Мікробіом впливає на ожиріння та діабет
Шлехе, Джулія С .; Уссар, Зігфрід
Різноманітна дієта важлива для того, щоб підтримувати здоровий, різноманітний мікробіом кишечника, який підтримує метаболічне здоров’я.
Як ожиріння, так і діабет 2 типу є багатофакторними захворюваннями і засновані на тісній взаємодії генетичної схильності та ряду впливів навколишнього середовища. Харчування відіграє центральну роль як "екологічний фактор" у розвитку цих захворювань. В останні роки було доведено, що незбалансована дієта може не тільки призвести до надлишку калорій, але також має значний вплив на мікроорганізми, що колонізують шлунково-кишковий тракт людини.
Систематичне дослідження мікробіому кишечника - всієї кількості мікроорганізмів, що живуть у кишечнику - за допомогою секвенування ДНК та біоінформаційних методів, тим часом змогло встановити тісний зв’язок між змінами мікробіоти кишечника та розвитком різних захворювань у великій кількості досліджень; це також включає ожиріння та діабет 2 типу (1). Кишкова мікробіота являє собою складну екосистему, що складається з великої кількості переважно бактерій, а також архи та вірусів масою близько 1,5 кг та величезною різноманітністю (1).
Виклики функціональному розумінню
На сьогодні описано понад 1000 видів бактерій, з яких лише близько 160 утворюють основний мікробіом, який можна ідентифікувати між особинами (2–4). Комбінований геном із понад 1000 мікробіоти перевищує геном людини приблизно в 100 разів (2). Ця велика різноманітність і складність мікробіому та той факт, що лише частина мікробіоти може бути культивована поза організмом, як і раніше представляють одну з найбільших проблем для функціонального розуміння кишкового мікробіома. Проте кілька клінічних досліджень були успішними, як Ожиріння та діабет 2 типу для виявлення специфічних ознак мікробіоти або її метаболітів, що, принаймні, може стати основою для подальших функціональних аналізів (4–7). Однак слід зазначити, що склад мікробіому між особинами дуже залежить від віку, статі та етнічної приналежності, що ускладнює застосування цих результатів дослідження для широкої популяції.
Мікробіота кишечника може регулювати масу тіла
Дослідження на безмікробних мишах показали, що за відсутності мікробіоти кишечника збільшення маси тіла менше, ніж у мишей, традиційно колонізованих бактеріями, якщо цих мишей годують кормом з високим вмістом жиру (8). Спираючись на це, кишкову мікробіоту з близнюків, які відрізнялись ожирінням, пересадили асептичним мишам (9). Навіть при харчуванні з високим вмістом рослинної речовини та низьким вмістом жиру, миші, які отримували мікробіоти ожирених близнюків, набирали більше ваги, ніж миші, які отримували мікробіоти худих близнюків. Це дозволило показати, що зміни мікробіоти кишечника є не лише наслідком ожиріння, а навпаки, також суттєво беруть участь у регуляції збільшення ваги (9).
Тим не менше, переносимість цих експериментів для людей слід розглядати з обережністю, оскільки те саме дослідження також може показати, що соціалізація мишей з "товстою" і "тонкою" мікробіотою призводить до того, що "товсті" миші Стоншення ”, тож різноманітність їх мікробіоти могло б збільшитися і менше набирати вагу. Це свідчить про те, що кишкова мікробіота в основному може регулювати масу тіла, але фактичний вплив дуже залежить від складних умов навколишнього середовища.
В принципі, встановлено, що різноманітність мікробіоти має велике значення для «здорового» мікробіома кишечника, і що не обов’язково змінюються окремі типи бактерій, а швидше відбуваються зрушення у взаємозв’язку між штамами бактерій разом із патологічними змінами (1).
Наприклад, коли ви набираєте вагу, спостерігається дуже високий приріст твердих речовин порівняно з бактероїдами, які разом поєднують близько 90 відсотків відомих видів бактерій (1, 4). Функціонально, це, в свою чергу, відображається на зміні у виробництві коротколанцюгових жирних кислот, завдяки чому більше пропіонату утворюється у осіб із надмірною вагою, тоді як бутират переважає у худих осіб (10). Крім того, велика кількість досліджень виявила окремі типи бактерій, які корелюють з різними факторами, такими як маса тіла, рівень цукру в крові, а також різні запальні параметри, включаючи, наприклад, Akkermansia muciniphila, Lactobacillus gasseri та Faecalibbacterium prausnitzii (1).
Інтерпретація цих результатів ускладнюється, однак, оскільки окремі види бактерій не слід розглядати окремо, а завжди як частину екосистеми, в якій зміни одного виду бактерій змінюють всю екосистему і тим самим впливають на чисельність інших видів бактерій. З цієї причини було введено поняття ентеротипів, які слід розуміти як групи бактерій, які корелюють разом із визначеними метаболічними фенотипами або впливають на них безпосередньо.
