יומני מזון מסורתיים פגומים – עכשיו, מדענים יכולים לנתח DNA צואה כדי לעקוב אחר מה שאתה אוכל בדיוק, ולפתוח תובנות חדשות על דיאטה ומחלות.
מחקר: הערכה מטגנומית של צריכת התזונה מצואה אנושית. קרדיט תמונה: LightsPring / Shutterstock
במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת מטבוליזם טבעהחוקרים הציגו שיטה לכימות חומצה דהוקסירבונוקלאית הנגזרת ממזון (DNA) במטגנומים של צואה אנושית באמצעות אסטרטגיית מיפוי יעילה ומודעת דמה.
תזונה וצריכת תזונה הם קובעים לצמיחה, התפתחות, בריאות וסכנת מחלות. חוץ מזה, דיאטה מעצבת את הרכב המיקרוביוטה של המעיים, ובתורו, אקולוגיית הבטן משפיעה על ההשפעות התזונתיות של המארח. דפוסי צריכת תזונה יכולים להחמיר או להקל על מצבי מחלה שונים לאורך אורך חייו של האדם.
בדרך כלל מוערכת צריכת תזונה ותזונה בשיטות לדיווח עצמי, כמו רשומות מזון ושאלונים תזונתיים, הדורשים ציות למשתתפים וסובלים מהטיות דיווח. מצד שני, ניתן למנף רצף רובה ציד מטגנומי (MGS) של DNA צואה כדי לתפוס נתוני צריכת תזונה.
המחקר והממצאים
במחקר הנוכחי, החוקרים הציגו הערכה מטגנומית של צריכת התזונה (MEDI) לכימות ה- DNA הנגזר במזון בצואה אנושית. בניגוד לגישות מיפוי מסורתיות, Medi משלבת תהליך סינון מודע לפיתוי כדי למזער מטלות חיוביות שווא מ- DNA חיידקי ואנושי, תוך שיפור הדיוק. הם מיפו פריטי מזון לגנום Refseq ברמת המינים או הסוג, מה שהוביל למערך של 459 מזונות הממופים למכלולי גנום. בשלב הבא הם חיפשו במרכז הלאומי המלא אחר מסד נתונים נוקלאוטידים של מידע ביוטכנולוגי (NCBI) כדי לזהות מכלולי חלקים (גנום) למזונות ללא מכלול התייחסות מלא.
גישה זו זיהתה 98 מכלולים חלקיים עבור 102 מזונות נוספים. בסיס הנתונים שהתקבל כלל 489 מיליארד זוגות בסיס המקיפים את כל הפילה העיקרית של רכיבי המזון. מרבית הנתונים הגנומיים היו מהפילה סטרפטופיטה ו chordata, המורכבים מרוב המזונות המבוססים על בעלי חיים ובעלי חיים, בהתאמה.
מכיוון שגודל מסד הנתונים של גנום המזון עלה על זה של מסדי נתונים לסיווג חיידקים, וירוסים וגנום ארכאה, החוקרים פיתחו MEDI, שיטה חישובית המבוססת על תוכנית מיפוי Kraken 2, המותאמת לעיבוד מערכי נתונים גדולים. כימות המזון Medi התבסס על שפע קריאה יחסית ללא תיקוני גודל הגנום. הצוות בדק את מדי במערך נתונים של אמת קרקע עם קריאות מדומות.
הם יצרו פרופילי שפע ממוצעים של אורגניזמים דמה בדגימות צואתיות של 365 אנשים מפרויקט המיקרוביומה האנושי האינטגרטיבי (IHMP). בקרות חיוביות נוצרו על ידי הצגת 10% קריאות מזון מתוך 10 פריטי מזון אקראיים לכל מדגם. בנוסף, ארבע דגימות רקע חסרות קריאות מזון המוגשות כבקרות שליליות.
הצוות ציין כי Medi כימות רצפים שמקורם במזון בכל הדגימות. אף אחת מהקריאות בדגימות שליליות במזון לא סווגה כמקור מזון. עם זאת, החוקרים הכירו בכך שמדי מתפקדת בצורה הטובה ביותר עבור מזונות שלמים השומרים על יותר DNA באמצעות עיכול, ואילו מזונות מעובדים מאוד, כמו שמנים מעודנים וסוכרים נוספים, לרוב מיוצגים תחת נתוני רצף. מדי היה רגיש מאוד והיה לו יותר מ- 80% כוח לאיתור פריט מזון עם שפע נמוך עד 10 קריאות למיליון. בשלב הבא, MEDI הוחל על נתונים מטגנומיים משני מחקרים (MBD ו- PATH).
במחקר MBD, המשתתפים צרכו דיאטה משפרת מיקרוביומה (MBD) או תזונה מערבית (WD). אומדני מדי חשפו הבדלים משמעותיים במגוון הבטא בין WD ו- MBD. היה שפע יחסי גבוה פי שישה של קריאות מזון ב- MBD מאשר ב- WD. בנוסף, MBD הצליחה גם לחשוף העשרה ספציפית של רכיבי MBD ידועים, כולל קינואה, שיפון, תות ותרד.
