Flora e zorrëve: merrni më shumë energji nga më pak ushqim

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-16 16:16

Ekzaminimi i një gruaje me ankesa për diarre të vazhdueshme dhe dhimbje akute të barkut zbuloi inflamacion akut të zorrës së trashë të shkaktuar nga Clostridia. Duke pasur parasysh rezistencën e baktereve ndaj antibiotikëve, pacientit iu ofrua një metodë eksperimentale, por efektive e terapisë - transplantimi i mikrobiotës së donatorëve (mikroflora e zorrëve).

Pas futjes së 600 ml të një pezullimi të feçeve të donatorëve në zorrët e pacientit, nuk u vërejtën më relapsa të sëmundjes - mikrobiota e dhuruesit zhvendosi me sukses patogjenin dhe pushtoi kamat e tij. Megjithatë, një vit më vonë, gruaja u ankua te mjeku për shtimin e shpejtë të peshës, ndërsa gjatë gjithë jetës së saj para transplantimit ajo kishte një peshë trupore normale dhe të qëndrueshme. Nga momenti i procedurës, rritja ishte 15 kg, dhe pesha totale e trupit arriti në 77 kg me lartësi 155 cm. Pavarësisht fitnesit dhe dietës, pesha e pacientit shpejt kaloi 80 kg. Mjeku vuri në dukje se një dhurues përgjithësisht i shëndetshëm është gjithashtu mbipeshë dhe lejoi mundësinë e "kontaminimit" të obezitetit përmes mikrobiotës. Në shikim të parë, një supozim i tillë i guximshëm ka një bazë të fortë provash. Në këtë artikull, unë do të flas për efektin e mikrobiotës në tretje dhe pse diversiteti i specieve të saj zvogëlohet, dhe uniformiteti rrit rrezikun e obezitetit.

glagola.

Prezantimi

Probabiliteti për të trashëguar obezitetin arrin në 80%, por dallimet individuale në gjenomën bërthamore përbëjnë më pak se 2% të ndryshueshmërisë së peshës trupore në popullatë. Përveç kësaj, gjenomi bërthamor i transmetohet fëmijës pothuajse në mënyrë të barabartë nga secili prind, por fëmijët trashëgojnë obezitetin me një frekuencë dukshëm më të lartë nga nënat e tyre. Ky fenomen shpesh shpjegohet me ndikimin në metabolizmin e mitokondrive, të cilat kanë ADN-në e tyre dhe që mungojnë në kokën e spermës, prandaj gjenomi mitokondrial trashëgohet nga embrioni vetëm nga veza e nënës. Megjithatë, rezultatet e një studimi të gjenomit mitokondrial shpjegojnë edhe më pak raste të trashëgimisë së obezitetit. Kështu, nëse trashëgimia e kësaj sëmundjeje ndërmjetësohet vetëm pjesërisht nga gjenomi bërthamor dhe mitokondrial, atëherë ndoshta obeziteti u transmetohet fëmijëve kryesisht përmes gjenomit të tretë njerëzor - mikrobiomës (një grup gjenesh të mikrobiotës), i cili gjithashtu është i trashëguar nga mamaja?

Trashëgimia dhe ndryshueshmëria e mikrobiomit

Zhvillimi intrauterin shoqërohet me sterilitet absolut të fetusit, i cili për herë të parë merr mikrobiotë, duke kapërcyer kanalin e lindjes gjatë lindjes natyrale. Prandaj, foshnjat e lindura në mënyrë natyrale kanë një mikrobiotë më të larmishme sesa ato të nxjerra me prerje cezariane. Gjithashtu, studimet kanë treguar se fëmijët e lindur me prerje cezariane kanë një rrezik më të madh për obezitet. Megjithatë, përbërja e mikrobiotës tek këta fëmijë po normalizohet gradualisht në kushtet e ushqyerjes me gji, gjë që siguron mbizotërimin e bifidobaktereve dhe laktobacileve, të cilët shtypin popullatat e bakteroideve oportune dhe klostrideve. Lindja natyrale dhe ushqyerja me gji formojnë shtyllën kurrizore të mikrobiotës, e cila zakonisht zgjat gjithë jetën. Pasurimi i mëtejshëm i mikrobiotës me lloje të tjera bakteresh varet nga mënyra e jetesës.

