Nový výzkum odhaluje, proč vás diety bohatá na vlákna podporuje lépe než rafinovaná jídla

Kolik energie skutečně poskytují vaše střevní mikroby? Nový výzkum zjistí, že to, co jíte, zejména vlákniny, je důležité více než make -up vašeho mikrobiomu pro pohánění vašeho těla pomocí prospěšných fermentačních produktů.

Teorie: Kvantifikace proměnlivé sklizně fermentačních produktů z lidské střevní mikrobioty

V nedávné studii zveřejněné v časopise BuňkaSkupina vědců určila s přesností na úrovni systémů, jak změny ve stravě a střevní mikrobiota Složení mění množství a složení fermentačních produktů absorbovaných lidmi.

Autoři však poznamenávají, že přístup studie má několik omezení, včetně jeho spoléhání se na statickou mikrobiom Složení, omezené explicitní modelování křížových krmení a zaměření na hlavní fermentační metabolity při vyloučení méně hojných sloučenin.

Pozadí

Představte si, že bakterie tlustého střeva platí část vašeho účtu za potraviny: V dietách bohatých na vlákna mohou dodávat až desetinu denních kalorií. Tyto anaeroby fermentují jinak nestavitelné komplexní uhlohydráty do mastných kyselin s krátkým řetězcem (SCFA), jako je acetát, propionát a butyrát, které vyživují kolonocyty, modulují imunitu a dokonce ovlivňují mozkovou signalizaci. Poměr sklizený závisí na tom, kolik mikrobiota dostupných uhlohydrátů (MAC) dosáhne tlustého střeva a které bakteriální cechy dominují ekosystému. Kvantitativní odhady tohoto toku u lidí však zůstávají sporné, omezené měřením stolice Snapshot a omezenou integrací dietních, fyziologických a metagenomických údajů; Proto je zapotřebí účetnictví na úrovni systémů.

O studii

Vědci nejprve izolovali 22 převládajících střevních bakteriálních druhů od zdravých dospělých a oživili je od glycerolových zásob -80 ° C za anaerobních podmínek pracovního stolu. Kultury semen ve čtyřech různých typech médií (YCA, BHIS, γ a ε) byly sériově zředěny, aby se zajistil exponenciální růst před experimentálními inokulacemi při optické hustotě při 600 nanometrech (OD600) ≈ 0,02. Růst byl monitorován spektrofotometrií a během logaritmické fáze byly filtrovány čtyři až šest vzorků kultivace pro měření absorpce substrátu a uvolňování metabolitu.

Koncentrace metabolitu byly kvantifikovány izokratickou vysoce výkonnou kapalinovou chromatografií (HPLC) s detekcí refrakčního indexu pomocí sloupce iontoměnitosti, 0,4 mililitrového toku na minutu a 2,5 milimolární mobilní fáze kyseliny sulfurové. Rychlost spotřeby uhlohydrátů a vylučování SCFA byla vypočtena z lineárních vztahů mezi oblastmi píku optické hustoty a chromatogramem. Tyto míry byly sloučeny s relativními hojnostmi na úrovni rodu u 219 metagenomů as dietní, fekální a fyziologickou data pro výpočet denní produkce bakteriální biomasy a fermentační produkty. Byli použity dva doplňkové odhady: jedna zmenšena fekálními bakteriálními ztrátami, druhá dodávkou Mac odvozená z národních průzkumů potravin, včetně průzkumu národního průzkumu zdraví a výživy 2017–2018 (NHANES). Propagace chyb použila Gaussovské statistické vzorce založené na standardních odchylkách biologických replikátů.

