onafhanklik deur die soogdierliggaam gesintetiseer word - ensieme vir die splitsing van bindings in komplekse koolhidraatmolekules soos plantvesel. Ter vergelyking, as daar in ons genoom net 20 gene is vir die sintese van glikosidases, dan sintetiseer die bakterioïede spesie alleen 261 tipes glikosidases, en die hele mikrobioom bevat 250 000 gene vir die sintese van hierdie ensieme. Dus, in die afwesigheid van mikrobiota, verlaat energieryke vesel die liggaam met ontlasting, wat nie aan die kaloriebehoeftes voldoen nie, so steriele muise eet meer en weeg minder as hul eweknieë met normale mikroflora. Die resultate van hierdie studies gee onbewustelik aanleiding tot die idee van 'n metode om vetsug te behandel deur die totale vernietiging van die mikrobiota met antibiotika. Die mede-evolusie van mense en mikrobiota het egter so ver gegaan dat die implementering van hierdie idee onmoontlik is, en vanuit 'n kliniese oogpunt is dit baie gevaarlik.

Eerstens, anders as muise, kan ons nie bekostig om in steriele toestande te leef nie. Die omgewing bevat baie patogene mikroörganismes wat gelukkig sal wees om nisse vry van natuurlike mikroflora te beset. Byvoorbeeld, 'n vrou wie se kliniese geval aan die begin van die artikel gegee word, het 'n infeksie met Clostridia gekry net nadat sy vir bakteriële vaginose met hoë dosisse antibiotika behandel is. Tweedens het ek reeds genoem dat sonder mikrobiota, ons nie in staat is om fruktane op ons eie af te breek nie, waarvan die ophoping belaai is met ernstige spysverteringsteurnisse. En laastens, derdens, toon die gebruik van antibiotika in die praktyk die teenoorgestelde effek - vetsug word vererger, en 'n meer diverse en ryk aan samestelling mikrobiota beskerm teen vetsug.

Antibiotika en vetsug

Sedert die middel van die vorige eeu is antibiotika wyd in die landbou gebruik om die gewigstoename van vee te versnel. Vir hierdie doel word die preparate op 'n deurlopende basis by die voer gevoeg, waardeur 70% van die antibiotika wat geproduseer word, aan veeteelt bestee word.

Die positiewe uitwerking van antibiotika op liggaamsgewig word lank reeds toegeskryf aan die voorkoming van infeksies, omdat 'n gesonde dier vinniger gewig optel. Maar later is bewys dat hierdie afhanklikheid bemiddel word deur veranderinge in die samestelling van die mikrobiota. 'n Soortgelyke effek van antibiotika op menslike liggaamsgewig word as onwaarskynlik beskou, aangesien antibiotikaterapie vir 'n kort tydjie en sporadies gebruik word. Intussen is 10 jaar gelede in studies gevind dat selfs 'n enkele kursus antibiotika lei tot 'n afname in die diversiteit van die menslike mikrobiota binne 4 jaar. 'n Meta-analise van 2017 van studies oor byna 500 000 mense het bevind dat antibiotikagebruik in die babajare die risiko van vetsug later in die lewe aansienlik verhoog het, met antibiotika-dosis wat positief met vetsug verband hou. Die verwagte afname in liggaamsgewig as gevolg van die onderdrukking van die mikrobiota vind dus nie plaas nie, maar in die toekoms, inteendeel, word die ontwikkeling van vetsug waargeneem. Vermoedelik vorm antibiotika, wat verteenwoordigers van die normale mikroflora sensitief vir hulle selektief vernietig, 'n soort "vetsugmikrobiota".

Die konsep van die deurlopende metaboliese ketting en die "vetsugmikrobiota"

'n Volledige mikrobiota is 'n deurlopende metaboliese ketting van reaksies wat energieryke vesel in energie-arm verbindings afbreek. In hierdie geval word elke intermediêre metaboliet wat nog energie bevat geassimileer deur die volgende bakterie in die metaboliese ketting, wat in staat is om ensieme te sintetiseer vir sy afbreek, en sy deel van energie te absorbeer. Die finale metaboliete van die funksionering van die deurlopende metaboliese ketting is kortketting-vetsure, wat hoofsaaklik deur dermselle gekataboliseer word en nie in vetweefsel gesublimeer word nie, en sommige van hulle inhibeer selfs lipogenese en onderdruk eetlus. Dus, 'n volwaardige mikrobiota benut die energie van vesel byna heeltemal en beskerm die gasheer teen vetsug, selfs al misbruik hy vinnige koolhidrate.

Anders as normale mikroflora, is die "vetsugmikrobiota" eentonig as gevolg van die ontbrekende spesies, genera of hele families van bakterieë, daarom is dit nie in staat om 'n deurlopende metaboliese ketting te vorm nie. Aangesien verskillende tipes vesel deur baie verteenwoordigers van die mikrobiota afgebreek word, blokkeer die afwesigheid van sommige van hulle nie die begin van die metaboliese ketting nie en word dieetvesel veilig afgebreek tot intermediêre metaboliete. Op sy beurt lei die afwesigheid van bakteriese spesies wat spesifiek intermediêre metaboliete afbreek tot die ophoping van laasgenoemde in die dermlumen. Anders as vesel, kan intermediêre metaboliete deur die liggaam geabsorbeer word, insluitend die verhoging van die reserwes van vetweefsel. Die "vetsugmikrobiota" bevat dus 'n soort gapings waardeur energie in die menslike liggaam "vloei".

