Ученые разработали новые закуски, которые будут изменять микробиом кишечника

Исследователи из Вашингтонского университета (Washington University) определили ингредиенты для закусок, которые изменяли бы микробиом кишечника. 

Ученые показали в двух исследованиях, что закуски, содержащие комбинации специально выбранных типов волокон, влияют на элементы микробиома, участвующие в метаболизме компонентов волокон. Этот сдвиг в микробиоме был связан с изменениями в группах белков крови, которые являются биомаркерами и регуляторами многих аспектов физиологии и метаболизма. Эти белки крови изменились таким образом, чтобы улучшить здоровье в долгосрочной перспективе. Исследование опубликовано в научном журнале Nature.

Актуальность вопроса

«Неправильное питание — насущная и сложная проблема во всем мире, которая определяется многими факторами, включая переизбыток продуктов с высоким содержанием жиров и низким содержанием клетчатки в типичных западных диетах», — сказал автор исследования Джеффри Гордон (Jeffrey Gordon). «Поскольку закуски являются популярной частью западной диеты, мы работаем над тем, чтобы разработать новые рецептуры закусок, которые будут поддерживать здоровый микробиом кишечника, влияющий на многие аспекты благополучия».

Кишечник человека является домом для микробиома, состоящего из десятков триллионов микроорганизмов, содержащих миллионы различных генов, которые выполняют функции, не обеспечиваемые примерно 20 000 генов, кодирующих белок в геноме человека. По словам исследователей, пищевая ценность продуктов частично определяется продуктами уникального метаболизма пищевых продуктов микробиомом кишечника.

Исследователи сосредоточены на том, чтобы определить, какие пищевые компоненты взаимодействуют с компонентами микробиома кишечника и как это взаимодействие формирует различные особенности биологии человека. 

Диеты с высоким содержанием жиров и низким содержанием клетчатки не могут поддерживать разнообразный и здоровый микробиом кишечника. Кроме того, диеты с высоким содержанием клетчатки связаны с низким риском хронических заболеваний, таких как сердечно-сосудистые заболевания, диабет 2 типа и ожирение. Однако разнообразные пищевые волокна состоят из сложных смесей биомолекул, многие из которых человеческий организм не может расщепить самостоятельно. Природа этих смесей зависит от источника волокон и того, как они обрабатываются при добавлении в пищевые продукты.

В прошлой работе были выявлены определенные растительные волокна, которые были доступны по цене и в больших количествах из экологически чистых источников, например из кожуры и шелухи, которые в противном случае были бы выброшены и которые повысили бы эффективность некоторых полезных кишечных микроорганизмов.

Материалы и методы исследования

В этом новом отчете ученые проанализировали данные участников двух исследований с избыточным весом или ожирением, которым давали пищу, имитирующую типичную западную диету. Эти диеты были дополнены одним из трех прототипов закусок, содержащих клетчатку. Один содержал только клетчатку, полученную из гороха. Другой содержал комбинацию горохового волокна и инулина (волокно, содержащееся в ряде фруктов и овощей, включая пшеницу, лук, бананы, спаржу, артишоки и корень цикория). Третья закуска содержала гороховую клетчатку и инулин, а также волокна мякоти апельсинов и ячменных отрубей.

В первом исследовании участники употребляли пищу с высоким содержанием жиров и низким содержанием клетчатки в течение 10 дней, а затем добавляли в свой рацион закуску, содержащую гороховую клетчатку, в течение двух недель, затем две недели продолжали употреблять продукты с высоким содержанием жиров и с низким содержанием клетчатки. 

Во втором исследовании использовался аналогичный прием, но добавка заключалась в закуске, содержащей и гороховое волокно, и инулин, а после периода выведения, закуска, содержащая четыре компонента клетчатки: горох, инулин, апельсин и ячменные отруби.

Результаты исследования

Исследователи проанализировали микробиом кишечника пациентов на различных этапах исследования, а также уровни более 1300 белков в их крови. Ученые обнаружили, что многие компоненты микробиома, которые реагировали на разные прототипы пищевых волокон и обрабатывали их у участников испытания, были такими же, как и те, которые реагировали на те же волокна в более ранних экспериментах с использованием мышей-гнотобиотов, колонизированных кишечными микробами человека. Мыши-гнотобиоты рождаются и выращиваются в стерильных условиях, поэтому природа кишечных микроорганизмов может строго контролироваться для научных исследований.

Кроме того, исследователи обнаружили, что по сравнению с закусками из одного или двух волокон закуска с комбинацией четырех разных волокон оказала более широкое влияние на гены микробиома, кодирующие метаболические механизмы, необходимые для извлечения питательных веществ из волокон. 

Исследователи разработали подходы к анализу данных, которые позволили им идентифицировать статистически значимые изменения в определенных группах генов микробиома и связать их с изменениями уровней групп белков крови, участвующих в широком спектре физиологических процессов, начиная от энергетического метаболизма, включая метаболизм глюкозы — к иммунным ответам, свертыванию крови и функции кровеносных сосудов, а также биологии костей и нервных клеток.

«Нам было приятно увидеть влияние этих пищевых закусок на микробиом кишечника и физиологию человека даже в этих относительно коротких исследованиях», — сказал автор исследования Омар Деланной-Бруно (Omar Delannoy-Bruno). 

Соавтор Майкл Барратт (Michael Barratt) считает: «Преимущества этих вмешательств необходимо будет изучить в более крупных и длительных клинических испытаниях. Следующим важным шагом будет изучение влияния перекусов с клетчаткой на участников, которые могут свободно есть, как обычно».

Гордон добавил: «Благодаря лучшему пониманию влияния различных видов волокон на компоненты микробиома, мы надеемся, что внесем свой вклад в здоровую диету, особенно для тех, кто имеют ограниченный доступ к питательной пище».

Авторы другого исследования утверждают, что раннее биологическое старение у обездоленных людей связано с нарушением микробиома кишечника.