Kështu, për shembull, vizita në kopshtin e fëmijëve është një faktor i rëndësishëm dhe i pavarur në rritjen e diversitetit të specieve të mikrobiotës. Nga ana tjetër, përdorimi i gjerë i antibiotikëve dhe antiseptikëve, si dhe standardet strikte sanitare dhe higjienike, zvogëlojnë kursin e këmbimit të mikrobiotës midis njerëzve dhe diversitetin e saj (lexoni më shumë për efektin e antibiotikëve në mikrobiotën dhe erën e keqe të gojës këtu). Kështu, mund të flasim për trashëgiminë dhe ndryshueshmërinë e mikrobiomës.

Struktura e mikrobiotës

Me kalimin e moshës, numri i qelizave bakteriale në zorrë gradualisht arrin në 100 trilion, që e tejkalon numrin e qelizave të trupit tek një i rritur me 10 herë. Në të njëjtën kohë, për shkak të madhësisë së vogël të baktereve, e gjithë mikrobiota peshon deri në 2 kg dhe futet në zorrën e trashë.

Rreth 60% e përmbajtjes së rektumit janë mikroorganizma, kolonitë e të cilave rriten në fibrat e ushqimit bimor (celulozë), duke i përdorur ato si ushqim dhe një skelet, duke formuar kështu një konsistencë të trashë të feces. Pavarësisht numrit të konsiderueshëm të baktereve, ndërveprimi i tyre me trupin e njeriut është konsideruar prej kohësh nga shkencëtarët në mënyrë rigoroze brenda kornizës së komensalizmit, në të cilin mikroorganizmi përfiton nga marrëdhënia, dhe makroorganizmi nuk merr as përfitim as dëm. Megjithatë, me zhvillimin e metodave të gjenotipizimit, koncepti i mikrobiotës ka ndryshuar ndjeshëm.

U zbulua se diversiteti i specieve të mikrobiotës arrin në 300-700 lloje mikroorganizmash, dhe gjenomi i tyre total përbëhet nga 10 milionë gjene, që është 300 herë më i madh se gjenomi i njeriut. Një përmbledhje e tillë e gjeneve të mikrobiomës dhe një krahasim i numrit të tyre me atë te njerëzit nuk është vetëm një fjalë kyçe këtu. Shumë gjene bakteriale plotësojnë funksionalisht gjenomën bërthamore të njeriut dhe ndërveprimi ndërspecial i mikroorganizmave është aq i afërt sa disa specie fjalë për fjalë nuk mund të jetojnë pa njëri-tjetrin. Zbulimet e fundit në këtë drejtim bënë të mundur që të flitet për marrëdhëniet reciproke të dobishme midis njeriut dhe mikrobiotës, dhe tërësia e gjeneve të saj quhet mikrobioma ose gjenomi i tretë i njeriut. Për ta ilustruar, do të jap një shembull specifik.

Fiziologjia e mikrobiotës

Me ushqimet bimore, ne konsumojmë polimere të fruktozës (fruktane), të cilat nuk i kemi enzimat tona për t'i zbërthyer në sheqerna të thjeshta. Fruktanet e patrajtuara nuk përthithen dhe grumbullimi i tyre në zorrë shkakton çrregullime të rënda dhe në zgavrën e gojës përdoren nga bakteret karies për t'u ngjitur në smaltin e dhëmbëve. Ne ndihmohemi nga bifidobakteret dhe laktobacilet, të cilët kanë gjene enzimë për ndarjen e fruktaneve në laktat dhe acetat. Këta metabolitë krijojnë kushte më acidike që reduktojnë përhapjen e baktereve oportuniste të ndjeshme ndaj acidit dhe që shkaktojnë diarre. Përveç kësaj, laktat dhe acetati përdorin lloje të tjera të mikroflorës miqësore si burim energjie, të cilat prodhojnë butiratin - burimi kryesor i energjisë për qelizat epiteliale të zorrëve dhe një frenues i depërtimit të patogjenëve ndërqelizor në to, dhe ky përbërës gjithashtu zvogëlon rrezikun e zhvillimi i kolitit ulceroz dhe kancerit të zorrës së trashë. Pra, vetëm disa lloje bakteresh sintetizojnë një substancë shëruese nga përbërësit e ushqimit të rrezikshëm për trupin, dhe, duke mbrojtur vendin e tyre nga konkurrentët, si një bonus për një person, shtypin rritjen e patogjenëve në zorrët e tij! Tani imagjinoni se si dhjetëra e qindra lloje mikroorganizmash kombinohen në zinxhirë metabolikë më të gjatë dhe më të degëzuar që prodhojnë aminoacide thelbësore, vitamina dhe metabolitë të tjerë, duke modifikuar kështu tretjen, imunitetin dhe madje edhe sjelljen tonë, duke përfshirë ushqimin.

