Їжа та мікроби прихильність шлунково-кишкового суспільства на все життя

Аналіз впливу нового провідникового канаду Канади на бактерії, що колонізують людський організм

Склад нашого тіла настільки ж бактеріальний, як і людський; за поточними оцінками, ми маємо рівну кількість бактеріальних клітин і клітин людини. 1 Наші мікроорганізми, що живуть разом з іншими мікробами, такими як віруси, грибки та дріжджі, складають наш мікробіом. Ми покладаємось на наш мікробіом кишечника для виконання функцій, важливих для нашого здоров’я, таких як розщеплення продуктів, які ми не можемо переварити самостійно, виробляючи вітаміни, які зміцнюють нашу імунну систему та захищають від зараження шкідливими бактеріями (патогенами), такими як що викликають харчові отруєння. 2

За останні кілька років ми досягли колосального прогресу у розумінні складу та функції людського мікробіома завдяки використанню складних технологій секвенування ДНК. 3 Велика частина аналізу, спрямована на визначення здорового мікробіома, була зосереджена на популяціях бактерій, оскільки вони складають основну частину нашого мікробіома, значно перевершуючи інші мікроби. Мікробіом кишечника є предметом великих досліджень, оскільки зміни та дисбаланс (дисбіоз) у складі бактерій пов’язані з різними захворюваннями, включаючи запальні захворювання кишечника (ВЗК), синдром подразненого кишечника (СРК), астму, алергію, ожиріння, і цукровий діабет типів 1 і 2. 4 Асоціації між станами хвороби та бактеріальним дисбактеріозом кишечника змусили дослідників зрозуміти більше факторів, які впливають на популяції бактерій, а отже, і вплив таких змін на стан здоров’я кишечника.

Секвенування ДНК

Секвенування ДНК - це процес, який визначає точний порядок нуклеотидів у молекулі ДНК. Він включає будь-який метод або технологію, що використовуються для встановлення порядку чотирьох основ - аденіну, гуаніну, цитозину та тиміну - в ланцюзі ДНК.

Кишкова екосистема

Шлунково-кишковий тракт, наша найбільша територія, пов’язана із зовнішнім світом, - це трубка, яка проходить через тіло від рота до заднього проходу. Наш кишечник складає більшу частину шлунково-кишкового тракту і має неймовірні завдання перетравлення їжі, яку ми вживаємо, поглинання перетравлених поживних речовин та формування компетентного фізичного та імунного бар’єру - все це, зберігаючи поживні речовини. Трильйони бактерій. 5 Мікробіом кишечника знаходиться у внутрішній частині (просвіті) тракту, через який проходять їжа та перетравлена речовина. Типи бактеріальних популяцій, здатних заселяти різні фізичні простори вздовж кишечника, значною мірою є наслідком факторів навколишнього середовища, включаючи продукти, що виділяються клітинами кишечника, та продукти, які ми їмо. 6

Кількість бактерій, що мешкають у шлунково-кишковому тракті, збільшується, коли вона переходить із верхньої частини тонкої кишки (дванадцятипала кишка → тонка кишка → клубова кишка) у товсту кишку або товсту кишку. 6 Дванадцятипала кишка, де вміст шлунку стоїть на першому місці, містить бактерії, що нараховує сотні. На відміну від цього, в регіонах товстої кишки, найбільш віддалених від тонкої кишки, мешкають трильйони бактерій. Така підвищена щільність зумовлена кількома факторами навколишнього середовища, включаючи збільшення рН (середовище стає менш кислим) в області товстої кишки. Кисень, концентрація якого в області товстої кишки нижча, також впливає на щільність бактерій, оскільки він справді токсичний для багатьох наших бактерій-резидентів. Крім того, транзит перетравленої речовини, набагато швидший у відділі тонкої кишки, ніж у товстій кишці, впливає на здатність бактерій успішно колонізувати певні ділянки.

Епітеліальні клітини, які виконують роль межі взаємодії між просвітом і підлягає тканиною кишечника, також є джерелом факторів, що впливають на бактерії. Наприклад, у тонкому кишечнику є тип епітеліальної клітини кишечника (клітини Панета), який відсутній у здоровій товстій кишці. 7 Клітини Панета є потужними продуцентами антимікробних пептидів, які вони викидають у просвіт, обмежуючи тим самим популяції бактерій. Вони в більшій кількості присутні в дванадцятипалій кишці і в меншій кількості в клубовій кишці.

