АКТУАЛИЗИРАНЕ НА ПУНКТИ

ЧРЕВНИ МИКРОБИОТА, МЕТАБОЛИЗЪМ И КАЛОРИЕН БАЛАНС

ЧРЕВНИ МИКРОБИОТА, МЕТАБОЛИЗЪМ И КАЛОРИЧЕН БАЛАНС

Фернандо Менкеберг Б. (1), Джино Корсини А. (2)

(1) Дирекция за научни изследвания, Медицински факултет, Университет Диего Порталес, Сантяго, Чили.
(2) Лаборатория по молекулярна бактериология, Център за биомедицински изследвания (CIB), Медицински факултет, Университет Диего Порталес. Сантяго, Чили.

Човешкият метагеном е съставна част от гените на Homo sapiens и гените, присъстващи в геномите на трилионите микроорганизми, които колонизират телата ни (микробиом). Най-голямата ни колекция от микроби се намира в червата, където се оценяват 10-100 трилиона организми. Чревният микробиом кодира метаболитните способности, които остават до голяма степен неизследвани, но включват разграждането на иначе несмилаемите компоненти на нашата диета. Затлъстяването е резултат от промени в регулирането на приема на енергия, изразходването и съхранението на енергия. Сравненията на дисталната чревна микробиота на генетично затлъстели мишки и техните постни кученца, както и тези на затлъстели и слаби човешки доброволци разкриха, че затлъстяването е свързано с промени в относителното изобилие на двата доминиращи бактериални отдела (тип), Bacteroidetes и Firmicutes. Тези резултати предполагат, че чревната микробиота влияе върху усвояването на хранителни вещества и регулирането на енергията. В тази статия ние преглеждаме публикуваните доказателства в подкрепа на потенциалната роля на чревната микробиота в развитието на затлъстяване и изследваме ролята, която модифицирането на чревната микробиота може да играе при бъдещото й лечение.

Ключови думи: чревна микробиота, микробиом, затлъстяване.

Ключови думи: чревна микробиота, микробиом, затлъстяване.

ИНДУКЦИЯ

Това беше след откритията на Пастьор, в средата на XIX век, когато болестите и вредителите започнаха да се приписват на микроорганизмите, като започнаха да ги възприемат като смъртоносни врагове; оттогава им обявихме война. Концентрирахме всичките си усилия в борбата с тях, търсенето на ваксини, антибиотици, антивирусни лекарства и прилагането на строги санитарни мерки, за да ги държим настрана. Времето ни доказа, че като печелим последователни битки, успяхме да живеем по-дълго и по-добре. По-късно започнахме да осъзнаваме, че живеем в свят, пренаситен с микроорганизми, съставен от бактерии, вируси и паразити и че за щастие не всички са врагове. Мнозина дори живеят с нас по хармоничен начин. Освен това е доказано, че това съвместно съществуване надхвърля приемането на невинни вечерящи, като се проверява изгодното сродство на взаимната изгода до такава степен, че много изследователи, включително носителят на Нобелова награда (2000 г.) Джошуа Ледерберг (1) потвърждават, че тези микроорганизми и ние образуват голяма метаболитна единица, като разпознават, че тези бактерии, които живеят в тялото ни, всъщност ни защитават.

Възможно е да се установи, че в червата на човека има повече от 2000 различни бактериални вида и се предполага, че има все още неизвестен брой (6). Ясно е, че по време на еволюцията микробиомът осигурява на човешкия организъм генетични и метаболитни атрибути, които му позволяват да се адаптира, спасявайки се от еволюция, което изглежда представлява нова парадигма на заместващата адаптация (7).


чревни

Има много полезни действия, които вече са известни за тях. Те защитават организма от патогени, инактивирайки токсични вещества и унищожавайки растителните структури. От друга страна, чрез различни молекулярни сигнали те си взаимодействат при развитието на чревни микровили и структурна и метаболитна защита на чревния епител, при ферментацията на несмилаеми диетични фибри и други хранителни вещества, които тялото не разгражда (устойчиви нишестета или олигозахариди ) и в последващото чревно усвояване на монозахариди и късоверижни мастни киселини; при превръщането им в по-сложни липиди и в транспорта и отлагането в техните адипоцити (11). Те също така участват в аеробното метаболизиране на пептиди и протеини, биотрансформацията на конюгирани жлъчни соли, разграждането на оксалатните комплекси и в производството на хранителни вещества, от които тялото се нуждае, като витамин К, витамин В12 и изопропаноиди (12).

Ето как знанията за тази взаимовръзка на микробния геном и неговия гостоприемник напредват много бързо. Преди три години беше сформирана работна група, наречена „Проектът на човешкия микробиом“, мултидисциплинарна инициатива на изследователи от различни части на света (САЩ, Европа и Азия), чиято цел е да допринесе за познаването на съществуващата взаимовръзка между човешката генетика и бактериалния микробиом. Като първи етап е подреден най-подходящият микробен геном, генериращ 3 гигабайта (Gb) от неговите ДНК бази, принадлежащи на 500 микробни генома. Те са получени от проби от 33 индивида от САЩ и Япония (13). Целта беше да се индивидуализират и познаят бактериалните гени и да се индивидуализират приликите и взаимодействията с гените гостоприемници.

