Suolistofloora: saat enemmän energiaa vähemmällä ruoalla

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Jatkuvaa ripulia ja akuuttia vatsakipua valittavan naisen tutkiminen paljasti Clostridian aiheuttaman akuutin paksusuolen tulehduksen. Bakteerien antibioottiresistenssin vuoksi potilaalle tarjottiin kokeellista, mutta tehokasta hoitomenetelmää – luovuttajan mikrobiston (suoliston mikrobiston) siirtoa.

Sen jälkeen, kun 600 ml luovuttajan ulosteiden suspensiota oli viety potilaan suolistoon, taudin uusiutumista ei enää havaittu - luovuttajan mikrobiota onnistui syrjäyttämään taudinaiheuttajan ja valtasi sen markkinaraot. Vuotta myöhemmin nainen kuitenkin valitti lääkärille nopeasta painonnoususta, vaikka hänen ruumiinpainonsa oli koko elinaikansa ennen elinsiirtoa normaali ja vakaa. Toimenpiteen hetkestä nousua oli 15 kg ja kokonaispaino 155 cm pituuden ollessa 77 kg. Kunnnosta ja ruokavaliosta huolimatta potilaan paino ylitti pian 80 kg. Lääkäri totesi, että yleisesti terve luovuttaja on myös ylipainoinen ja salli lihavuuden "kontaminaation" mikrobiotan kautta. Ensi silmäyksellä tällaisella rohkealla oletuksella on vankka näyttöpohja. Tässä artikkelissa puhun mikrobiotan vaikutuksesta ruoansulatukseen ja miksi sen lajien monimuotoisuus vähenee ja yhtenäisyys lisää lihavuuden riskiä.

glagolas.

Johdanto

Lihavuuden periytymistodennäköisyys saavuttaa 80 %, mutta yksilölliset erot tuman genomissa muodostavat alle 2 % väestön painon vaihtelusta. Lisäksi tumagenomi siirtyy lapselle lähes yhtä paljon kummaltakin vanhemmalta, mutta lapset perivät lihavuuden huomattavasti useammin äideillään. Tämä ilmiö selittyy usein vaikutuksella mitokondrioiden aineenvaihduntaan, joilla on oma DNA ja jotka puuttuvat siittiön päästä, joten alkio perii mitokondrion genomin vain äidin munasta. Mitokondrioiden genomia koskevan tutkimuksen tulokset selittävät kuitenkin vielä harvemmat liikalihavuuden perinnölliset tapaukset. Jos siis tämän taudin periytymistä välittävät vain osittain ydin- ja mitokondriogenomit, niin ehkä liikalihavuus tarttuu lapsille pääasiassa ihmisen kolmannen genomin - mikrobiomin (mikrobiotan geenijoukon) kautta, joka periytyy myös äiti?

Mikrobiomin perinnöllisyys ja vaihtelevuus

Kohdunsisäiseen kehitykseen liittyy sikiön ehdoton steriiliys, joka saa ensimmäistä kertaa mikrobiotan, joka voittaa synnytyskanavan luonnollisen synnytyksen aikana. Siksi luonnollisesti syntyneillä vauvoilla on monipuolisempi mikrobisto kuin keisarinleikkauksella uutetuilla. Lisäksi tutkimukset ovat osoittaneet, että keisarinleikkauksella syntyneillä lapsilla on suurempi lihavuuden riski. Siitä huolimatta näiden lasten mikrobiotan koostumus normalisoituu vähitellen imetyksen olosuhteissa, mikä varmistaa opportunististen bakterioidien ja klostridioiden populaatioita tukahduttavien bifidobakteerien ja laktobasillien dominanssin. Luonnollinen synnytys ja imetys muodostavat mikrobiotan selkärangan, joka kestää yleensä koko elämän. Mikrobiootan lisärikastuminen muuntyyppisillä bakteereilla riippuu elämäntavasta.

Joten esimerkiksi päiväkodissa käynti on merkittävä ja itsenäinen tekijä mikrobiotan lajien monimuotoisuuden lisäämisessä. Toisaalta antibioottien ja antiseptisten aineiden laaja käyttö sekä tiukat saniteetti- ja hygieniastandardit vähentävät ihmisten välistä mikrobiotan vaihtoa ja sen monimuotoisuutta (lue lisää antibioottien vaikutuksesta mikrobiotaan ja pahanhajuiseen hengitykseen täältä). Siten voimme puhua mikrobiomin perinnöllisyydestä ja vaihtelevuudesta.

