Flora usus: dapatkan lebih banyak tenaga daripada kurang makanan

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Pemeriksaan terhadap seorang wanita dengan aduan cirit-birit yang berterusan dan sakit perut akut mendedahkan keradangan akut kolon yang disebabkan oleh Clostridia. Memandangkan rintangan bakteria terhadap antibiotik, pesakit ditawarkan kaedah terapi eksperimen, tetapi berkesan - pemindahan mikrobiota penderma (mikroflora usus).

Selepas pengenalan 600 ml penggantungan najis penderma ke dalam usus pesakit, kambuhan penyakit tidak lagi diperhatikan - mikrobiota penderma berjaya menggantikan patogen dan menduduki ceruknya. Bagaimanapun, setahun kemudian, wanita itu mengadu kepada doktor tentang kenaikan berat badan yang cepat, manakala sepanjang hidupnya sebelum pemindahan dia mempunyai berat badan yang normal dan stabil. Dari saat prosedur, peningkatan adalah 15 kg, dan jumlah berat badan mencapai 77 kg dengan ketinggian 155 cm. Walaupun kecergasan dan diet, berat pesakit tidak lama kemudian melebihi 80 kg. Doktor menyatakan bahawa penderma yang sihat secara amnya juga mempunyai berat badan berlebihan dan membenarkan kemungkinan "pencemaran" obesiti melalui mikrobiota. Pada pandangan pertama, andaian yang begitu berani mempunyai asas bukti yang kukuh. Dalam artikel ini, saya akan bercakap tentang kesan mikrobiota pada pencernaan, dan mengapa kepelbagaian spesiesnya berkurangan, dan keseragaman meningkatkan risiko obesiti.

glagolas.

pengenalan

Kebarangkalian untuk mewarisi obesiti mencapai 80%, tetapi perbezaan individu dalam genom nuklear menyumbang kurang daripada 2% daripada kebolehubahan berat badan dalam populasi. Di samping itu, genom nuklear dihantar kepada kanak-kanak hampir sama dari setiap ibu bapa, tetapi kanak-kanak mewarisi obesiti dengan kekerapan yang lebih tinggi daripada ibu mereka. Fenomena ini sering dijelaskan oleh pengaruh pada metabolisme mitokondria, yang mempunyai DNA mereka sendiri dan yang tidak terdapat dalam kepala sperma; oleh itu, genom mitokondria diwarisi oleh embrio hanya dari telur ibu. Walau bagaimanapun, hasil kajian genom mitokondria menjelaskan lebih sedikit kes pewarisan obesiti. Oleh itu, jika pewarisan penyakit ini hanya sebahagiannya dimediasi oleh genom nuklear dan mitokondria, maka mungkin obesiti ditularkan kepada kanak-kanak terutamanya melalui genom manusia ketiga - mikrobiom (satu set gen mikrobiota), yang juga diwarisi daripada ibu?

Warisan dan kebolehubahan mikrobiom

Perkembangan intrauterin disertai dengan kemandulan mutlak janin, yang buat pertama kalinya menerima mikrobiota, mengatasi saluran kelahiran semasa bersalin semula jadi. Oleh itu, bayi yang dilahirkan secara semula jadi mempunyai mikrobiota yang lebih pelbagai daripada yang diekstrak melalui pembedahan cesarean. Selain itu, kajian telah menunjukkan bahawa kanak-kanak yang dilahirkan secara caesarean mempunyai risiko obesiti yang lebih besar. Walau bagaimanapun, komposisi mikrobiota dalam kanak-kanak ini secara beransur-ansur normal di bawah keadaan penyusuan, yang memastikan penguasaan bifidobakteria dan lactobacilli, yang menindas populasi bakterioid dan clostridia oportunistik. Kelahiran dan penyusuan secara semula jadi membentuk tulang belakang mikrobiota, yang biasanya bertahan seumur hidup. Pengayaan lanjut mikrobiota dengan jenis bakteria lain bergantung pada gaya hidup.