Функціональна мережа замість філогенетичного генеалогічного дерева
Цей новий підхід має сенс через збільшення кількості даних про секвенування геномів з різних мікробіомів, оскільки таксономічна класифікація на види бактерій, штами тощо вже не на першому плані, а, скоріше, функціональна група, заснована на загальних або доповнюючих генних функціях. За такого підходу, який набирає популярності, функціональна мережа виходить на перший план замість філогенетичного генеалогічного дерева.
Незалежно від цього підходу, якомога різноманітніший кишковий мікробіом може позитивно впливати на метаболічне здоров'я господаря і, отже, представляє привабливий терапевтичний підхід при метаболічному синдромі.
Первинна колонізація кишечника відбувається під час народження бактеріями від матері і досягає стабільної рівноваги приблизно з 3-річного віку (11, 12). У літньому віці стабільність мікробіома знову знижується через використання ліків та інших факторів навколишнього середовища (13).
Нормальна колонізація кишечника, а також шкіри та ротової порожнини відбувається під час та після пологів вагінальною мікробіотою матері і відрізняється у випадку народження шляхом кесаревого розтину, оскільки тут відбувається переважно колонізація шкірними бактеріями матері, що призводить до зменшення різноманітності початкового мікробіома. Цікаво, що це зменшення різноманітності асоціюється з підвищеним ризиком розвитку ожиріння (14).
Точні причини цього зв’язку із патологічним ожирінням, яке виникає набагато пізніше у житті дітей, ще не досліджені належним чином. Однак у нещодавно опублікованому дослідженні було показано, що вплив дітей, народжених шляхом кесаревого розтину, на вагінальну рідину матері є достатнім для встановлення мікробіома, подібного до мікробіома у дітей, народжених вагінально (15). Тому буде дуже повчальним з’ясувати, чи має цей вплив довгострокові позитивні наслідки.
На додаток до типу народження, такі фактори, як генетика дитини, годування груддю проти годування з пляшечки та використання антибіотиків, також відіграють важливу роль у початковому розвитку різноманітності мікробіому кишечника (1, 4, 14, 16). Крім того, тип дієти впливає не лише на склад мікробіома в перші кілька років життя, він також здійснює постійний, сильний селекційний тиск на кишкові бактерії протягом усього життя. Зміна раціону у дорослих може призвести до вимірюваних змін мікробіоти кишечника протягом трьох днів, які в короткостроковій перспективі є оборотними (17).
Однак, якщо певні поживні речовини або харчові волокна не вживаються протягом тривалого часу, відбуваються незворотні зміни в мікробіоти кишечника (18). З цієї причини слід також мати на увазі, що зменшення цукру та крохмалю при лікуванні діабетиків, можливо, повинно супроводжуватися додаванням неперетравлюваних вуглеводів з метою протидії зменшенню мікробного різноманіття.
Загалом різноманітність мікробіоти кишечника вища у вегетаріанців, ніж у змішаних когортах, хоча відмова від поживних речовин тваринного походження може також призвести до селективного зменшення окремих мікробіоти. Незалежно від типу дієти, за останні 50 років різко зменшилося різноманіття продуктів харчування (19), що, що цікаво, корелює з різким збільшенням та ожирінням та діабетом 2 типу. Різноманітна дієта також важлива для того, щоб підтримувати здоровий, різноманітний мікробіом кишечника, який підтримує метаболічне здоров’я.
Використання трансплантації стільця для лікування різних захворювань сягає понад 1000 років і виник у Китаї. Сьогодні його використовують при інфекціях Clostridium difficile (20), хоча тут ще слід розробити достатньо перевірене, стандартизоване застосування.
- Особливо завдяки технічним розробкам у секвенуванні геномів та біоінформатиці, ми нарешті починаємо розуміти складну екосистему кишкового мікробіома.
- Вплив мікробіому на кишечник аж ніяк не обмежується шлунково-кишковим трактом, але є важливою частиною регуляції всього організму.
- Ще слід довести, наскільки конкретні ентеротипи можуть бути використані для боротьби з ожирінням або діабетом 2 типу, і наскільки вони ефективніші або довгостроковіші, ніж пробіотики, які вже доступні в контексті цих метаболічних захворювань.
- Вже відомий вплив мікробіома на ожиріння та діабет показує, однак, якою мірою взаємодія генетики та впливів навколишнього середовища впливає на наше здоров'я. ▄
Ген-центр та Вища школа кількісних біологічних наук
Мюнхен, Університет Людвіга Максиміліана
Адипоцити та метаболізм JRG, Інститут діабету та ожиріння, Центр діабету Гельмгольца в Центрі Гельмгольца, Мюнхен
Німецький центр досліджень діабету (DZD)
Конфлікт інтересів: конфлікту інтересів немає.