Gut flora: makakuha ng mas maraming enerhiya mula sa mas kaunting pagkain

2024 May -akda: Seth Attwood | [email protected]. Huling binago: 2023-12-16 16:18

Ang pagsusuri sa isang babae na may mga reklamo ng patuloy na pagtatae at matinding pananakit ng tiyan ay nagpakita ng matinding pamamaga ng colon na dulot ng Clostridia. Dahil sa paglaban ng bakterya sa mga antibiotics, ang pasyente ay inalok ng isang eksperimental, ngunit epektibong paraan ng therapy - paglipat ng donor microbiota (intestinal microflora).

Matapos ang pagpapakilala ng 600 ML ng isang suspensyon ng mga dumi ng donor sa mga bituka ng pasyente, ang mga relapses ng sakit ay hindi na naobserbahan - matagumpay na inilipat ng microbiota ng donor ang pathogen at sinakop ang mga niches nito. Gayunpaman, makalipas ang isang taon, nagreklamo ang babae sa doktor tungkol sa mabilis na pagtaas ng timbang, habang sa buong buhay niya bago ang paglipat ay mayroon siyang normal at matatag na timbang ng katawan. Mula sa sandali ng pamamaraan, ang pagtaas ay 15 kg, at ang kabuuang timbang ng katawan ay umabot sa 77 kg na may taas na 155 cm. Sa kabila ng fitness at diyeta, ang timbang ng pasyente sa lalong madaling panahon ay lumampas sa 80 kg. Nabanggit ng doktor na ang isang pangkalahatang malusog na donor ay sobra sa timbang at pinapayagan ang posibilidad ng "kontaminasyon" ng labis na katabaan sa pamamagitan ng microbiota. Sa unang sulyap, ang gayong matapang na palagay ay may matibay na batayan ng ebidensya. Sa artikulong ito, magsasalita ako tungkol sa epekto ng microbiota sa panunaw, at kung bakit bumababa ang pagkakaiba-iba ng mga species nito, at ang pagkakapareho ay nagdaragdag ng panganib ng labis na katabaan.

glagolas.

Panimula

Ang posibilidad na magmana ng labis na katabaan ay umabot sa 80%, ngunit ang mga indibidwal na pagkakaiba sa nuclear genome ay nagkakahalaga ng mas mababa sa 2% ng pagkakaiba-iba sa timbang ng katawan sa populasyon. Bilang karagdagan, ang nuclear genome ay ipinapasa sa bata halos pantay mula sa bawat magulang, ngunit ang mga bata ay nagmamana ng labis na katabaan na may mas mataas na dalas mula sa kanilang mga ina. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay madalas na ipinaliwanag sa pamamagitan ng impluwensya sa metabolismo ng mitochondria, na may sariling DNA at wala sa ulo ng tamud; samakatuwid, ang mitochondrial genome ay minana ng embryo mula lamang sa itlog ng ina. Gayunpaman, ang mga resulta ng isang pag-aaral ng mitochondrial genome ay nagpapaliwanag ng mas kaunting mga kaso ng pagmamana ng labis na katabaan. Kaya, kung ang pagmamana ng sakit na ito ay bahagyang napagitan lamang ng nuclear at mitochondrial genome, kung gayon marahil ang labis na katabaan ay naililipat sa mga bata pangunahin sa pamamagitan ng ikatlong genome ng tao - ang microbiome (isang hanay ng mga gene ng microbiota), na minana rin mula sa ang ina?

