Бактериална помощ за растеж
- Ретвитнете
- За печат
- Изпрати
В момента има няколко проучвания, които отчитат симбиотичната връзка между чревната микробиота и нейния гостоприемник. Вариабилността и стабилността на пребиваващите чревни бактериални видове е от жизненоважно значение за метаболизма, който е пряко свързан с диетата. В този смисъл децата с ниско хранене показват несигурно развитие на своята микробиота, което влияе върху растежа им в дългосрочен план. Наскоро, в проучвания, проведени върху мишки с атенюиран растеж, беше забелязано, че чревните бактерии от недохранени деца, когато се прехвърлят на тези животни, им осигуряват големи ползи, свързани с по-голямо тегло и увеличаване на размера. Това явление е придружено и от по-високи нива на протеин на инсулиноподобния растежен фактор. Напротив, при прехвърляне на микробиотата на деца с нисък хранителен принос към мишки без микроби, не се наблюдава такъв ефект. Тези резултати предоставят доказателство, че една микробиота е причинно свързана с недохранването, което представлява потенциална цел за насочване на терапевтични агенти, чиято цел е да увеличи жизнеспособността на чревните микроорганизми и по този начин да бъде в състояние да се бори с недохранването на децата.
Недохранването на децата е причина за почти половината от всички смъртни случаи при деца под петгодишна възраст в световен мащаб, а усилията за възстановяване на адекватен хранителен прием в ранна детска възраст са дали скромни резултати. Алтернатива е да се модифицира популацията от бактерии, които обитават червата, наречена микробиота, отговорна за модулирането на чревната метаболитна активност. Всъщност детското недохранване и преди е било свързано с промени в микробиотата. Последните изследвания също установиха, че съставът му е модифициран от хронично недохранване. От друга страна, модификацията на тези микробни съобщества при мишки може да подобри дефицита на растеж, свързан с диетата.
Периодът между раждането и 3-годишна възраст е критичен за растежа и развитието при хората. Десетилетия изследвания на произхода на болестите показват, че влиянието на околната среда през този период може да допринесе за развитието на патологии по-късно в живота. Например, ранен хранителен дефицит или излишък може да има доживотни последици за метаболизма и сърдечно-съдовото здраве. Поради симбиотичната роля на чревната микробиота в метаболизма, се смята, че промените в нейния състав могат да доведат до такива здравословни проблеми.
Храната, която ядем, може да бъде от значение за определяне на това кои чревни микроби се размножават. Всеки бактериален вид има оптимална метаболитна среда, която подпомага растежа му. Например, диета, богата на растителни фибри, насърчава развитието на микробиота, значително различна от тази, генерирана от диета, богата на животински мазнини. В отговор микробиотата превръща несмилаеми компоненти, като фибри, в съединения, полезни за растежа на чревните клетки и за здравословното развитие на имунната система. Но какво се случва с чревната микробиота, когато децата са недохранени?
Изследванията на Лора В. Блантън и колеги (doi: 10.1126/science.aad3311) се занимават с този проблем. Авторите са изследвали микробиотата от проби на изпражнения от малавийски деца, със или без дефицит на растеж. Те използваха резултатите от деца, които израснаха нормално, за да извлекат модел за здравословно развитие на микробиота. Когато моделът е приложен в цялата кохорта, авторите установяват, че децата, които имат проблеми с наддаването на тегло, обикновено имат незряла микробиота в сравнение с тези, които имат здравословно тегло.
След това изследователите разгледаха дали разликата в чревната микробиота може да допринесе за влошаване на растежа. За целта те използвали бактерии, изолирани от проби от изпражнения на деца и ги използвали за колонизиране на червата на мишки без микроби, в които липсвали чревни микроорганизми. След това авторите хранеха мишките с бедна на хранителни вещества диета, отразяваща типичната малавийска диета.
След няколко седмици мишките, приютяващи микробиота, получена от донори с нарушен растеж (мишки със забавен растеж), натрупаха значително по-малко тегло от контролната група с микробиота, получена от здрави деца. Ако обаче двете групи са настанени в една и съща клетка, микробите от контролите могат бързо да бъдат прехвърлени на закърнели мишки, възстановявайки теглото на животните до здравословни нива. Изследователите приписват този ефект на два бактериални вида: щамът Ruminococcus gnavus и Clostridium symbiosum. Когато се въвеждат в мишки без микроби, заедно с отслабената от растежа донорна микробиота, тези видове насърчават стабилно наддаване на тегло (фиг. 1).