Mikrobiootan rakenne

Iän myötä suoliston bakteerisolujen määrä saavuttaa vähitellen 100 biljoonaa, mikä ylittää aikuisen kehon omien solujen määrän 10 kertaa. Samaan aikaan bakteerien pienen koon vuoksi koko mikrobisto painaa jopa 2 kg ja mahtuu paksusuoleen.

Noin 60 % peräsuolen sisällöstä on mikro-organismeja, joiden pesäkkeet kasvavat kasviperäisen ravinnon (selluloosan) kuiduilla käyttämällä niitä ravintona ja luurankoina, jolloin ulosteesta muodostuu möykkyinen koostumus. Huolimatta huomattavasta bakteerimäärästä, tiedemiehet ovat pitkään pitäneet niiden vuorovaikutusta ihmiskehon kanssa tiukasti kommensalismin puitteissa, jossa mikro-organismi hyötyy suhteesta, eikä makro-organismi saa hyötyä eikä haittaa. Genotyypitysmenetelmien kehittymisen myötä mikrobiotan käsite on kuitenkin muuttunut merkittävästi.

Todettiin, että mikrobiotan lajien monimuotoisuus yltää 300-700 mikro-organismilajiin ja niiden kokonaisgenomi koostuu 10 miljoonasta geenistä, mikä on 300 kertaa enemmän kuin ihmisen genomi. Tällainen mikrobiomin geenien summaus ja niiden lukumäärän vertailu ihmisiin ei ole vain tunnussana tässä. Monet bakteerigeenit täydentävät toiminnallisesti ihmisen ydingenomia, ja mikro-organismien lajien välinen vuorovaikutus on niin läheistä, että jotkut lajit eivät kirjaimellisesti voi elää ilman toisiaan. Viimeaikaiset löydöt tähän suuntaan mahdollistivat puhumisen ihmisen ja mikrobiotan molempia osapuolia hyödyttävästä suhteesta, ja sen geenien kokonaisuutta kutsutaan mikrobiomiksi tai kolmanneksi ihmisen genomiksi. Havainnollistaakseni annan erityisen esimerkin.

Mikrobiootan fysiologia

Kasviruoan kanssa kulutamme fruktoosipolymeerejä (fruktaaneja), joita meillä ei ole omia entsyymejä pilkkomaan yksinkertaisiksi sokereiksi. Käsittelemättömät fruktaanit eivät imeydy, ja niiden kerääntyminen suolistossa aiheuttaa vakavia häiriöitä, ja suuontelossa kariesbakteerit käyttävät niitä kiinnittymään hammaskiilleen. Meitä auttavat bifidobakteerit ja laktobasillit, joilla on entsyymigeenejä fruktaanien pilkkomiseen laktaatiksi ja asetaatiksi. Nämä metaboliitit luovat happamampia olosuhteita, jotka vähentävät happoherkkien ja ripulia aiheuttavien opportunististen bakteerien lisääntymistä. Lisäksi laktaatti ja asetaatti käyttävät energialähteenä muun tyyppistä ystävällistä mikroflooraa, jotka tuottavat butyraattia - suoliston epiteelisolujen pääasiallista energianlähdettä ja solunsisäisten patogeenien tunkeutumisen estäjää, ja tämä yhdiste vähentää myös haavaisen paksusuolentulehduksen ja paksusuolensyövän kehittyminen. Joten vain muutama bakteerityyppi syntetisoi parantavaa ainetta keholle vaarallisista ruokakomponenteista ja suojelee markkinarakoaan kilpailijoilta, bonuksena henkilölle, tukahduttaa patogeenien kasvun hänen suolistoissaan! Kuvittele nyt, kuinka kymmeniä ja satoja mikro-organismilajeja yhdistyy pidemmiksi ja haarautuneemmiksi aineenvaihduntaketjuiksi, jotka tuottavat välttämättömiä aminohappoja, vitamiineja ja muita aineenvaihduntatuotteita, mikä moduloi ruoansulatusta, immuniteettia ja jopa käyttäytymistämme, mukaan lukien ruoka.