В този смисъл Стивън Гил и неговите сътрудници от университета в Бъфало са секвенирали 70 милиона основи на чревни бактерии, установявайки, че много от техните гени допълват функцията на нашия геном. Докато някои са способни да усвояват диетичните фибри в червата, други хидролизират аминокиселини в протеини или произвеждат метан или витамини или разграждат лекарства (14). По този начин комбинацията от чревни бактерии и самият геном изглежда имат важна роля в метаболизма на гостоприемника, включително тяхното участие в неговата патофизиология (15); осигуряване на метаболитни пътища за лекарства и диети и дори индуциране на метаболитния фенотип (16).

МИКРОБИОМЪТ, ЕНЕРГИЙНИЯ БАЛАНС И ЗАТЪЛВАНЕТО

През последните десетилетия разпространението на затлъстяването се е увеличило значително, особено в нововъзникващите и развитите страни; Придобивайки характеристиките на истинска епидемия, тя се превърна в най-големия здравословен проблем, засягащ дори детското население. Неговите последици са високи социални разходи, поради връзката му с хроничните заболявания при възрастни (диабет, сърдечно-съдови заболявания, белодробна хипертония, наред с други).

Затлъстяването е резултат от промяна на енергийния баланс; по начина, по който тялото регулира приема, разхода и съхранението на калории. Развитието на днешното общество доведе, от една страна, до увеличаване на наличността на храна с вкусни храни с висока калорийна плътност, а от друга, до увеличаване на заседналия начин на живот, въпреки че тези промени са трудни за количествено определяне (17) . Очевидно е, че увеличеният прием на калории, заедно с по-ниските разходи, допринасят за голямото разпространение на затлъстяването (18, 19). Със сигурност трябва да има и други причини, които обясняват огромното нарастване на настоящите времена, още повече, че знаем за съществуването на сложна и изящна централна система, която отговаря за регулирането на енергийния баланс. Това оправдава по-нататъшно изследване на етиологията на затлъстяването (18-22).

За да изясни тази точка, същата група измисли друг експеримент: колонизиране на тънки плъхове без микроби с микробиота на затлъстели плъхове. След две седмици колонизираните плъхове успяха да извлекат по-голямо количество енергия от диетата и в същото време имаха умерено увеличение на мазнините и наддаването на тегло. Въз основа на тези две данни те стигнаха до заключението, че и двата фактора се дължат на промяната в чревната микробиота (27). Те стигат до заключението, че по-голямата ефективност на извличането на калории от диетата може да се определи от микробиотичния състав и че това може да допринесе за разлика в телесното тегло. Поради този състав на микробиотата, както плъховете, така и хората със затлъстяване биха били богати на гени, осигурени от техния микробиом, които биха кодирали ензими, които биха могли да усвоят полизахаридите. Постоянството във времето на тази по-голяма ефективност при калоричното извличане на храната може да е причина за прекомерно увеличаване на теглото. За по-голямата част от хората (включително затлъстелите) приемът надвишава разходите с по-малко от 1%, но тази малка разлика през годините може да доведе до значително увеличение на теглото (28).

НОВИ ИЗСЛЕДВАНИЯ ПО ПЪТЯ

За да разберат точно каква е истинската роля на чревните бактерии, Гордън и неговата група използват червата на мишки без бактерии като биореактор на човешки микроби. Това са мишки без микроорганизми, поставени в стерилна среда от раждането, които се колонизират с бактерии от човешкото черво. След като накара тези микроорганизми да се утвърдят, той изследва ефекта от различни човешки диети върху тях, за да научи как различните диети влияят върху чревната микрофлора на човека. Гордън не твърди, че бактериите са единствената причина за увеличаване на затлъстяването в световен мащаб. Би било много опростено да мислим, че само чрез промяна на вида на чревните бактерии, ние ще контролираме затлъстяването.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Lederberg J. Инфекциозна история. Science 2000; 288: 287-93. [Връзки]

2. Шанахан Ф. Интерфейсът домакин-микроб в червата. Най-добри практики Res Clin Gastroenterol 2002; 16: 915-31. [Връзки]

3. Backhed F, Ley RE, Sonnenburg JL, Peterson DA, Gordon Jl. Госто-бактериален мутуализъм в червата на човека. Наука 2005; 307: 1915-20. [Връзки]

4. Кръг JL, Мазманиан SK. Чревната микробиота оформя чревния имунен отговор по време на здравето и заболяването. Natura Rev 2009; 9: 313-23. [Връзки]

