Trumposios grandinės riebalų rūgštys (SCFA) yra naudingos molekulės, kurias sukuria mūsų žarnyne gyvenančios bakterijos, kurios yra glaudžiai susijusios su geresniu šeimininko metabolizmu, mažesniu sisteminiu uždegimu, geresne širdies ir kraujagyslių būkle, mažesne vėžio rizika ir kt. Tačiau SCFA profiliai gali labai skirtis tarp asmenų, vartojančių tą pačią tikslią dietą, ir šiuo metu mums trūksta priemonių, leidžiančių numatyti šį skirtumą tarp asmenų.
Sistemų biologijos instituto (ISB) mokslininkai sukūrė naują būdą, kaip imituoti asmeninius, mikrobiomų sukeltus atsakymus į dietą. Jie naudoja mikrobų bendruomenės masto metabolinio modeliavimo (MCMM) metodą, kad prognozuotų individualų SCFA gamybos greitį, reaguojant į skirtingus mitybos, prebiotikų ir probiotikų įvestis.
Kitaip tariant, ISB mokslininkai gali sukurti žarnyno mikrobiomų metabolizmo „skaitmeninį dvynį“, kuris gali imituoti individualizuotą atsaką į dietą, naudojant žarnyno mikrobiomų sekos duomenis ir informaciją apie suvartojamą maistą, kad apribotų kiekvieną individualų modelį. Jie detalizuoja savo rezultatus dokumente, paskelbtame Gamtos mikrobiologija.
„Pirmiausia, žarnyno mikrobiomas yra bioreaktorius, kuris maistines skaidulas paverčia šiomis SCFA“, – sakė ISB docentas ir vienas iš vyresniųjų autorių daktaras Seanas Gibbonsas. „Supratimas, kaip žarnyno ekologija ir suvartojamas maistas gali būti kiekybiškai susietas su SCFA rezultatais, bus didelė pažanga mikrobiomų mokslą perkeliant į kliniką.”
Skirtingai nuo juodosios dėžės mašininio mokymosi metodų numatymui, MCMM yra skaidrūs ir mechaniniai, o dešimtys tūkstančių metabolitų ir fermentų dešimtyse organizmų suteikia daug žinių apie specifinius mikrobus, mitybos komponentus ir medžiagų apykaitos kelius, kurie prisideda prie SCFA gamybos. . Nepaisant šio skaidrumo, dėl šių modelių sudėtingumo juos sunku eksperimentiškai patvirtinti.
Vienas iš būdų yra išmatuoti visos ekosistemos SCFA gamybos rodiklius ir palyginti šias ekosistemos masto priemones su jų giminingo modelio prognozėmis. Tačiau išmatuoti SCFA gamtoje yra sudėtinga, nes organizmas juos greitai suvartoja po to, kai jie susidaro.
Siekdami įveikti šį iššūkį, autoriai išmatavo SCFA gamybos greitį in vitro (ty mėgintuvėliuose) atsitiktinių žmogaus žarnyno bakterijų izoliatų mišinių bendruomenėse ir ex vivo (ty už kūno ribų) išmatų homogenatų iš skirtingų žmonių, inkubuotų anaerobinė kamera su įvairiomis maistinėmis skaidulomis.
Išskirdami mikrobiotos sukeltą SCFA gamybą nuo šeimininko absorbcijos, ISB mokslininkai sugebėjo parodyti, kad MCMM prognozės buvo reikšmingai koreliuojamos su išmatuotais butirato ir propionato pluoštų, dviejų gausiausių ir fiziologiškai stipriausių SCFA, gamybos sparta.
Nors in vivo (ty organizme) butirato ir propionato gamybos matavimai nebuvo įmanomi, autoriai galėjo naudoti netiesioginius ryšius tarp SCFA gamybos greičio ir kraujo sveikatos žymenų, kad patvirtintų fiziologinį skirtingų gamybos skirtumų poveikį. .
Pirma, jie parodė, kad MCMM prognozės gali atskirti asmenis, gautus iš didelio skaidulų turinčio maitinimo tyrimo, kurio imuninis atsakas buvo skirtingas: daugumai asmenų sumažėjo sisteminiai uždegimo žymenys, tačiau kai kuriems žmonių uždegimas padidėjo vartojant daug skaidulų turinčių žmonių. dieta. Remiantis MCMM prognozėmis, asmenys, priklausantys didelio uždegimo atsako grupei, parodė žymiai sumažėjusį propionato gamybos pajėgumą.
Be to, autoriai parodė, kad butirato prognozės buvo reikšmingai susijusios su kardiometabolinės ir imuninės sveikatos kraujo žymenimis daugiau nei 2000 asmenų populiacijoje. Konkrečiai, didesnė MCMM prognozuojama butirato gamyba buvo reikšmingai susijusi su mažesniu MTL cholesterolio kiekiu, mažesniu trigliceridų kiekiu, pagerėjusiu insulino jautrumu, mažesniu sisteminiu uždegimu ir mažesniu kraujospūdžiu.
„Prognozuojamas MCMM tikslumas in vitro, kartu su reikšmingomis sąsajomis tarp SCFA prognozių ir sveikatos žymenų žmonių kohortose, suteikia mums pasitikėjimo šių modelių naudingumu tiksliam mitybai“, – sakė pagrindinis autorius dr. Nick Quinn-Bohmann iš universiteto. ISB Vašingtono magistrantas, neseniai apgynęs disertaciją.
Įvairiais būdais patvirtinę MCMM prognozes, autoriai pademonstravo šio požiūrio potencialą kuriant individualizuotas prebiotines, probiotines ir dietines intervencijas, kurios optimizuoja SCFA gamybos profilius.
Jie modeliavo butirato gamybos greitį dviem skirtingoms dietoms – standartinei austrų dietai (ty standartinei europietiškai dietai) ir veganiškai daug skaidulų turinčiai dietai – daugiau nei 2 000 asmenų iš JAV Ramiojo vandenyno vakarų.
Jie nustatė, kad nedideliam asmenų pogrupiui butirato gamyba beveik nepadidėjo, kai jie buvo perėję prie daug skaidulų turinčios dietos (vadinamų „nereaguojančiais“), o kitam pogrupiui butirato gamyba iš tikrųjų šiek tiek sumažėjo laikantis daug skaidulų turinčios dietos (vadinama „regresoriai“).
Tada jie imitavo tris paprastas bendras intervencijas abiejose foninėse dietose, kad padidintų butirato gamybą nereaguojančiuose ir regresorių organizme: pridedant prebiotinio pluošto inulino, pridedant prebiotinio pluošto pektino arba pridėjus butiratą gaminančio probiotiko (Faecalibacterium). .
Rezultatai parodė, kad nė viena kombinatorinė intervencija nebuvo optimali visiems asmenims: vieniems labiausiai buvo naudinga pridėti prebiotinių skaidulų, o kitiems į mikrobiotą reikėjo pridėti butiratą gaminančio probiotiko.
„Šie rezultatai kartu yra svarbus naujo kelio į priekį mikrobiomų sukeltos tikslios mitybos koncepcijos įrodymas“, – sakė Austrijos Graco medicinos universiteto vyresnysis autorius ir docentas dr. Christianas Dieneris.
„Tačiau, žinoma, reikia daugiau nuveikti, kad būtų galima patvirtinti šių modelių nuspėjamumą būsimuose bandymuose su žmonėmis, kol jie gali patekti į klinikinę praktiką.”
Pateikė Sistemų biologijos institutas