Microbiome inheritance at pagkakaiba-iba

Ang pag-unlad ng intrauterine ay sinamahan ng ganap na sterility ng fetus, na sa unang pagkakataon ay tumatanggap ng microbiota, na nagtagumpay sa kanal ng kapanganakan sa panahon ng natural na panganganak. Samakatuwid, ang mga natural na ipinanganak na mga sanggol ay may mas magkakaibang microbiota kaysa sa mga nakuha sa pamamagitan ng cesarean section. Gayundin, ipinakita ng mga pag-aaral na ang mga batang ipinanganak sa pamamagitan ng caesarean ay may mas malaking panganib ng labis na katabaan. Gayunpaman, ang komposisyon ng microbiota sa mga batang ito ay unti-unting nag-normalize sa ilalim ng kondisyon ng pagpapasuso, na tinitiyak ang pangingibabaw ng bifidobacteria at lactobacilli, na pinipigilan ang mga populasyon ng mga oportunistikong bacterioids at clostridia. Ang natural na kapanganakan at pagpapasuso ay bumubuo sa gulugod ng microbiota, na karaniwang tumatagal habang buhay. Ang karagdagang pagpapayaman ng microbiota sa iba pang mga uri ng bakterya ay nakasalalay sa pamumuhay.

Kaya, halimbawa, ang pagbisita sa kindergarten ay isang makabuluhan at independiyenteng salik sa pagtaas ng pagkakaiba-iba ng species ng microbiota. Sa kabilang banda, ang malawakang paggamit ng antibiotics at antiseptics, pati na rin ang mahigpit na sanitary at hygiene standards, ay nagpapababa ng exchange rate ng microbiota sa pagitan ng mga tao at ng pagkakaiba-iba nito (basahin ang higit pa tungkol sa epekto ng antibiotics sa microbiota at bad breath dito). Kaya, maaari nating pag-usapan ang tungkol sa pagmamana at pagkakaiba-iba ng microbiome.

Istraktura ng microbiota

Sa edad, ang bilang ng mga bacterial cell sa bituka ay unti-unting umabot sa 100 trilyon, na lumampas sa bilang ng mga sariling selula ng katawan sa isang may sapat na gulang ng 10 beses. Kasabay nito, dahil sa maliit na sukat ng bakterya, ang buong microbiota ay tumitimbang ng hanggang 2 kg at umaangkop sa malaking bituka.

Humigit-kumulang 60% ng mga nilalaman ng tumbong ay mga mikroorganismo, ang mga kolonya na kung saan ay lumalaki sa mga hibla ng pagkain ng halaman (cellulose), gamit ang mga ito bilang pagkain at isang balangkas, sa gayon ay bumubuo ng isang bukol na pagkakapare-pareho ng mga dumi. Sa kabila ng malaking bilang ng mga bakterya, ang kanilang pakikipag-ugnayan sa katawan ng tao ay matagal nang isinasaalang-alang ng mga siyentipiko sa loob ng balangkas ng commensalism, kung saan ang microorganism ay nakikinabang mula sa relasyon, at ang macroorganism ay hindi nakakatanggap ng benepisyo o pinsala. Gayunpaman, sa pagbuo ng mga pamamaraan ng genotyping, ang konsepto ng microbiota ay nagbago nang malaki.

Napag-alaman na ang pagkakaiba-iba ng mga species ng microbiota ay umabot sa 300-700 species ng mga microorganism, at ang kanilang kabuuang genome ay binubuo ng 10 milyong mga gene, na 300 beses na mas malaki kaysa sa genome ng tao. Ang ganitong kabuuan ng mga gene ng microbiome at ang paghahambing ng kanilang bilang sa mga tao ay hindi lamang isang catchword dito. Maraming bacterial genes ang gumaganap na umakma sa human nuclear genome, at ang interspecies na interaksyon ng mga microorganism ay napakalapit na ang ilang mga species ay literal na hindi mabubuhay kung wala ang isa't isa. Ang mga kamakailang pagtuklas sa direksyong ito ay naging posible na pag-usapan ang tungkol sa kapwa kapaki-pakinabang na relasyon sa pagitan ng tao at ng microbiota, at ang kabuuan ng mga gene nito ay tinatawag na microbiome o ang ikatlong genome ng tao. Upang ilarawan, magbibigay ako ng isang tiyak na halimbawa.

