Forskere har identificeret ingredienser til snacks-prototyper, der er formuleret til bevidst at ændre tarmmikrobiomet på måder, der kan knyttes til helbredet.

Ved at oversætte resultater fra dyremodeller har forskerne vist i to pilotstudier på mennesker med overvægtige deltagere, at snacks indeholdende kombinationer af specifikt udvalgte fibertyper påvirker elementer i mikrobiomet, der er involveret i metabolisering af fiberkomponenter.

Dette skift i mikrobiomet var knyttet til ændringer i grupper af blodproteiner, der er biomarkører og regulatorer for mange aspekter af fysiologi og metabolisme. Disse blodproteiner skiftede på måder, der kunne forbedre sundheden på lang sigt.

”Dårlig ernæring er et presserende og komplekst problem i hele verden, der er drevet af mange faktorer, herunder en overflod af fedtfattige og fiberrige fødevarer i typiske vestlige kostvaner,” siger undersøgelsens seniorforfatter Jeffrey I. Gordon, professor og direktør for Edison Family Center for Genome Sciences & Systems Biology ved Washington University School of Medicine.

"Da snacks er en populær del af vestlige kostvaner, arbejder vi for at hjælpe med at udvikle en ny generation af snackmadformuleringer, som folk kan lide at spise, og som vil understøtte et sundt tarmmikrobiom, der påvirker mange aspekter af wellness."

Den menneskelige tarm er hjemsted for et mikrobiom, der består af snesevis af billioner af mikrober, der indeholder millioner af forskellige gener, der udfører funktioner, der ikke leveres af de ca. 20,000 proteinkodende gener i det humane genom. Ifølge forskerne bestemmes næringsværdien af ​​fødevarer delvist af produkterne fra fødevarernes unikke stofskifte af tarmmikrobiomet.

Gordon og hans kolleger er fokuseret på at karakterisere, hvilke fødevarekomponenter der interagerer med hvilke komponenter i tarmmikrobiomet, og hvordan denne interaktion former forskellige træk ved menneskelig biologi. Målet er at indvarsle en ny æra inden for ernæringsvidenskab, der giver overkommelige, mere nærende fødevarer fra bæredygtige kilder, der kan bruges til at behandle eller forhindre forskellige former for underernæring - hvad enten det er underernæring eller fedme hos børn eller voksne.

De fedtfattige diæter med lavt fiberindhold, der indtages i USA og andre vestlige lande, understøtter ikke en forskellig og sund tarmmikrobiom. Desuden kost med høj fiber indhold er forbundet med lavere risici for kroniske sygdomme såsom hjerte-kar-sygdomme, type 2-diabetes og fedme. Kostfibre er imidlertid sammensat af komplekse og forskelligartede blandinger af biomolekyler, hvoraf mange ikke kan bryde ned alene. Disse blandings beskaffenhed varierer afhængigt af kilden til fibrene, og hvordan de behandles, når de indgår i fødevarer.

Tidligere arbejde fra Gordons team identificerede specifikke plantefibre, der var overkommelige og tilgængelige i store mængder fra bæredygtige kilder - såsom skræl, skorpe og skaller, der ellers ville blive kasseret - og som øgede ydeevnen for visse gavnlige tarmmikrober, der er underrepræsenteret i mange overvægtige voksne spiser vestlige kostvaner.

I denne nye rapport analyserede forskerne data fra forsøgspersoner, der var indskrevet i to studier, der var overvægtige eller overvægtige, og som fik mad, der efterlignede en typisk vestlig diæt. Disse diæter blev suppleret med en af ​​tre fiberholdig prototyper til snackmad. Den ene indeholdt kun fiber genvundet fra ærter. En anden indeholdt en kombination af ærterfibre og inulin (en fiber der findes i et antal frugter og grøntsager, herunder hvede, løg, bananer, asparges, artiskokker og cikorierod). En tredje snack indeholdt ærterfibre og inulin samt fibre fra appelsinmasse og bygklid. Snacks blev udviklet i samarbejde med Mondelēz International, et globalt snackfoodfirma.