Mikrobiota ja lihavuus

Mikrobiotan merkittävä vaikutus liikalihavuuteen osoitettiin ensin täysin ilman mikro-organismeja ja kasvatettiin steriileissä olosuhteissa. Steriileillä hiirillä on tyypillisesti 42 % vähemmän rasvakudosta kuin vastaavilla hiirillä, joilla on mikrofloora. Samaan aikaan ohuemmat steriilit hiiret kuluttavat 29 % enemmän ruokaa kuin täydellisemmät mikroflooralliset hiiret. Tutkijat siirsivät mikroflooran normaaleista hiiristä steriileihin hiiriin ja havaitsivat 57 %:n lisäyksen rasvakudoksessa kahdessa viikossa, vaikka ravinnon saanti väheni 27 %!

Kirjoittajat päättelivät, että mikrofloora auttaa saamaan enemmän energiaa pienemmästä ruoasta. Samalla mikroflooran ruuansulatuksen energiatehokkuus kasvaa niin paljon, että syntyvä ylimääräinen kalori varastoituu rasvakudokseen.

Tässä tutkimuksessa saadut tulokset johtuvat nisäkkään kehon itsenäisesti syntetisoimien glykosidaasien vähäisestä määrästä - entsyymeistä, jotka katkaisevat sidoksia monimutkaisissa hiilihydraattimolekyyleissä, kuten kasvikuiduissa. Vertailun vuoksi, jos genomissamme on vain 20 geeniä glykosidaasien synteesiä varten, niin bakterioidilajit yksin syntetisoivat 261 tyyppistä glykosidaaseja, ja koko mikrobiomi sisältää 250 000 geeniä näiden entsyymien synteesiä varten. Siten mikrobiotan puuttuessa energiarikas kuitu lähtee kehosta ulosteen mukana, eivätkä täytä kaloritarpeita, joten steriilit hiiret syövät enemmän ja painavat vähemmän kuin normaalin mikrobiflooran omaavat kollegansa. Näiden tutkimusten tuloksista syntyy tahattomasti ajatus menetelmästä liikalihavuuden hoitamiseksi tuhoamalla mikrobiot kokonaan antibiooteilla. Ihmisen ja mikrobiotan yhteisevoluutio on kuitenkin edennyt niin pitkälle, että tämän idean toteuttaminen on mahdotonta ja kliinisestä näkökulmasta erittäin vaarallista.

Ensinnäkin, toisin kuin hiiret, meillä ei ole varaa elää steriileissä olosuhteissa. Ympäristössä on monia patogeenisiä mikro-organismeja, jotka miehittävät mielellään luonnollisesta mikrofloorasta vapaita markkinarakoja. Esimerkiksi nainen, jonka kliininen tapaus on kerrottu artikkelin alussa, sai Clostridia-infektion juuri sen jälkeen, kun häntä hoidettiin bakteerivaginoosiin suurilla antibioottiannoksilla. Toiseksi, mainitsin jo, että ilman mikrobiotaa emme pysty itse hajottamaan fruktaaneja, joiden kertyminen on täynnä vakavia ruoansulatushäiriöitä. Ja lopuksi, kolmanneksi, antibioottien käyttö käytännössä osoittaa päinvastaista vaikutusta - liikalihavuus pahenee, ja monipuolisempi ja koostumukseltaan rikkaampi mikrobiota suojaa lihavuudelle.

Antibiootit ja liikalihavuus

Viime vuosisadan puolivälistä lähtien antibiootteja on käytetty laajalti maataloudessa nopeuttamaan karjan painonnousua. Tätä tarkoitusta varten valmisteita lisätään jatkuvasti rehuun, minkä seurauksena 70 % tuotetuista antibiooteista kuluu karjanhoitoon.