Pisyolohiya ng microbiota

Sa mga pagkaing halaman, kumokonsumo tayo ng mga fructose polymers (fructans), na wala tayong sariling mga enzyme upang masira sa mga simpleng asukal. Ang hindi ginagamot na fructans ay hindi nasisipsip, at ang kanilang akumulasyon sa mga bituka ay nagdudulot ng malubhang karamdaman, at sa oral cavity ay ginagamit sila ng carious bacteria upang ilakip sa enamel ng ngipin. Tinutulungan tayo ng bifidobacteria at lactobacilli, na mayroong mga enzyme genes para sa paghahati ng fructans sa lactate at acetate. Ang mga metabolite na ito ay lumilikha ng mas acidic na mga kondisyon na nagpapababa sa paglaganap ng acid-sensitive at nagdudulot ng pagtatae na oportunistang bakterya. Bilang karagdagan, ang lactate at acetate ay gumagamit ng iba pang mga uri ng friendly microflora bilang isang mapagkukunan ng enerhiya, na gumagawa ng butyrate - ang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya para sa mga bituka na epithelial cell at isang inhibitor ng pagtagos ng mga intracellular pathogens sa kanila, at binabawasan din ng tambalang ito ang panganib ng pagkakaroon ng ulcerative colitis at colon cancer. Kaya, ang ilang mga uri ng bakterya ay nag-synthesize ng isang nakapagpapagaling na sangkap mula sa mga sangkap ng pagkain na mapanganib para sa katawan, at, na pinoprotektahan ang kanilang angkop na lugar mula sa mga kakumpitensya, bilang isang bonus sa isang tao, pinipigilan ang paglaki ng mga pathogen sa kanyang mga bituka! Ngayon isipin kung paano pinagsasama-sama ang dose-dosenang at daan-daang species ng microorganism sa mas mahaba at mas branched na metabolic chain na gumagawa ng mahahalagang amino acids, bitamina at iba pang metabolites, at sa gayon ay binabago ang panunaw, kaligtasan sa sakit at maging ang ating pag-uugali, kabilang ang pagkain.

Microbiota at labis na katabaan

Ang makabuluhang epekto ng microbiota sa labis na katabaan ay unang ipinakita sa ganap na wala ng mga microorganism at pinalaki sa ilalim ng mga sterile na kondisyon. Karaniwan, ang mga sterile na daga ay karaniwang may 42% na mas kaunting adipose tissue kaysa sa maihahambing na mga daga na may microflora. Kasabay nito, ang mas manipis na sterile na mga daga ay kumakain ng 29% na mas maraming pagkain kaysa sa kanilang mas kumpletong mga katapat na may microflora. Inilipat ng mga mananaliksik ang microflora mula sa normal patungo sa sterile na mga daga at naobserbahan ang isang 57% na pagtaas sa adipose tissue sa loob ng dalawang linggo, sa kabila ng 27% na pagbaba sa paggamit ng pagkain!

Napagpasyahan ng mga may-akda na ang microflora ay tumutulong sa pagkuha ng mas maraming enerhiya mula sa mas kaunting pagkain. Kasabay nito, ang kahusayan ng enerhiya ng panunaw na may microflora ay tumataas nang labis na ang nagresultang labis na mga calorie ay nakaimbak sa adipose tissue.

Ang mga resultang nakuha sa pag-aaral na ito ay dahil sa mababang uri ng glycosidases na independiyenteng na-synthesize ng mammalian body - mga enzyme para sa paghiwa-hiwalay ng mga bono sa mga kumplikadong molekula ng carbohydrate tulad ng hibla ng halaman. Para sa paghahambing, kung sa aming genome ay mayroon lamang 20 genes para sa synthesis ng glycosidases, kung gayon ang bacterioid species lamang ang synthesize ng 261 na uri ng glycosidases, at ang buong microbiome ay naglalaman ng 250,000 genes para sa synthesis ng mga enzyme na ito. Kaya, sa kawalan ng microbiota, ang hibla na mayaman sa enerhiya ay umalis sa katawan na may mga dumi, hindi nakakatugon sa mga pangangailangan ng calorie, kaya ang mga sterile na daga ay kumakain ng higit pa at mas mababa ang timbang kaysa sa kanilang mga katapat na may normal na microflora. Ang mga resulta ng mga pag-aaral na ito ay hindi sinasadya na nagbibigay ng ideya ng isang paraan para sa paggamot sa labis na katabaan sa pamamagitan ng kabuuang pagkasira ng microbiota na may mga antibiotics. Gayunpaman, ang co-evolution ng mga tao at microbiota ay napakalayo na na ang pagpapatupad ng ideyang ito ay imposible, at mula sa isang klinikal na pananaw, ito ay lubhang mapanganib.

