מדענים חושפים כיצד התרכובות הנגזרות מהסוכר של חיידקי הבטן משפיעות על חילוף החומרים, מסייעות בשליטה על סוכר בדם, להפחית את הצטברות השומן וסלול את הדרך לטיפולים פרוביוטיים חדשים.
מחקר: חיידקי מעיים בעלי מעי סוכרוז מונעים השמנת יתר של מארחים על ידי ייצור אקסופוליסכרידים. קרדיט תמונה: קטריה קון / Shutterstock
במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת תקשורת טבעהחוקרים בדקו את תפקידם של מעי המיקרוביוטה הנגזרת האקסופוליסכרידים (EPS) בוויסות מטבולי ופיזיולוגיה מארחת.
רֶקַע
האם החיידקים במעיים יכולים להשפיע על רמות הסוכר בדם שלך לצד התזונה שלך? עם הפרעות מטבוליות כמו השמנת יתר וסוכרת המגיעות לממדים מגיפה, מדענים בוחנים מנגנונים ביולוגיים חדשים המווסתים את חילוף החומרים מעבר לדיאטה ופעילות גופנית בלבד.
המיקרוביוטה של המעיים האנושית היא רגולטור חיוני לבריאות, משפיעה על חילוף החומרים, חסינות ומניעת מחלות. הוא מאכלס טריליוני חיידקים המעבדים רכיבים תזונתיים ומייצרים מולקולות ביו -אקטיביות. בין אלה, EPs המיוצרים על ידי חיידקי מעיים ספציפיים, כולל Streptococcus salivariusמופיעים כשחקני מפתח בבריאות המטבולית.
פוליסכרידים אלה מווסתים תגובות חיסוניות, משפרים את תפקוד מחסום הבטן ומתקיימים אינטראקציה עם מסלולי מטבוליות מארחים. עם השמנת יתר וסוכרת בעלייה, הבנת תפקידו של מיקרוביומה של הבטן היא קריטית. למרות שמחקרים מראים כי EPS מיקרוביאלי משפיע על חילוף החומרים, המנגנונים המדויקים שלהם נותרו לא ברורים. יש צורך במחקר נוסף כדי לקבוע כיצד EPS חיידקים, במיוחד מ S. SalivariuS, משפיע על ויסות מטבולי מארח.
על המחקר
דגימות צואה של 472 תורמים אנושיים נאספו בעקבות הנחיות אתיות. המחקר לא ציין טווח גילאים, ונכללו אנשים עם שימוש אנטיביוטי אחרון, צריכת פרוביוטיקה או הפרעות מטבוליות. דגימות אוחסנו ב -80 מעלות צלזיוס לפני העיבוד. חיידקים המסוגלים לייצר EPS בודדו בטכניקות תרבות אנאירוביות וזוהו באמצעות רצף מטגנומי רובה ציד ורצף חומצה ריבוזומלית ריבוזומלית (rRNA).
ניסויים בעכברים נערכו באמצעות C57BL/6J ועכברים נטולי נבט ששוכנו בתנאים מבוקרים. עכברים הוקצו לתזונה סטנדרטית או עתירת שומן, עם או בלי תוסף EPS. בדיקות סובלנות לגלוקוז ובדיקות רגישות לאינסולין נערכו כדי להעריך את ההשפעות המטבוליות. דגימות דם נאספו למדידת רמות הורמון הגלוקוז, האינסולין והעיים.
כדי לחקור שינויים במיקרוביומה, בוצעו רצף מטגנומי וגם רצף rRNA של 16S כדי לנתח את הרכב המיקרוביוטה של הבטן. ריכוזי חומצות שומן קצרות שרשרת (SCFA) נמדדו באמצעות כרומטוגרפיה של גז. מבחני ציטוקין נערכו כדי לקבוע רמות דלקת מערכתיות. מחקרי כלוב מטבוליים בוצעו כדי להעריך הוצאות אנרגיה, צריכת מזון ופעילות גופנית.
ניתוחים סטטיסטיים כללו את מבחן ה- T של התלמיד לנתונים פרמטריים ומבחן מאן-וויטני U לנתונים לא פרמטריים. ניתוחי מתאם בוצעו בין שפע חיידקים, רמות SCFA וסמנים מטבוליים. ערך p <0.05 נחשב למובהק סטטיסטית.
תוצאות המחקר
זן של Streptococcus salivarius (S. salivarius) זוהה כמפיק ה- EPS הדומיננטי במיקרוביוטה של מעי אנושי. זן זה השפיע על חילוף החומרים המארח על ידי אפנון רמות הורמון הבטן ו- SCFAs. אצל נבדקים אנושיים אנשים עם שפע גבוה יותר של ש. סליבריוס היו בעלי רמות גלוקוז בדם נמוכות יותר ושיפר את הרגישות לאינסולין. עם זאת, ממצאים אלה היו מתואמים, כלומר הם אינם מוכיחים כי S. salivarius גורם ישירות לשיפור מטבולית בבני אדם.