I den første undersøgelse indtog deltagerne måltider med højt fedtindhold, lavt fiberindhold i 10 dage, før de tilsatte en ærterfiberholdig snack til deres kost i to uger, efterfulgt af to uger, hvor deltagerne fortsatte med at spise det høje fedtindhold. , kost med lavt fiberindhold uden fiber snack. I den anden undersøgelse blev et lignende design anvendt, men tilskuddet var med snacken, der indeholdt både ærtefibre og inulin, og efter en udvaskningsperiode indeholdt snacken fire fiberkomponenter: ærter, inulin, appelsin og bygklid.

Forskerne analyserede patienternes tarmmikrobiomer i de forskellige faser af undersøgelsen samt niveauerne af mere end 1,300 proteiner i deres blod. Gordon og hans kolleger fandt ud af, at mange af komponenterne i mikrobiomet, der reagerede på og behandlede de forskellige snackfiberprototyper i forsøgsdeltagerne, var de samme som dem, der reagerede på de samme fibre i deres tidligere eksperimenter ved hjælp af gnotobiotiske mus koloniseret med humane tarmmikrober. . Gnotobiotiske mus er født og opvokset under sterile forhold, så tarmmikrobernes natur kan strengt kontrolleres til videnskabelige undersøgelser.

Desuden fandt de, at snacken med kombinationen af ​​fire forskellige fibre sammenlignet med enkeltfiber- eller tofibersnacks havde en bredere effekt på mikrobiomgener, der koder for det metaboliske maskineri, der er nødvendigt for at ekstrahere næringsstoffer fra fibrene. Disse fund validerede brugen af ​​deres prækliniske modeller som en måde at fremskynde screening og udvælgelse af fibre til inkorporering i madprototyper.

Forskerne udviklede data mining-tilgange, der tillod dem at identificere statistisk signifikante ændringer i specifikke grupper af mikrobiomgener og at forbinde dem med ændringer i niveauerne af grupper af blodproteiner involveret i en bemærkelsesværdig bred vifte af fysiologiske processer, der spænder fra energimetabolisme - herunder metabolismen af ​​glukose - mod immunrespons, blodkoagulation og blodkarfunktion samt knogle- og nervecellebiologi.

”Vi blev opfordret til at se effekten af ​​disse fiber snacks på tarmmikrobiomet og menneskelig fysiologi selv i disse relativt korte undersøgelser,” siger første forfatter Omar Delannoy-Bruno, medlem af det tværfaglige team, der gennemførte dette arbejde.

”Disse pilotundersøgelser var ikke designet til at teste, om fiber snacks kunne producere betydelige langsigtede ændringer i kropsvægt eller almindeligt målte biomarkører for kardiometabolisk sundhed. Derfor skal fordelene ved disse interventioner undersøges i større, længere kliniske forsøg, ”siger medforfatter Michael J. Barratt, lektor i patologi og immunologi og administrerende direktør for Center for Gut Microbiome and Nutrition Research ved Washington University. ”Desuden blev disse små undersøgelser udført under strengt kontrollerede diætforhold. Et vigtigt næste skridt vil være at undersøge effekten af ​​fiber-snacks hos deltagere, der er fri til at spise, som de normalt ville. ”

Gordon tilføjer: ”Med en bedre forståelse af virkningen af ​​forskellige slags fibre på komponenter i mikrobiomet er vi håbefulde på, at vi kan levere en snack, som folk ønsker at spise, samtidig med at de bidrager til en sundere kost, især for dem, der ellers måske har begrænset adgang til nærende mad. ”

Undersøgelsen vises i tidsskriftet Natur.

Finansieringen til arbejdet kom fra National Institutes of Health (NIH) og fra Mondelēz International.

Gordon er modtageren af ​​en Thought Leader Award fra Agilent Technologies. Han er også medstifter af Matatu Inc., et firma, der karakteriserer rollen som diæt-for-mikrobiota-interaktioner i dyresundheden. Andre forfattere rapporterer, at de er medstiftere af Phenobiome Inc., et firma, der forfølger udvikling af beregningsværktøjer til forudsigelig fænotypeprofilering af mikrobielle samfund samt Evolve Biosystems, interVenn Bio og BCD Bioscience - virksomheder, der er involveret i karakteriseringen af ​​glycaner og udvikling kulhydrat applikationer til menneskers sundhed. Tre medforfattere er ansatte i Mondelēz International.

En patentansøgning relateret til fiber-snack-formuleringerne beskrevet i denne rapport er blevet indgivet og offentliggjort.

kilde: Washington University i St. Louis