Una, hindi tulad ng mga daga, hindi natin kayang mamuhay sa mga sterile na kondisyon. Ang kapaligiran ay naglalaman ng maraming mga pathogenic microorganism na magiging masaya na sakupin ang mga niches na libre mula sa natural na microflora. Halimbawa, ang isang babae na ang klinikal na kaso ay ibinigay sa simula ng artikulo ay nagkaroon ng impeksyon sa Clostridia pagkatapos lamang magamot para sa bacterial vaginosis na may mataas na dosis ng mga antibiotic. Pangalawa, nabanggit ko na na kung walang microbiota, hindi natin masisira ang mga fructans sa ating sarili, ang akumulasyon nito ay puno ng malubhang sakit sa pagtunaw. At sa wakas, pangatlo, ang paggamit ng mga antibiotic sa pagsasanay ay nagpapakita ng kabaligtaran na epekto - ang labis na katabaan ay pinalubha, at ang isang mas magkakaibang at mayaman sa komposisyon ng microbiota ay nagpoprotekta laban sa labis na katabaan.

Antibiotics at labis na katabaan

Mula noong kalagitnaan ng huling siglo, ang mga antibiotic ay malawakang ginagamit sa agrikultura upang mapabilis ang pagtaas ng timbang ng mga alagang hayop. Para sa layuning ito, ang mga paghahanda ay idinagdag sa feed sa isang patuloy na batayan, bilang isang resulta kung saan 70% ng mga antibiotics na ginawa ay ginugol sa pag-aalaga ng hayop.

Ang positibong epekto ng mga antibiotic sa timbang ng katawan ay matagal nang naiugnay sa pag-iwas sa mga impeksyon, dahil ang isang malusog na hayop ay tumaba nang mas mabilis. Ngunit kalaunan ay napatunayan na ang pag-asa na ito ay pinamagitan ng mga pagbabago sa komposisyon ng microbiota. Ang isang katulad na epekto ng antibiotics sa timbang ng katawan ng tao ay itinuturing na hindi malamang, dahil ang antibiotic therapy ay ginagamit sa maikling panahon at paminsan-minsan. Samantala, 10 taon na ang nakalilipas sa mga pag-aaral ay natagpuan na kahit isang kurso ng antibiotics ay humahantong sa pagbaba sa pagkakaiba-iba ng microbiota ng tao sa loob ng 4 na taon. Ang isang 2017 meta-analysis ng mga pag-aaral sa halos 500,000 tao ay natagpuan na ang paggamit ng antibiotic sa pagkabata ay makabuluhang nagpapataas ng panganib ng labis na katabaan sa bandang huli ng buhay, na may antibiotic na dosis na positibong nauugnay sa labis na katabaan. Kaya, ang inaasahang pagbaba sa timbang ng katawan bilang isang resulta ng pagsugpo sa microbiota ay hindi nangyayari, ngunit sa hinaharap, sa kabaligtaran, ang pag-unlad ng labis na katabaan ay sinusunod. Marahil, ang mga antibiotics, na pumipili ng pagsira sa mga kinatawan ng normal na microflora na sensitibo sa kanila, ay bumubuo ng isang uri ng "obesity microbiota".