Jadi, sebagai contoh, melawat tadika adalah faktor penting dan bebas dalam meningkatkan kepelbagaian spesies mikrobiota. Sebaliknya, penggunaan antibiotik dan antiseptik yang meluas, serta piawaian kebersihan dan kebersihan yang ketat, mengurangkan kadar pertukaran mikrobiota antara manusia dan kepelbagaiannya (baca lebih lanjut mengenai kesan antibiotik pada mikrobiota dan nafas berbau di sini). Oleh itu, kita boleh bercakap tentang kebolehwarisan dan kebolehubahan mikrobiom.

Struktur mikrobiota

Dengan usia, bilangan sel bakteria dalam usus secara beransur-ansur mencapai 100 trilion, yang melebihi bilangan sel badan sendiri pada orang dewasa sebanyak 10 kali ganda. Pada masa yang sama, disebabkan saiz bakteria yang kecil, keseluruhan mikrobiota mempunyai berat sehingga 2 kg dan muat di dalam usus besar.

Kira-kira 60% daripada kandungan rektum adalah mikroorganisma, koloninya tumbuh pada serat makanan tumbuhan (selulosa), menggunakannya sebagai makanan dan rangka, dengan itu membentuk konsistensi najis yang berketul. Walaupun bilangan bakteria yang ketara, interaksi mereka dengan tubuh manusia telah lama dipertimbangkan oleh saintis dengan ketat dalam rangka komensalisme, di mana mikroorganisma mendapat manfaat daripada hubungan itu, dan makroorganisma tidak menerima manfaat mahupun mudarat. Walau bagaimanapun, dengan perkembangan kaedah genotaip, konsep mikrobiota telah berubah dengan ketara.

Didapati bahawa kepelbagaian spesies mikrobiota mencapai 300-700 spesies mikroorganisma, dan jumlah genom mereka terdiri daripada 10 juta gen, iaitu 300 kali lebih besar daripada genom manusia. Penjumlahan gen mikrobiom sedemikian dan perbandingan bilangannya dengan yang ada pada manusia bukan sekadar kata kunci di sini. Banyak gen bakteria berfungsi melengkapi genom nuklear manusia, dan interaksi interspesies mikroorganisma adalah sangat rapat sehingga sesetengah spesies benar-benar tidak boleh hidup tanpa satu sama lain. Penemuan terkini ke arah ini memungkinkan untuk bercakap tentang hubungan yang saling menguntungkan antara manusia dan mikrobiota, dan keseluruhan gennya dipanggil mikrobiom atau genom manusia ketiga. Untuk menggambarkan, saya akan memberikan contoh khusus.

Fisiologi mikrobiota

Dengan makanan tumbuhan, kita mengambil polimer fruktosa (fruktan), yang kita tidak mempunyai enzim kita sendiri untuk dipecah menjadi gula ringkas. Fruktan yang tidak dirawat tidak diserap, dan pengumpulannya di dalam usus menyebabkan gangguan yang teruk, dan dalam rongga mulut ia digunakan oleh bakteria karies untuk melekat pada enamel gigi. Kami dibantu oleh bifidobakteria dan lactobacilli, yang mempunyai gen enzim untuk membelah fruktan kepada laktat dan asetat. Metabolit ini mewujudkan lebih banyak keadaan berasid yang mengurangkan pembiakan bakteria oportunistik yang sensitif asid dan cirit-birit. Di samping itu, laktat dan asetat menggunakan jenis mikroflora mesra lain sebagai sumber tenaga, yang menghasilkan butirat - sumber tenaga utama untuk sel epitelium usus dan perencat penembusan patogen intraselular ke dalamnya, dan sebatian ini juga mengurangkan risiko mengembangkan kolitis ulseratif dan kanser kolon. Jadi, hanya beberapa jenis bakteria mensintesis bahan penyembuhan daripada komponen makanan berbahaya untuk badan, dan, melindungi niche mereka daripada pesaing, sebagai bonus kepada seseorang, menyekat pertumbuhan patogen dalam ususnya! Sekarang bayangkan bagaimana berpuluh-puluh dan beratus-ratus spesies mikroorganisma digabungkan menjadi rantai metabolik yang lebih panjang dan lebih bercabang yang menghasilkan asid amino penting, vitamin dan metabolit lain, dengan itu memodulasi penghadaman, imuniti dan juga tingkah laku kita, termasuk makanan.