На відміну від них, келихоподібні клітини, інший тип епітеліальних клітин кишечника, що відповідають за вироблення кишкового слизу, знаходяться у більшій кількості в області товстої кишки. 7 Отже, товщина слизового шару збільшується по мірі наближення до товстої кишки - максимум у товстій кишці, а мінімум у верхній частині тонкої кишки. Дифузний шар слизу в дванадцятипалій кишці та тонкій кишці необхідний для оптимального засвоєння поживних речовин, тоді як більш товстий шар слизу в товстій кишці захищає епітелій кишечника від ущільненого стільця, що рухається в просвіті, забезпечуючи при цьому місце для поселення або прилипання бактерій-резидентів у більші цифри. 8

Кишкові бактерії залежать від нас в їжі

Другим найважливішим фактором, що впливає на бактеріальну популяцію в кишечнику, є їжа, яку ми їмо. Подібно до того, як нашим клітинам і, як наслідок, нашим тілам потрібна енергія поживних речовин, які вони поглинають, щоб функціонувати, так і бактерії потрібні поживні речовини, щоб вижити. Конкретні поживні речовини всмоктуються з різних місць кишечника людини. Це в свою чергу впливає на поживні речовини, доступні для бактерій, що колонізують просвіт. Наприклад, більшість продуктів розщеплення засвоюваних вуглеводів (простих цукрів) поглинаються тонкою кишкою. 6 Отже, бактерії, що мешкають у товстій кишці, повинні мати можливість використовувати для засвоєння організмом не засвоювані складні вуглеводи, оскільки після повернення їжі в товсту кишку більшість простих цукрів засвоюються. Див. Таблицю 1 нижче для огляду місць у кишечнику, де поглинаються різні поживні речовини.

Поживні речовини	Місце поглинання
кальцій, залізо, продукти розпаду вуглеводів (глюкоза), жиророзчинні вітаміни (А і D)	дванадцятипала кишка
жири, продукти розпаду вуглеводів (сахароза, глюкоза, лактоза), магній, жиророзчинні вітаміни (А і D), білки (амінокислоти)	тонка кишка
білок (амінокислоти), магній, вітамін В12, залізо	клубової кишки
вода, калій, хлорид натрію, побічні продукти перетравлення бактерій	товста кишка
Таблиця 1. 9

Здатність бактерій використовувати присутні поживні речовини залежить від наявних у них засобів для розщеплення їх у споживу форму. Дарвін найкраще проілюстрував цю концепцію описом зябликів, яких він виявив на Галапагоських островах. Дарвін спостерігав десяток близькоспоріднених видів птахів, у яких існували значні відмінності у розмірі та формі дзьоба, останній був високо адаптований до їхнього конкретного джерела їжі, знайденого у різних людей. 10 Наприклад, ті, хто ласував насінням і м’якоттю плодів кактусів, використовували довгі загострені дзьоби, щоб споживати їжу, тоді як ті, що мали коротший дзьоб, їли насіння та личинки комах біля основи. Кактусів. Замість дзьоба бактерії використовують ферменти або білки, щоб розщеплювати різні поживні речовини до корисної форми енергії. 11

У процесі розщеплення поживних речовин бактерії також виробляють багато побічних продуктів. 2 Сюди входять такі гази, як водень та метан, такі вітаміни, як вітамін К та вітаміни групи В (джерелом ми покладаємось на бактерії), та метаболіти, такі як короткі жирові кислоти (AGCC). SCFA є важливим джерелом енергії для кишкових епітеліальних клітин нашої товстої кишки, а також можуть використовуватися для заспокоєння імунної системи. 12

Коротколанцюгові жирні кислоти (SCFA)

SCFA є кінцевими продуктами безкисневого метаболізму цукру (бродіння). Бактерії товстої кишки можуть розщеплювати складні вуглеводи до ферментованої форми за допомогою таких ферментів, як полісахаридні ліази, утворюючи, таким чином, велику кількість SCFA. 13 Бактерії, які живляться рясним кишковим слизом у товстій кишці, використовуючи спеціалізовані ферменти, такі як глікозидази, також продукують CFFA. Найпоширенішими SCFA є бутират, пропіонат та ацетат, які є важливим джерелом поживних речовин для клітин епітелію кишечника. Дослідження на щурах, народжених та утримуваних у стерильному середовищі без мікроорганізмів на поверхні або в організмі (вони вільні від мікробів), показали, що цим щурам довелося збільшити споживання їжі на 30%, щоб отримати таку ж кількість енергії з поглиненої їжі, що пояснюється відсутністю бактерій. 14

Все це свідчить про те, що бактерії, безумовно, дуже корисні для травної системи.