Die beweerde "vetsugmikrobiota" is ondersteun deur eksperimente oor die oorplanting van ontlasting van mense van verskillende liggaamsbou na steriele muise. Om ander faktore uit te sluit, is die mikrobiota vir oorplanting gewerf uit 8 tweelinge, wie se pare verskil het in die teenwoordigheid en afwesigheid van vetsug, en muise, wat mikrobiota van mense met verskillende liggaamsbou ontvang het, het apart geleef. Die mikrobiota afkomstig van vetsugtige tweelinge het 'n yl spesiesamestelling in vergelyking met die meer diverse mikrobiota van tweeling met 'n normale liggaam.

As gevolg van die eksperiment het muise wat die "vetsugmikrobiota" ontvang het, reeds op die 8ste dag na oorplanting 'n beduidende toename in liggaamsvet getoon. Terselfdertyd het die massa vet in muise wat mikrobiota van tweelinge met normale liggaamsgewig ontvang het, sonder beduidende veranderinge deur die eksperiment gebly.

Daarbenewens het die skrywers van hierdie studie besluit om die aansteeklikheid van vetsug te toets. Hiervoor is die muise wat verkry is as gevolg van die oorplanting van verskillende mikrobiota na 5 dae in 'n gemeenskaplike hok geplaas. Die beheer van liggaamsgewig en liggaamsamestelling op die 10de dag van saamwoon het getoon dat muise wat die "vetsug-mikrobiota" ontvang het minder vet as soortgelyke muise in die eerste deel van die eksperiment (wat in isolasie woon) bygekry het, en feitlik nie verskil van saamwoon nie. muise wat mikrobiota van tweelinge met 'n normale liggaamsbou ontvang het. Mikrobioomanalise het 'n toename in mikrobiota-diversiteit getoon by muise wat aanvanklik 'n eenvormige "vetsugmikrobiota" ontvang het. Wat belangrik is, is dat maer muise wat aanvanklik 'n diverse mikrobiota ontvang het, nie vetsug van hul saamwooners opgedoen het nie.

Ontleding van metaboliete in die ingewande het getoon dat daar na samewoning in muise wat aanvanklik die "vetsugmikrobiota" ontvang het, 'n afname in disakkariede en 'n toename in kortkettingvetsure was. Daar is dus gevind dat 'n diverse mikrobiota teen die ontwikkeling van vetsug beskerm, en die oorplanting of natuurlike oordrag van sulke mikrobiota na vetsugtige muise lei tot 'n normalisering van liggaamsgewig.

Afsluiting

Daar moet kennis geneem word dat muise koprofage is, wat die natuurlike uitruil van mikrobiota tussen saamwooners aansienlik vergemaklik. Die resultate van studies oor die mikrobiota en epidemiologie van vetsug by mense kan egter ook verklaar word deur die uitruil van mikroflora deur sosiale interaksies. Hierbo het ek gepraat oor hoe om na die kleuterskool te gaan die diversiteit van die mikrobiota verhoog, maar die uitruil van mikroflora kan ook deur ander sosiale verbindings plaasvind en moontlik die risiko van vetsug beïnvloed. Byvoorbeeld, 'n ontleding van die mediese rekords van 1 519 gesinne van Amerikaanse militêre personeel het dit moontlik gemaak om vas te stel dat die liggaamsmassa-indeks van familielede nadat hulle binne 24 maande aan 'n nuwe diensstasie toegewys is, verander het in ooreenstemming met die aanwysers van die bevolking van die gebied. Die skrywers van hierdie en 45 ander soortgelyke studies dui daarop dat verskille in ons liggaamsbou van dié van die onmiddellike omgewing sielkundige ongemak kan verhoog, en dit beïnvloed weer eetgedrag en fisieke aktiwiteit. Pogings om hierdie oorsaaklike verband te bewys was egter tot dusver onsuksesvol. Intussen kan die uitruil van mikrobiota deur die omgewing en direkte kontakte hierdie verskynsel verklaar.

In hierdie konteks kan my lewenservaring ook interessant wees. Ek self is nog steeds droewig en die gesegde "nie vir 'n perdevoer nie" gaan oor my! En sedert ek my vrou ontmoet het, het sy van jaar tot jaar gewig begin verloor. Sy het weliswaar nooit vetsug gehad nie, maar van die begin van ons verhouding het sy merkbaar gewig verloor. Selfs as student het sy gespot dat ek haar met my wurms besmet het, maar sodra ek werk in die laboratorium gekry het, het ek alles nagegaan en niks van die aard gekry nie. Toe het ek vir die eerste keer voorgestel dat die saak dalk in die eienaardighede van my mikrobiota lê, wat my vrou geleidelik aangeneem het. Ongelukkig is dit onmoontlik om hierdie kenmerke in ons laboratorium te bestudeer, daarom het ek 'n monster van my "binnewêreld" na Atlas gestuur vir ontleding. Ek sal in die volgende artikel oor die resultate van die analise skryf, waarin ek in detail sal praat oor die metodes om die mikrobiota reg te stel om liggaamsgewig te verminder (upd: 'n storie oor die resultate).