Antibioottien positiivinen vaikutus ruumiinpainoon on jo pitkään laskettu infektioiden ehkäisyyn, sillä terve eläin lihoaa nopeammin. Mutta myöhemmin osoitettiin, että tämä riippuvuus välittyy mikrobiotan koostumuksen muutoksista. Antibioottien samanlaista vaikutusta ihmisen painoon pidettiin epätodennäköisenä, koska antibioottihoitoa käytetään lyhytaikaisesti ja satunnaisesti. Samaan aikaan 10 vuotta sitten tehdyissä tutkimuksissa todettiin, että jo yksi antibioottikuuri johtaa ihmisen mikrobiotan monimuotoisuuden vähenemiseen neljässä vuodessa. Vuoden 2017 meta-analyysi lähes 500 000 ihmisen tutkimuksista totesi, että antibioottien käyttö vauvaiässä lisäsi merkittävästi lihavuuden riskiä myöhemmällä iällä, ja antibiootin annos korreloi positiivisesti liikalihavuuden kanssa. Näin ollen odotettua kehonpainon laskua mikrobiotan tukahduttamisen seurauksena ei tapahdu, vaan tulevaisuudessa päinvastoin havaitaan liikalihavuuden kehittymistä. Oletettavasti antibiootit, jotka tuhoavat valikoivasti niille herkkiä normaalin mikroflooran edustajia, muodostavat eräänlaisen "lihavuusmikrobiston".

Jatkuvan aineenvaihduntaketjun käsite ja "lihavuusmikrobisto"

Täydellinen mikrobiota on jatkuva aineenvaihdunnan reaktioketju, joka hajottaa energiarikkaat kuidut energiaköyhiksi yhdisteiksi. Tässä tapauksessa aineenvaihduntaketjun seuraava bakteeri, joka pystyy syntetisoimaan entsyymejä sen hajottamiseksi, absorboi osan energiasta, sulattaa jokaisen väliaineenvaihduntatuotteen, joka sisältää edelleen energiaa. Jatkuvan aineenvaihduntaketjun toiminnan lopulliset aineenvaihduntatuotteet ovat lyhytketjuisia rasvahappoja, jotka pääosin katabolioivat suolistosoluissa ja jotka eivät sublimoidu rasvakudoksessa, ja osa niistä jopa estävät lipogeneesiä ja hillitsevät ruokahalua. Täysikasvuinen mikrobisto siis hyödyntää lähes täysin kuidun energiaa ja suojelee isäntää liikalihavuudelle, vaikka se väärinkäyttäisi nopeita hiilihydraatteja.

Toisin kuin normaali mikrofloora, "lihavuusmikrobisto" on yksitoikkoinen puuttuvien lajien, sukujen tai kokonaisten bakteeriperheiden vuoksi, joten se ei pysty muodostamaan jatkuvaa aineenvaihduntaketjua. Koska monet mikrobiotan edustajat hajottavat erityyppisiä kuituja, joidenkin puuttuminen ei estä aineenvaihduntaketjun alkua ja ravintokuitu hajoaa turvallisesti välimetaboliitteiksi. Väliaineboliitteja spesifisesti hajottavien bakteerilajien puuttuminen puolestaan johtaa jälkimmäisten kerääntymiseen suolen onteloon. Toisin kuin kuidut, väliaineenvaihduntatuotteet voivat imeytyä elimistöön, mukaan lukien rasvakudosvarastojen lisääminen. Siten "lihavuusmikrobisto" sisältää eräänlaisia aukkoja, joiden kautta energia "virtaa" ihmiskehoon.

Väitettyä "lihavuuden mikrobiota" on tuettu kokeilla, joissa on siirretty ulosteita eri fyysisiltä ihmisiltä steriileihin hiiriin. Muiden tekijöiden poissulkemiseksi elinsiirtoa varten rekrytoitu mikrobisto kahdeksasta kaksosesta, joiden parit erosivat liikalihavuuden esiintymisen ja puuttumisen suhteen, ja hiiret, jotka saivat mikrobiota eri fyysisiltä ihmisiltä, elivät erillään. Lihavista kaksosista peräisin olevan mikrobiston lajikoostumus oli harvalukuinen verrattuna normaalirunkoisten kaksosten monimuotoisempaan mikrobiotaan.

Kokeen tuloksena hiirillä, jotka saivat "lihavuusmikrobiot", kehon rasvapitoisuus lisääntyi merkittävästi jo 8. päivänä transplantaation jälkeen. Samanaikaisesti normaalipainoisten kaksosten mikrobiota saaneiden hiirten rasvamassa säilyi ilman merkittäviä muutoksia koko kokeen ajan.