Mikrobiota dan obesiti

Kesan ketara mikrobiota terhadap obesiti mula-mula ditunjukkan dalam keadaan tanpa mikroorganisma dan dibesarkan dalam keadaan steril. Biasanya, tikus steril biasanya mempunyai 42% kurang tisu adipos daripada tikus yang setanding dengan mikroflora. Pada masa yang sama, tikus steril yang lebih kurus mengambil 29% lebih banyak makanan daripada tikus yang lebih lengkap dengan mikroflora. Penyelidik memindahkan mikroflora daripada tikus biasa kepada tikus steril dan memerhatikan peningkatan 57% dalam tisu adiposa dalam masa dua minggu, walaupun terdapat penurunan 27% dalam pengambilan makanan!

Penulis membuat kesimpulan bahawa mikroflora membantu mengekstrak lebih banyak tenaga daripada kurang makanan. Pada masa yang sama, kecekapan tenaga pencernaan dengan mikroflora meningkat dengan begitu banyak sehingga lebihan kalori yang terhasil disimpan dalam tisu adiposa.

Keputusan yang diperoleh dalam kajian ini adalah disebabkan oleh kepelbagaian rendah glikosidase yang disintesis secara bebas oleh badan mamalia - enzim untuk membelah ikatan dalam molekul karbohidrat kompleks seperti serat tumbuhan. Sebagai perbandingan, jika dalam genom kita hanya terdapat 20 gen untuk sintesis glikosidase, maka spesies bacterioid sahaja mensintesis 261 jenis glikosidase, dan keseluruhan mikrobiom mengandungi 250,000 gen untuk sintesis enzim ini. Oleh itu, jika tiada mikrobiota, serat kaya tenaga meninggalkan badan dengan najis, tidak memenuhi keperluan kalori, jadi tikus steril makan lebih banyak dan berat kurang daripada rakan-rakan mereka dengan mikroflora biasa. Hasil kajian ini tanpa disedari menimbulkan idea kaedah untuk merawat obesiti dengan pemusnahan total mikrobiota dengan antibiotik. Walau bagaimanapun, evolusi bersama manusia dan mikrobiota telah jauh sehingga pelaksanaan idea ini adalah mustahil, dan dari sudut pandangan klinikal, ia sangat berbahaya.

Pertama, tidak seperti tikus, kita tidak mampu hidup dalam keadaan steril. Persekitaran mengandungi banyak mikroorganisma patogen yang akan senang untuk menduduki ceruk bebas daripada mikroflora semula jadi. Sebagai contoh, seorang wanita yang kes klinikalnya diberikan pada permulaan artikel mendapat jangkitan Clostridia sejurus selepas dirawat untuk vaginosis bakteria dengan dos antibiotik yang tinggi. Kedua, saya telah menyebut bahawa tanpa mikrobiota, kita tidak dapat memecahkan fruktan sendiri, yang pengumpulannya penuh dengan gangguan pencernaan yang teruk. Dan akhirnya, ketiga, penggunaan antibiotik dalam amalan menunjukkan kesan yang bertentangan - obesiti bertambah teruk, dan mikrobiota komposisi yang lebih pelbagai dan kaya melindungi daripada obesiti.

Antibiotik dan obesiti

Sejak pertengahan abad yang lalu, antibiotik telah digunakan secara meluas dalam pertanian untuk mempercepatkan penambahan berat badan ternakan. Untuk tujuan ini, persediaan ditambah kepada makanan secara berterusan, akibatnya 70% daripada antibiotik yang dihasilkan dibelanjakan untuk penternakan.