Ang konsepto ng tuluy-tuloy na metabolic chain at ang "obesity microbiota"

Ang kumpletong microbiota ay isang tuluy-tuloy na metabolic chain ng mga reaksyon na naghihiwa-hiwalay sa hibla na mayaman sa enerhiya sa mga compound na mahina sa enerhiya. Sa kasong ito, ang bawat intermediate metabolite na naglalaman pa rin ng enerhiya ay na-assimilated ng susunod na bacterium sa metabolic chain, na may kakayahang mag-synthesize ng mga enzyme para sa pagkasira nito, sumisipsip ng bahagi ng enerhiya nito. Ang mga panghuling metabolite ng paggana ng tuluy-tuloy na metabolic chain ay mga short-chain fatty acid, na higit sa lahat ay na-catabolize ng mga bituka na selula at hindi na-sublimate sa adipose tissue, at ang ilan sa mga ito ay pumipigil sa lipogenesis at pinipigilan ang gana. Kaya, halos ganap na ginagamit ng isang ganap na microbiota ang enerhiya ng hibla at pinoprotektahan ang host mula sa labis na katabaan, kahit na inaabuso niya ang mabilis na carbohydrates.

Hindi tulad ng normal na microflora, ang "obesity microbiota" ay monotonous dahil sa nawawalang species, genera o buong pamilya ng bacteria, kaya hindi ito nakakabuo ng tuluy-tuloy na metabolic chain. Dahil ang iba't ibang uri ng hibla ay pinaghiwa-hiwalay ng maraming mga kinatawan ng microbiota, ang kawalan ng ilan sa mga ito ay hindi humahadlang sa simula ng metabolic chain at ang dietary fiber ay ligtas na pinaghiwa-hiwalay sa mga intermediate metabolites. Kaugnay nito, ang kawalan ng mga bacterial species na partikular na sumisira sa mga intermediate metabolites ay humahantong sa akumulasyon ng huli sa bituka lumen. Hindi tulad ng hibla, ang mga intermediate na metabolite ay nasisipsip ng katawan, kabilang ang pagtaas ng mga reserba ng adipose tissue. Kaya, ang "obesity microbiota" ay naglalaman ng isang uri ng mga puwang kung saan ang enerhiya ay "dumaloy" sa katawan ng tao.

Ang diumano'y "obesity microbiota" ay sinusuportahan ng mga eksperimento sa paglipat ng mga dumi mula sa mga taong may iba't ibang pangangatawan patungo sa mga sterile na daga. Upang ibukod ang iba pang mga kadahilanan, ang microbiota para sa paglipat ay na-recruit mula sa 8 kambal, na ang mga pares ay naiiba sa pagkakaroon at kawalan ng labis na katabaan, at ang mga daga, na nakatanggap ng microbiota mula sa mga taong may iba't ibang mga pangangatawan, ay nanirahan nang hiwalay. Ang microbiota na nagmula sa napakataba na kambal ay may kalat-kalat na komposisyon ng species kumpara sa mas magkakaibang microbiota ng normal na katawan na kambal.

Bilang resulta ng eksperimento, ang mga daga na nakatanggap ng "obesity microbiota" ay nagpakita ng isang makabuluhang pagtaas sa taba ng katawan na sa ika-8 araw pagkatapos ng paglipat. Kasabay nito, ang masa ng taba sa mga daga na nakatanggap ng microbiota mula sa kambal na may normal na timbang ng katawan ay nanatiling walang makabuluhang pagbabago sa buong eksperimento.

Bilang karagdagan, ang mga may-akda ng pag-aaral na ito ay nagpasya na subukan ang nakakahawa ng labis na katabaan. Para dito, ang mga daga na nakuha bilang resulta ng paglipat ng iba't ibang microbiota ay inilagay sa isang karaniwang hawla pagkatapos ng 5 araw. Ang kontrol sa timbang ng katawan at komposisyon ng katawan sa ika-10 araw ng pagsasama-sama ay nagpakita na ang mga daga na nakatanggap ng "obesity microbiota" ay nakakuha ng mas kaunting taba kaysa sa mga katulad na daga sa unang bahagi ng eksperimento (naninirahan sa paghihiwalay), at halos hindi naiiba sa cohabiting. mga daga na nakatanggap ng microbiota mula sa kambal na may normal na pangangatawan. Ang pagsusuri ng microbiome ay nagpakita ng pagtaas sa pagkakaiba-iba ng microbiota sa mga daga na una ay nakatanggap ng isang pare-parehong "obesity microbiota." Mahalaga, ang mga payat na daga na una ay nakatanggap ng magkakaibang microbiota ay hindi nagkasakit ng labis na katabaan mula sa kanilang mga kasama.