Бактерії мікробіома кишечника людини

На високому рівні номенклатури бактерії згруповані приблизно в тридцять (хоча існує постуляція, що їх близько сотні) офіційно описаних гілок (або типів). 1 Для порівняння, у царстві тварин існує близько тридцяти шести гілок. Більшість бактерій, що складають мікробіом кишечника, належать до чотирьох бактеріальних видів. У здоровій кишці дорослої людини більшість присутніх бактерій (близько 90%) належать до типу Firmicutes і Bacteroidetes, причому невелика кількість їх класифікується як актинобактерії та протеобактерії. 21 За наявності такої хвороби, як ВЗК, ці пропорції можуть змінюватися, тобто може спостерігатися зменшення кількості Firmicutes та збільшення кількості протеобактерій.

Якщо ми розглянемо організми, які більш тісно пов’язані в межах кожного виду, тобто на рівні роду, ми спостерігаємо групи бактерій, відомих своїм пробіотичним або корисним впливом. До них належать бактерії родів Lactobacilli, Bifidobacteria і Roseburia, а також види Faecalibacterium prausnitzii та Akkermansia mucinophila. Не дивно, що багато з перерахованих вище пробіотичних бактерій є великими виробниками SCFA, що є одним із способів, яким вони надають свій сприятливий вплив. Люди з ВЗК мають менше цих корисних бактерій і, загалом, знижують різноманітність бактерій. Крім того, в їх кишечнику живе більше таких організмів, як кишкова паличка, представник лінії протеобактерій. 21

Як запропоновані зміни до харчового посібника Канади вплинуть на наші бактерії?

жиру існують у багатьох формах, і є деякі докази того, що велике споживання насичених жирів (тих, які зазвичай є твердими при кімнатній температурі) може призвести до підвищеного ризику розвитку серцево-судинних захворювань. 23 Вплив дієти з високим вмістом жиру на бактерії кишечника в основному досліджували на тваринних моделях. У лабораторних мишей, які харчувались раціоном з високим вмістом жиру, що містить більший відсоток насичених жирів, спостерігалися зміни в кишкових бактеріальних видах, включаючи зменшення кількості бактеріоїдних речовин і збільшення вмісту твердих речовин, а також зменшення загальної різноманітності видів бактерій. 26 У моделі щурів дієта з високим вмістом жиру також призвела до зниження рівня SCFA в калі. 27

Загальновідомо, що цукор асоціюється з підвищеним ризиком розвитку діабету та ожиріння. 23 Споживання солодких напоїв у дітей також пов'язане зі збільшенням жирових відкладень (ожирінням). 28 Тому продовольчий путівник рекомендує вживати невелику кількість цукру. Вживання цукру та деяких штучних підсолоджувачів у лабораторних мишей, а також у людей, що сприймають людей, може призвести до дисбіозу кишкових бактерій у них. У 29 щурів, які харчувались раціоном з високим вмістом цукру, спостерігалося збільшення рівня E. колі в їх кишечнику. 27 Цікаво, що види бактерій, які спостерігали у мишей, які годували раціон із високим вмістом жиру та цукру, спричиняли ожиріння у мишей, які раніше не мікробів і не страждали ожирінням. 30>

Реальні факти

Висновок

Загалом, очікується, що зміни до нового посібника з їжі в Канаді матимуть сприятливий вплив на популяції бактерій у кишечнику, а отже, і на наше здоров’я шлунково-кишкового тракту. Бактерії, які, ймовірно, в довгостроковій перспективі отримають користь від збільшення споживання овочів, фруктів, цільнозернових продуктів та рослинних білків - це ті, які підтримують цілісність кишкового бар'єру та стимулюють наявність антиімунних клітин. Ми те, що ми їмо, і наші бактерії теж.