Фигура 1. Помощ от здравословно черво.
Различни изследвания са анализирали как промените в чревните бактерии влияят върху детския растеж. a, Млади мишки, чиито черва са колонизирани от микробиота от здрави малавийски деца, изпитват значително увеличаване на теглото, дори ако са хранени с диета, бедна на хранителни вещества. Това наддаване на тегло може да се дължи частично на увеличеното производство на инсулиноподобен растежен фактор, насърчаван от наличието на някои компоненти на микробиотата. б, за разлика от това, мишките, които приютяват микробиотата на дете с проблеми с растежа, не наддават на тегло. в, въвеждане на два микробни вида, които насърчават растежа в етапа на колонизация, или допълване на диетата на животните със захари, наречени сиалилирани млечни олигозахариди, е възможно да се възстанови наддаването на тегло до здравословни нива.
За да разберат по-добре как R. gnavus и C. symbiosum насърчават растежа, Блантън и колеги изследват изпражненията и черния дроб на мишките с помощта на масова спектрометрия. Нивата на страничните продукти от разграждането на аминокиселините са по-ниски в органите на мишки с възстановено наддаване на тегло, в сравнение с тези на закърнелите животни. Авторите предполагат, че добавянето на двата вида е променило метаболизма на животните, включващо разграждане на аминокиселини чрез растеж и производство на чиста маса.
Във втора публикация (Science. 2016 февруари 19; 351 (6275): 854-7), Мартин Шварцер и колегите предоставиха допълнителни улики за това как микробиотата може системно да стимулира растежа в ранна възраст. Авторите сравняват растежа на нормални млади мишки с този на мишки без микроорганизми, показвайки, че присъствието на микробиота стимулира растежа чрез производството на големи количества инсулиноподобен растежен фактор. Ако мишките бяха поставени в среда с ниско съдържание на хранителни вещества, микробната стимулация на този протеин частично намалява дефицита на растеж. Не всички бактериални щамове могат да стимулират растежа по този начин: различните щамове от един вид, Lactobacillus plantarum, имат различни ефекти върху растежа. Тези данни подчертават факта, че всеки микроорганизъм взаимодейства диференцирано със своя гостоприемник, което предполага предупреждение, че благоприятното въздействие на бактериите при мишки може да не се възпроизведе при хората.
В трето разследване (Cell. 2016 Feb 25; 164 (5): 859-71), Charbonneau и колеги предоставят доказателства, че култивирането на специфични щамове не е единственият начин за стимулиране на растежа, зависим от микробиотата. Авторите са изследвали млякото на майки, които имат деца с хранителни проблеми, като са установили, че млякото им обикновено има по-ниски количества олигозахариди, специализирана захар. Тези молекули представляват интерес, тъй като те са в изобилие в човешкото мляко, но не и в кравето мляко. За да изследват дали олигозахаридите имат полезни свойства за оценявания параметър, авторите генерират мишки със забавен растеж, използвайки експериментална стратегия, подобна на тази на Blanton и колеги. Въвеждането на мляко, състоящо се от сиалилирани олигозахариди в диетата на животни с отслабен растеж, успя да увеличи теглото им значително, докато добавката с други видове захар или лечението на мишки с неколонизирано черво не даде такава полза.
За разлика от другите проучвания, Charbonneau и негови колеги не приписват полезните ефекти на млечните олигозахариди на специфичен микроорганизъм. Добавянето на захари успя само да увеличи транскрипцията на микробни гени, участващи в метаболизма на нишестето и други процеси. Авторите заключават, че резултатът от растежа е причинен от многобройни сложни взаимодействия в рамките на цялата микробна общност. Конкретните механизми, лежащи в основата на тези взаимодействия, тепърва предстои да бъдат определени.
Библиографски източник
Микробиом: Хранене за трилиони
Дерик М. Чу и Керсти Аагаард
Катедра по акушерство и гинекология, Медицински колеж Baylor, Хюстън, Тексас 77030, САЩ