Kesan positif antibiotik pada berat badan telah lama dikaitkan dengan pencegahan jangkitan, kerana haiwan yang sihat menambah berat badan dengan lebih cepat. Tetapi kemudiannya terbukti bahawa pergantungan ini dimediasi oleh perubahan dalam komposisi mikrobiota. Kesan antibiotik yang serupa pada berat badan manusia dianggap tidak mungkin, kerana terapi antibiotik digunakan untuk masa yang singkat dan secara sporadis. Sementara itu, 10 tahun yang lalu dalam kajian mendapati bahawa walaupun satu kursus antibiotik membawa kepada penurunan dalam kepelbagaian mikrobiota manusia dalam tempoh 4 tahun. Meta-analisis kajian 2017 ke atas hampir 500,000 orang mendapati bahawa penggunaan antibiotik pada peringkat bayi dengan ketara meningkatkan risiko obesiti di kemudian hari, dengan dos antibiotik berkorelasi positif dengan obesiti. Oleh itu, penurunan berat badan yang dijangkakan akibat penindasan mikrobiota tidak berlaku, tetapi pada masa akan datang, sebaliknya, perkembangan obesiti diperhatikan. Mungkin, antibiotik, secara selektif memusnahkan wakil mikroflora normal yang sensitif kepada mereka, membentuk sejenis "mikrobiota obesiti".

Konsep rantai metabolik berterusan dan "mikrobiota obesiti"

Mikrobiota lengkap ialah rantaian tindak balas metabolik berterusan yang memecahkan serat yang kaya dengan tenaga kepada sebatian yang kurang tenaga. Dalam kes ini, setiap metabolit perantaraan yang masih mengandungi tenaga diasimilasikan oleh bakteria seterusnya dalam rantai metabolik, yang mampu mensintesis enzim untuk pecahannya, menyerap bahagian tenaganya. Metabolit akhir fungsi rantai metabolik berterusan adalah asid lemak rantai pendek, yang terutamanya dikatabolismekan oleh sel-sel usus dan tidak disublimasikan dalam tisu adiposa, malah sebahagian daripadanya menghalang lipogenesis dan menyekat selera makan. Oleh itu, mikrobiota yang lengkap hampir sepenuhnya menggunakan tenaga serat dan melindungi perumah daripada obesiti, walaupun dia menyalahgunakan karbohidrat pantas.

Tidak seperti mikroflora biasa, "mikrobiota obesiti" adalah membosankan kerana spesies, genera atau keseluruhan keluarga bakteria yang hilang, oleh itu ia tidak dapat membentuk rantai metabolik yang berterusan. Oleh kerana pelbagai jenis serat dipecahkan oleh banyak wakil mikrobiota, ketiadaan sebahagian daripadanya tidak menghalang permulaan rantai metabolik dan serat pemakanan selamat dipecahkan kepada metabolit perantaraan. Sebaliknya, ketiadaan spesies bakteria yang secara khusus memecahkan metabolit perantaraan membawa kepada pengumpulan yang terakhir dalam lumen usus. Tidak seperti serat, metabolit perantaraan mampu diserap oleh badan, termasuk meningkatkan rizab tisu adiposa. Oleh itu, "mikrobiota obesiti" mengandungi sejenis celah di mana tenaga "mengalir" ke dalam tubuh manusia.

"Mikrobiota obesiti" yang dikatakan telah disokong oleh eksperimen mengenai pemindahan najis daripada orang yang berbeza fizikal kepada tikus steril. Untuk mengecualikan faktor lain, mikrobiota untuk pemindahan telah diambil daripada 8 kembar, yang pasangannya berbeza dengan kehadiran dan ketiadaan obesiti, dan tikus, yang menerima mikrobiota daripada orang yang mempunyai fizikal yang berbeza, hidup secara berasingan. Mikrobiota yang diperoleh daripada kembar obes mempunyai komposisi spesies yang jarang berbanding dengan mikrobiota kembar berbadan normal yang lebih pelbagai.

Hasil daripada eksperimen, tikus yang menerima "mikrobiota obesiti" menunjukkan peningkatan ketara dalam lemak badan pada hari ke-8 selepas pemindahan. Pada masa yang sama, jisim lemak pada tikus yang menerima mikrobiota daripada kembar dengan berat badan normal kekal tanpa perubahan ketara sepanjang eksperimen.