Lisäksi tämän tutkimuksen tekijät päättivät testata liikalihavuuden tarttuvuutta. Tätä varten eri mikrobiotan siirron tuloksena saadut hiiret sijoitettiin yhteiseen häkkiin 5 päivän kuluttua. Ruumiinpainon ja kehon koostumuksen valvonta 10. avoliitossa osoitti, että "lihavuusmikrobiston" saaneet hiiret lihoivat vähemmän kuin vastaavat hiiret kokeen ensimmäisessä osassa (eläivät eristyksissä) eivätkä käytännössä eronneet avoliitosta. hiiret, jotka saivat mikrobiotan kaksosilta, joilla on normaali ruumiinrakenne. Mikrobiomianalyysi osoitti mikrobiotan monimuotoisuuden lisääntymistä hiirillä, jotka saivat alun perin yhtenäisen "lihavuusmikrobiston". Tärkeää on, että laihat hiiret, jotka alun perin saivat monipuolisen mikrobiston, eivät saaneet lihavuutta avopuoliselta.

Suolistossa olevien aineenvaihduntatuotteiden analyysi osoitti, että alun perin "lihavuusmikrobiston" saaneiden hiirten yhteiselon jälkeen disakkaridien määrä väheni ja lyhytketjuisten rasvahappojen määrä lisääntyi. Siten havaittiin, että monipuolinen mikrobiota suojaa liikalihavuuden kehittymiseltä, ja tällaisen mikrobiston siirtäminen tai luonnollinen siirtäminen liikalihaviin hiiriin johtaa ruumiinpainon normalisoitumiseen.

Johtopäätös

On huomattava, että hiiret ovat koprofageja, mikä helpottaa suuresti mikrobiotan luonnollista vaihtoa avopuolisoiden välillä. Ihmisten liikalihavuuden mikrobiotaa ja epidemiologiaa koskevien tutkimusten tulokset voidaan kuitenkin selittää myös mikroflooran vaihdolla sosiaalisen vuorovaikutuksen kautta. Edellä kerroin, kuinka päiväkodissa käyminen lisää mikrobiotan monimuotoisuutta, mutta mikroflooran vaihto voi tapahtua myös muiden sosiaalisten yhteyksien kautta ja mahdollisesti vaikuttaa liikalihavuusriskiin. Esimerkiksi 1 519 amerikkalaisen sotilashenkilöstön perheen sairauskertomusten analyysi mahdollisti, että perheenjäsenten painoindeksi muuttui 24 kuukauden sisällä uudelle palveluspaikalle siirrettyään väestön indikaattoreiden mukaan. alue. Tämän ja 45 muun samanlaisen tutkimuksen kirjoittajat viittaavat siihen, että erot kehossamme lähiympäristöön verrattuna voivat lisätä psyykkistä epämukavuutta, mikä puolestaan vaikuttaa syömiskäyttäytymiseen ja fyysiseen aktiivisuuteen. Yritykset todistaa tämä syy-yhteys ovat kuitenkin toistaiseksi epäonnistuneet. Samaan aikaan mikrobiotan vaihto ympäristön ja suorien kontaktien kautta voi selittää tämän ilmiön.

Tässä yhteydessä elämänkokemukseni voi myös olla mielenkiintoinen. Olen itsekin edelleen nirso ja sanonta "ei hevosen rehuksi" koskee minua! Ja koska tapasin vaimoni, hän alkoi laihtua vuodesta toiseen. Totta, hänellä ei koskaan ollut lihavuutta, mutta suhteemme alusta lähtien hän laihtui huomattavasti. Jo opiskelijana hän vitsaili, että tartutin hänet matoillani, mutta heti kun sain työpaikan laboratorioon, tarkistin kaiken enkä löytänyt mitään sellaista. Sitten ensimmäistä kertaa ehdotin, että ongelma voisi olla mikrobiotani erityispiirteissä, jotka vaimoni vähitellen omaksui. Valitettavasti näitä ominaisuuksia on mahdotonta tutkia laboratoriossamme, joten lähetin näytteen "sisäisestä maailmastani" Atlakseen analysoitavaksi. Kirjoitan analyysin tuloksista seuraavassa artikkelissa, jossa kerron yksityiskohtaisesti mikrobiotan korjausmenetelmistä kehon painon vähentämiseksi (upd: tarina tuloksista).