5. Xu J, Gordon JL. Неучредителна статия: Почитайте своите симбиони. Proc Natl Acad Sci USA 2003; 100: 10452-9. [Връзки]

6. Kroes I, Lepp PW, Relman DA. Бактериално разнообразие в човешката субгингивална цепка. Proc Natl Acad Sci USA 1999; 96: 14547-52. [Връзки]

7. Cani PD, Delzene NM. Чревната микрофлора като цел за енергийна и метаболитна хомеостаза. Текущо мнение Clin Nutr Metab Care 2007; 10: 729-34. [Връзки]

8. Cole JR et al. Проектът за база данни с рибозоми: последователности и инструменти за анализ на рРНК с висока мощност. Нуклеинови киселини Ris 2005; 33: D294-6. [Връзки]

9. Eckburg PB et al. Разнообразие на чревната микробна флора на човека. Наука 2005; 308: 1635-8. [Връзки]

10. Ley RE et al. Затлъстяването променя микробната екология на червата. Proc Nalt Acad Sci USA 2005; 102: 11070-5. [Връзки]

11. Backhed F, Ding H, Wang T, Hooper LV, Koh GY, Nagy A, Semen Kovick CF, Gordon Jl. Мидробиотата на червата като фактор на околната среда, който регулира съхранението на мазнини. Proc Natl Acad Sci USA 2004; 101: 15718-23. [Връзки]

12. O’Hara AM, Shanahan F. Чревната флора като забравен орган. EMBO доклад 2006; 7: 688-93.

13. Wang J et al. Каталог на човешките чревни микробни гени, създаден чрез метагеномно секвениране. Природа 2010; 464: 59-67. [Връзки]

14. Gill SR, Pop M, Debry RT et al. Метагеномичен анализ на микробиома на човешките черва. Наука 2006; 312: 1355-9. [Връзки]

15. Dumas ME et al. Профилирането на метаболизма разкрива принос на чревната микробиота към мастния чернодробен фенотип при инсулинови резистан мишки. Proc Natl Acad Sci USA 2006; 103: 12511-6. [Връзки]

16. Min Li et al. Симбиотичните чревни микроби модулират метаболитните фенотипи на човека. PNAS 2008; 105: 2117-22. [Връзки]

17. Хил JO. Разбиране и справяне с епидемията от затлъстяване: перспектива на енергийния баланс. Endocr Rev 2006; 27: 750-61. [Връзки]

18. Komer J, Leibel RI. Да ядеш или да не ядеш - как червата говори с мозъка. New Engl J Med 2003; 349: 926-8. [Връзки]

19. Hill JO, Wyatt HR, Reed GW, Peter GC. Затлъстяването и околната среда: откъде тръгваме оттук? Наука 2003; 299: 853-5. [Връзки]

20. Huda MS, Wilding JP, Pinkney JH. Чревен пептид и регулиране на апетита. Obs Rev 2006; 7: 163-8. [Връзки]

21. Мърфи KG, Dhillo WS, Bloom SR. Чревният пептид в регулирането на приема на храна и енергийната хомеостаза. Endocr Rev 2006; 7: 719-27. [Връзки]

22. Camilleri M. Интегриран отговор на горната част на стомашно-чревния тракт към приема на крака. Gastroenterol 2006; 131: 640-68. [Връзки]

23. Ley RE, Peterson DA, Gordon Jl. Екологичност и еволюционна сила, оформяща микробното разнообразие в червата на човека. Cell 2006; 124: 837-48. [Връзки]

24. Подкрепен F, Manchester JK, Semenkovich CF, Gordon Jl. Механизми, лежащи в основата на резистентността към индуцирано затлъстяване при мишки без микроби. Proc Nat Acad Sc USA 2007; 104: 979-84. [Връзки]

25. Law RE, Backhed F, Gordon JL. Затлъстяването променя микробната екология на червата. Proc Nat Acad Sci 2005; 102: 11070-5. [Връзки]

26. Law RE, Tumbaugh PJ, Klein S, Gordon JL. Микробна екология: човешки чревни микроби, свързани със затлъстяването. Природа 2006; 444: 1022-3. [Връзки]

27. Tumbaugh PJ, Ley RE, Mahowald MA et al. Свързан със затлъстяването чревен микробиом с повишен капацитет за събиране на енергияb. Природа 2006; 444: 1027-31. [Връзки]

28. Хил JO. Недостатъчно разбиране и добавяне на епидемия от затлъстяване: перспектива за енергиен баланс. Endocr Rev 2006; 27: 750-61. [Връзки]

Тази работа е получена на 15 октомври 2011 г. и приета за публикуване на 18 ноември 2011 г.

Адресна кореспонденция на: д-р Фернандо Монкеберг Дирекция на изследователския факултет по медицина Universidad Diego Portales Grajales 1746, Сантяго, Чили. Телефон: 676 870. Имейл: [email protected] [email protected]

Цялото съдържание на това списание, с изключение на случаите, когато е идентифицирано, е под лиценз Creative Commons

La Concepción # 81 - Офис 1307 - Провиденсия

Тел./Факс: (56-2) 2236 9128


[email protected]