במודלים של עכברים, מתן ה- EPS שיפר משמעותית את סובלנות הגלוקוז ורגישות לאינסולין. עכברים נטולי נבט המתיישבים עם ש. סליבריוס הציג רמות גבוהות יותר לרמות פפטיד -1 (GLP-1) דמויי גלוקגון, וקידמו הומאוסטזיס גלוקוז. עכברים בתוספת EPS הראו גם משקל גוף מופחת ומסת השומן בהשוואה לביקורים. ניטור ארוך טווח אחר עכברים שהוזנו ב- EPS הדגים שיפורים מתמשכים בסמנים מטבוליים. הרגישות לאינסולין נותרה גבוהה יותר, ועלייה במשקל הגוף נשלטה במשך 16 שבועות.
רצף מטגנומי חשף כי ה- EPS שינה את הרכב המיקרוביוטה של מעי, מה שהגדיל את שפע חיידקים המייצרים SCFA כמו בקטריואידים וחברי קבוצת Bacteroidales S24-7. ניתוח SCFA אישר עלייה ברמות אצטט ופרופונאט, ותמכה בפעילות תסיסה מיקרוביאלית משופרת. בנוסף, סמנים דלקתיים הופחתו באופן משמעותי בעכברים שטופלו ב- EPS, מה שמצביע על השפעה מגנה מפני דלקת מטבולית.
ניתוח נוסף העלה כי עכברים שטופלו ב- EPS הראו סמנים מופחתים של דלקת, כפי שנמדדו על ידי רמות נמוכות יותר של ציטוקינים פרו-דלקתיים. זה מצביע על כך ש- EPs הנגזרים מעי עשויים למלא תפקיד מגן מפני דלקת מטבולית, גורם מפתח בהשמנת יתר ובעמידות לאינסולין.
ניתוח מתאם בין הרכב מיקרוביוטה של מעי אנושי לסמנים מטבוליים אישר עוד כי אנשים עם שפע יחסי גבוה יותר של ש. סליבריוס שיפרו את ויסות הגלוקוז ואת מדד המסה התחתונה של פלג גוף (BMI). נוכחותם של חיידקים אלה הייתה קשורה באופן משמעותי לעלייה ברמות ה- SCFA, ותמכה עוד יותר בתפקיד ה- EPS במודולציה מטבולית. עם זאת, וריאציות ב ש. סליבריוס זנים והשפעות תזונתיות עשויים להשפיע על ייצור ה- EPS, כלומר היתרונות המטבוליים שנצפו בעכברים עשויים שלא לתרגם באופן מלא לבני אדם.
כדי לאמת עוד יותר ממצאים אלה, נערך פרופיל מטבוליומי כדי להעריך שינויים במסלולי המטבוליים המארחים. עכברים שטופלו ב- EPS הראו עלייה משמעותית במטבוליטים הקשורים למטבוליזם אנרגטי משופר, כולל תפקוד מיטוכונדריאלי משופר וחמצון של חומצות שומן.
ממצאים אלה מראים כי EPS לא רק מווסת את המיקרוביוטה של המעיים, אלא יש גם השפעה ישירה על חילוף החומרים באנרגיה מארחת. ראוי לציין כי ההשפעות שנצפו היו תלויות בייצור SCFA על ידי חיידקי מעיים ולא ב- EPS הפועלים בלבד. ההשפעות שנצפו נמשכו גם לאחר שהפסקו התערבות תזונתית, מה שמצביע על היתרונות הפוטנציאליים לטווח הארוך של תוסף EPS.
בנוסף הוערכו צריכת מזון והוצאות אנרגיה. עכברים שקיבלו EPS הציגו צריכת מזון נמוכה יותר למרות שיש להם הוצאות אנרגיה דומות בהשוואה לביקורות. זה מצביע על כך ש- EPS עשויה להשפיע על אותות שובע, פוטנציאלית באמצעות אפנון הורמון מעיים. רמות ה- GLP-1 ופפטיד YY היו מוגברות באופן משמעותי בעכברים שטופלו ב- EPS, ותמכו עוד יותר בהשערה זו.
מסקנות
לסיכום, מחקר זה מדגיש את תפקידם של EPS הנגזר מיקרוביוטה במעיים בוויסות חילוף החומרים. ש. סליבריוסחיידק המייצר EPS דומיננטי במעיים, היה קשור לשיפור סמנים מטבוליים בבני אדם ושיפור חילוף החומרים הגלוקוזי בעכברים.
תוסף EPS הוביל לרמות גלוקוז בדם, שיפר את הרגישות לאינסולין והפחתת דלקת במודלים אנושיים ועכברים כאחד. עם זאת, בעוד שממצאים אלה מצביעים על יתרונות מטבוליים פוטנציאליים, יש צורך במחקרים נוספים כדי לקבוע את המנגנונים הספציפיים, וריאציות המתח והשפעות ארוכות טווח של ש. סליבריוס בבני אדם.
ממצאים אלה מראים כי התערבויות ממוקדות מיקרוביוטה, כמו פרוביוטיקה או פרביוטיקה, עשויות לספק יתרונות טיפוליים להפרעות מטבוליות. בהתחשב בעלייה הגלובלית בהשמנת יתר ובסוכרת, תוצאות אלה מעלות שאלות חשובות: האם טיפולים פרוביוטיים עתידיים יכולים לעזור במניעת הפרעות מטבוליות? האם EPS שמקורו במעיים יכול להחזיק את המפתח לבריאות המטבולית לטווח הארוך?