Ang pagsusuri sa mga metabolite sa bituka ay nagpakita na pagkatapos ng cohabitation sa mga daga na una ay nakatanggap ng "obesity microbiota", nagkaroon ng pagbaba sa disaccharides at isang pagtaas sa short-chain fatty acids. Kaya, natagpuan na ang isang magkakaibang microbiota ay nagpoprotekta laban sa pag-unlad ng labis na katabaan, at ang paglipat o natural na paglipat ng naturang microbiota sa napakataba na mga daga ay humahantong sa isang normalisasyon ng timbang ng katawan.

Konklusyon

Dapat pansinin na ang mga daga ay mga coprophage, na lubos na nagpapadali sa natural na pagpapalitan ng microbiota sa pagitan ng mga cohabitant. Gayunpaman, ang mga resulta ng mga pag-aaral sa microbiota at epidemiology ng labis na katabaan sa mga tao ay maaari ding ipaliwanag sa pamamagitan ng pagpapalitan ng microflora sa pamamagitan ng mga pakikipag-ugnayan sa lipunan. Sa itaas, napag-usapan ko kung paano pinapataas ng pagpunta sa kindergarten ang pagkakaiba-iba ng microbiota, ngunit ang pagpapalitan ng microflora ay maaari ding mangyari sa pamamagitan ng iba pang mga panlipunang koneksyon at posibleng makaapekto sa panganib ng labis na katabaan. Halimbawa, ang pagsusuri sa mga medikal na rekord ng 1,519 na pamilya ng mga tauhan ng militar ng Amerika ay naging posible na maitatag na ang body mass index ng mga miyembro ng pamilya pagkatapos na maitalaga sa isang bagong istasyon ng tungkulin sa loob ng 24 na buwan ay nagbago alinsunod sa mga tagapagpahiwatig ng populasyon ng ang lugar. Ang mga may-akda nito at 45 iba pang katulad na pag-aaral ay nagmumungkahi na ang mga pagkakaiba sa ating pangangatawan mula sa kagyat na kapaligiran ay maaaring magpataas ng sikolohikal na kakulangan sa ginhawa, at ito naman, ay nakakaapekto sa pag-uugali sa pagkain at pisikal na aktibidad. Gayunpaman, ang mga pagtatangka na patunayan ang sanhi ng kaugnayang ito ay hindi matagumpay. Samantala, ang pagpapalitan ng microbiota sa pamamagitan ng kapaligiran at mga direktang kontak ay maaaring ipaliwanag ang hindi pangkaraniwang bagay na ito.

Sa kontekstong ito, maaari ding maging kawili-wili ang aking karanasan sa buhay. Ako mismo ay drish pa rin at ang kasabihang "not for a horse feed" ay tungkol sa akin! At mula nang makilala ko ang aking asawa, nagsimula siyang pumayat sa bawat taon. Totoo, hindi siya nagkaroon ng labis na katabaan, ngunit mula sa simula ng aming relasyon ay nabawasan siya ng timbang. Kahit na bilang isang estudyante, binibiro niya na nahawaan ko siya ng aking mga uod, ngunit sa sandaling nakakuha ako ng trabaho sa laboratoryo, sinuri ko ang lahat at wala akong nakitang ganoon. Pagkatapos, sa unang pagkakataon, iminungkahi ko na ang bagay ay maaaring nasa mga kakaibang katangian ng aking microbiota, na unti-unting pinagtibay ng aking asawa. Sa kasamaang palad, imposibleng pag-aralan ang mga tampok na ito sa aming laboratoryo, kaya nagpadala ako ng sample ng aking "inner world" sa Atlas para sa pagsusuri. Isusulat ko ang tungkol sa mga resulta ng pagsusuri sa susunod na artikulo, kung saan tatalakayin ko nang detalyado ang tungkol sa mga pamamaraan ng pagwawasto ng microbiota upang mabawasan ang timbang ng katawan (upd: isang kuwento tungkol sa mga resulta).