יתר על כן, המשתתפים במחקר PATH קיבלו ארוחות יומיות שהכילו 90% מאותם מרכיבים בין קבוצות המחקר. קבוצת ההתערבות קיבלה ארוחות יומיות עם אבוקדו גדול מדי יום, אך קבוצת הביקורת קיבלה ארוחות בלעדיה. ניתוח שפע דיפרנציאלי של Medi זיהה רק אבוקדו כפריט המזון שהיה שונה בשפע.
יתר על כן, יומני מזון יומיים ממחקר PATH אפשרו השוואה בין אומדני המדי של הרכב התזונה בדגימות צואתיות לנתוני הצריכה הכוללים. החוקרים ציינו הסכמה בין נתוני הצריכה לבין הערכות מדי כאשר התקבלו דגימות צואה תוך 24 עד 48 שעות לאחר צריכת המזון. יתרה מזאת, הערכה מדויקת של צריכת תזונה במדויק לחלבון, אנרגיה, פחמימות, כולסטרול ואשלגן. עם זאת, היא נאבקה לכמת את צריכת השומן והסיבים התזונתיים הכוללים, ככל הנראה כתוצאה מהשפלת DNA במזון מעובד מאוד.
בשלב הבא, הצוות יישם מדי את מדי כדי להעריך את תדירות הקריאות הנגזרות מזון בשלבי חיים שונים. ככאלה, נתוני MGS נגזרו מקבוצה של 60 תינוקות בגילאי 1-253 יום. חוץ מזה, דגימות למבוגרים התקבלו מ -351 נבדקים מה- IHMP. צפוי, לדגימות תינוקות הייתה שכיחות נמוכה יותר של קריאות שמקורן במזון; עם זאת, השכיחות של דגימות (תינוקות) עם קריאות שמקורן במזון גדלה בהתמדה לאחר הכנסת מזון מוצק (בערך ביום 160).
לעומת זאת, קריאות שמקורן במזון התגלו ב 98% מהדגימות למבוגרים. בעוד ששפע מטגנומי יחסית של קריאות אנושיות או חיידקיות נותרו יציבות, קריאות מזון הראו שונות גבוהה בין יחידים ועליהן זמן, תוך חיזוק החשיבות של זמן הדגימה והמגוון התזונתי בפרשנות הנתונים. ראוי לציין כי דיאטות ממצה מדיה היו תואמות נתוני שאלון תדר מזון (FFQ) ממבוגרים ותינוקות.
ממצאי תסמונת מטבולית
לבסוף, הצוות העריך אם מדי יכול לתפוס דפוסי תזונה הקשורים למדינות בריאות ומחלות. לשם כך הם יישמו MEDI על 274 אנשים בריאים ו -259 נבדקים עם ביטויים משתנים של תסמונת מטבולית (METS) במחקר Metacardis. חולי METS כללו 134 נבדקים שקיבלו תרופות ו 125 נבדקים שלא טופלו. קקאו, חיטה, שיבולת שועל, פשתן, היביסקוס וחזיר היו המזונות הנפוצים ביותר שהתגלו בקבוצה זו.
מטבוליט ממצה מדיה וצריכת מקרונוטרינט היו משתנים מאוד בין יחידים. ניתוח שפע דיפרנציאלי בוצע כדי לזהות תכונות הקשורות למטס ביחס לנבדקים בריאים. לדגימות מנבדקי MetS היו 69% יותר עוף ו -121% יותר חזיר מאלו של אנשים בריאים.
לעומת זאת, דגימות מנבדקים בריאים הגדילו את השפע של עגבנייה, אננס ו- DNA של תפוחים. MetS היה קשור לשפע נמוך יותר של סטרפטופיטה ושפע מעט גבוה יותר של חותמות. יתר על כן, רמות כולסטרול ובטא-לקטוז מוגברות זוהו בקרב נבדקים של MetS, תוך התאמה למחקר קודם המקשר בין רכיבים אלה לתפקוד חילוף המטבולי. תזונה ממוקצמת מאנשים בריאים הראו שפע גבוה יותר של סוכרים, חומצה אלגית ומיאינוזיטול. עם זאת, החוקרים ציינו כי MEDI אינו מבדיל בין סוכרים המתרחשים באופן טבעי (למשל, מפירות) והוסיפו סוכרים, אשר לעתים קרובות נספגים מוקדם יותר בעיכול.
מסקנות ומגבלות
החוקרים פיתחו שיטה מונעת נתונים להערכת צריכת תזונה ותזונה מ- DNA מזון במטגנומים של צואה אנושית. MEDI מספקת אלטרנטיבה למדידת צריכת תזונה שיכולה להיות מיושמת על נתוני MGS צואתיים אנושיים קיימים חסרי מידע תזונתי. יתר על כן, MEDI יהיה בעל ערך למחקרים מטגנומיים בעבר, בהווה או לעתיד שעבורם אומדני צריכת התזונה יוכיחו מועילים.
למרות נקודות החוזק שלו, המחקר מכיר מספר מגבלות: (1) Medi מייצג מזון מעובד בגלל השפלה של DNA, (2) גילוי DNA במזון משתנה מאוד בין אנשים וארוחות, (3) מאגר הגנום המזון מוטה לכיוון דיאטות מערביות, מגביל דיוק לאוכלוסיות גלובליות, ו (4) מזונות מסוימים בשפע נמוך, כמו רכיכה, עשויים ליפול מתחת לסף הגילוי של מדי.