Di samping itu, pengarang kajian ini memutuskan untuk menguji penularan obesiti. Untuk ini, tikus yang diperolehi hasil pemindahan mikrobiota yang berbeza diletakkan di dalam sangkar biasa selepas 5 hari. Kawalan berat badan dan komposisi badan pada hari ke-10 bersekedudukan menunjukkan bahawa tikus yang menerima "mikrobiota obesiti" memperoleh lebih sedikit lemak daripada tikus yang serupa pada bahagian pertama eksperimen (hidup dalam pengasingan), dan secara praktikalnya tidak berbeza daripada tinggal bersama. tikus yang menerima mikrobiota daripada kembar dengan fizikal normal. Analisis mikrobioma menunjukkan peningkatan dalam kepelbagaian mikrobiota pada tikus yang pada mulanya menerima "mikrobiota obesiti" seragam. Yang penting, tikus kurus yang pada mulanya menerima mikrobiota yang pelbagai tidak mengalami obesiti daripada rakan bersekedudukan mereka.

Analisis metabolit dalam usus menunjukkan bahawa selepas tinggal bersama pada tikus yang pada mulanya menerima "mikrobiota obesiti", terdapat penurunan disakarida dan peningkatan dalam asid lemak rantaian pendek. Oleh itu, didapati bahawa mikrobiota yang pelbagai melindungi daripada perkembangan obesiti, dan pemindahan atau pemindahan semula jadi mikrobiota tersebut kepada tikus obes membawa kepada normalisasi berat badan.

Kesimpulan

Perlu diingatkan bahawa tikus adalah coprophages, yang sangat memudahkan pertukaran semula jadi mikrobiota antara cohabitants. Walau bagaimanapun, hasil kajian tentang mikrobiota dan epidemiologi obesiti pada manusia juga boleh dijelaskan dengan pertukaran mikroflora melalui interaksi sosial. Di atas, saya bercakap tentang bagaimana pergi ke tadika meningkatkan kepelbagaian mikrobiota, tetapi pertukaran mikroflora juga boleh berlaku melalui hubungan sosial yang lain dan berpotensi menjejaskan risiko obesiti. Sebagai contoh, analisis rekod perubatan 1,519 keluarga anggota tentera Amerika membolehkan untuk menentukan bahawa indeks jisim badan ahli keluarga selepas ditugaskan ke stesen bertugas baharu dalam tempoh 24 bulan berubah mengikut penunjuk populasi kawasan. Pengarang ini dan 45 kajian lain yang serupa mencadangkan bahawa perbezaan dalam fizikal kita daripada persekitaran terdekat boleh meningkatkan ketidakselesaan psikologi, dan ini, seterusnya, mempengaruhi tingkah laku makan dan aktiviti fizikal. Walau bagaimanapun, percubaan untuk membuktikan hubungan sebab-akibat ini setakat ini tidak berjaya. Sementara itu, pertukaran mikrobiota melalui persekitaran dan hubungan langsung dapat menjelaskan fenomena ini.

Dalam konteks ini, pengalaman hidup saya juga boleh menjadi menarik. Saya sendiri masih kering dan pepatah "bukan untuk makanan kuda" adalah tentang saya! Dan sejak saya bertemu isteri saya, dia mula menurunkan berat badan dari tahun ke tahun. Benar, dia tidak pernah mengalami obesiti, tetapi sejak awal hubungan kami dia kehilangan berat badan dengan ketara. Walaupun sebagai seorang pelajar, dia bergurau bahawa saya menjangkitinya dengan cacing saya, tetapi sebaik sahaja saya mendapat pekerjaan di makmal, saya menyemak segala-galanya dan tidak menemui apa-apa jenis itu. Kemudian, buat pertama kalinya, saya mencadangkan bahawa perkara itu mungkin dalam keanehan mikrobiota saya, yang secara beransur-ansur diterima pakai oleh isteri saya. Malangnya, adalah mustahil untuk mengkaji ciri ini di makmal kami, jadi saya menghantar sampel "dunia dalaman" saya ke Atlas untuk dianalisis. Saya akan menulis tentang hasil analisis dalam artikel seterusnya, di mana saya akan bercakap secara terperinci tentang kaedah membetulkan mikrobiota untuk mengurangkan berat badan (upd: cerita tentang hasilnya).