Výsledky studie

The bývalý život Fermentace odhalily pozoruhodnou biochemickou konzistenci napříč taxony navzdory metabolické rozmanitosti. Bez ohledu na střední složitost nebo pH, každý kmen přeměnil více než devadesát procent uhlovodíku uhlohydrátů na fermentační kyseliny, což ověřovalo měřené rychlosti na biomasu jako deskriptory anaerobního růstu. Průměrně napříč 22 reprezentativními druhy, glukózou nebo maltózou přijímání pevně seskupených, zatímco směs sekretovaných produktů se lišila: Bakteroidy Lachnospiraceae, oblíbený sukcinát, produkoval butyrát a generovaný formát Enterobacteriaceae. Vážení těchto laboratorních sazeb podle hojnosti rodu u 219 zdravých metagenomů naznačilo, že asi 84% komunitní biomasy na úrovni rodu se chová podobně, což umožňuje extrapolaci měřítka ekosystému.

Použití koeficientů vylučování na britskou stravu ze 70. let způsobilo odhady konvergentního bodu. Výpočet na bázi fekálu začal s průměrným výkonem 30 gramu denního suchého stolu obsahujícího přibližně 16 gramů bakteriální biomasy; Násobení koeficientem kompozitního vylučování přineslo zhruba 470 milimolů kyselin denně. Dietní přístup vystopoval 36 gramů Mac unikajících trávení horního gut; Uhlík potřebný k regeneraci odpovídajících 16 gramů biomasy předpovídal téměř identickou sklizeň kyseliny 450 milimolu. Méně než 2% tohoto toku opustilo hostitele ve výkalech, což znamená téměř dokončenou absorpci tlustého střeva. Fermentace proteinu a mucinu přispěla nejvíce pětině z celkového počtu, což potvrdilo uhlohydráty jako hlavní mikrobiální palivo.

Škálování rámce napříč stravou prokázalo, že jídlo, nikoli mikrobiální složení, vede k zachycení energie. Zpracování dietních záznamů Nhanes přineslo střední sklizeň 286 milimolů, výrazně pod britským měřítkem. Naproti tomu sezónní strava tanzanských lovců Hadza Hunter-Gatherers, bohatá na vláknité hlízy, generovala denně až 1 000 milimolů. Variace ve struktuře bakteriální komunity změnila relativní množství acetátu, propionátu, butyrátu a laktátu, ale změnila se celková produkce okrajově a vytvářela koeficienty variací pod deseti procenty pro celkové kyseliny, ale nad 30% u jednotlivých metabolitů.

Převedení toků do energetických ekvivalentů ukázalo, že střevní mikroby dodávají mezi 1,7 a 12,1% výdajů na lidskou denní energii, ale více než 21% u laboratorních myší, protože jejich vyšší příjem odolných uhlohydrátů zesiluje mikrobiální fermentaci. Zejména byly laboratorní myši krmeny autoklávovaném chowem, což může dále zvýšit podíl energie odvozené z fermentace. Protože butyrát podporuje produkci kolonocytů adenosin trifosfátu (ATP) a acetát moduluje jaterní glukoneogenezi, nižší výnosy kyseliny z rafinované stravy by mohly přispět k riziku metabolického onemocnění, reflektoru pozornosti, reflightingu, reflighting Dietní vlákno Důležitým zaměřením strategií veřejného zdraví na celém světě v nadcházejícím desetiletí.

Závěry

Abychom to shrnuli, kvantitativní integrace mikrobiální fyziologie, stravy a trávení hostitele ukazuje, že bakterie tlustého střeva dodávají skromný, ale citlivý na stravu citlivé na lidské energii a vrací většinu Mac do těla jako SCFA. Celkový tok, asi 2–5% denních výdajů v západních prostředích, se může trojnásobně při stravě bohaté na vlákna, zatímco posuny ve struktuře komunity převážně přetvářejí kyselinou směs než součet.

Tato zjištění objasňují nesrovnalosti mezi koncentracemi stolice a metabolickým dopadem, odhalují omezení extrapolací myší a potvrzují obohacení dietních vláken jako potenciálně škálovatelné intervence pro amplifikaci prospěšného přenosu mikrobiální energie a zlepšení kardiometabolických rizikových profilů.

Budoucí studie zahrnující dynamické změny mikrobiomu, explicitní modelování křížového krmení a širší profilování metabolitů budou důležité pro další zdokonalení těchto kvantitativních poznatků do metabolických interakcí hostitel-mikrobioty.