Mikrobiota dhe obeziteti

Efekti i rëndësishëm i mikrobiotës në obezitet u demonstrua për herë të parë në mungesë të mikroorganizmave dhe u rrit në kushte sterile. Në mënyrë tipike, minjtë steril zakonisht kanë 42% më pak ind dhjamor se minjtë e krahasueshëm me mikroflora. Në të njëjtën kohë, minjtë sterilë më të hollë konsumojnë 29% më shumë ushqim se sa homologët e tyre më të plotë me mikroflora. Studiuesit transferuan mikroflora nga minjtë normalë tek minjtë sterilë dhe vunë re një rritje prej 57% të indit dhjamor brenda dy javësh, pavarësisht një rënie prej 27% në marrjen e ushqimit!

Autorët arritën në përfundimin se mikroflora ndihmon në nxjerrjen e më shumë energjisë nga më pak ushqim. Në të njëjtën kohë, efikasiteti energjetik i tretjes me mikroflora rritet aq shumë sa që teprica e kalorive që rezulton ruhet në indin dhjamor.

Rezultatet e marra në këtë studim janë për shkak të shumëllojshmërisë së ulët të glikozidazave të sintetizuara në mënyrë të pavarur nga trupi i gjitarëve - enzima për ndarjen e lidhjeve në molekulat komplekse të karbohidrateve si fibrat bimore. Për krahasim, nëse në gjenomin tonë ka vetëm 20 gjene për sintezën e glikozidazave, atëherë specia bakterioid vetëm sintetizon 261 lloje glikozidazash dhe i gjithë mikrobioma përmban 250.000 gjene për sintezën e këtyre enzimave. Kështu, në mungesë të mikrobiotës, fibrat e pasura me energji e lënë trupin me feces, duke mos plotësuar nevojat për kalori, kështu që minjtë steril hanë më shumë dhe peshojnë më pak se homologët e tyre me mikroflora normale. Rezultatet e këtyre studimeve lindin padashur idenë e një metode për trajtimin e obezitetit me shkatërrimin total të mikrobiotës me antibiotikë. Megjithatë, bashkëevolucioni i njerëzve dhe mikrobiotës ka shkuar aq larg sa zbatimi i kësaj ideje është i pamundur dhe nga pikëpamja klinike është shumë i rrezikshëm.

Së pari, ndryshe nga minjtë, ne nuk mund të përballojmë të jetojmë në kushte sterile. Mjedisi përmban shumë mikroorganizma patogjenë që do të jenë të lumtur të zënë kamare të lira nga mikroflora natyrore. Për shembull, një grua, rasti klinik i së cilës është dhënë në fillim të artikullit, mori një infeksion me Clostridia menjëherë pasi u trajtua për vaginozë bakteriale me doza të larta antibiotikësh. Së dyti, unë përmenda tashmë se pa mikrobiotë, ne nuk jemi në gjendje të zbërthejmë vetë fruktanet, akumulimi i të cilave është i mbushur me çrregullime të rënda të tretjes. Dhe së fundi, së treti, përdorimi i antibiotikëve në praktikë tregon efektin e kundërt - mbipesha përkeqësohet, dhe një mikrobiotë më e larmishme dhe e pasur në përbërje mbron nga obeziteti.

Antibiotikët dhe obeziteti

Që nga mesi i shekullit të kaluar, antibiotikët janë përdorur gjerësisht në bujqësi për të përshpejtuar shtimin e peshës së bagëtive. Për këtë qëllim, preparatet i shtohen ushqimit në mënyrë të vazhdueshme, si rezultat i të cilave 70% e antibiotikëve të prodhuar shpenzohen në blegtori.

Efekti pozitiv i antibiotikëve në peshën trupore i atribuohet prej kohësh parandalimit të infeksioneve, sepse një kafshë e shëndetshme fiton peshë më shpejt. Por më vonë u vërtetua se kjo varësi ndërmjetësohet nga ndryshimet në përbërjen e mikrobiotës. Një efekt i ngjashëm i antibiotikëve në peshën e trupit të njeriut u konsiderua i pamundur, pasi terapia me antibiotikë përdoret për një kohë të shkurtër dhe në mënyrë sporadike. Ndërkohë, 10 vite më parë në studime u konstatua se edhe një kurs i vetëm i antibiotikëve çon në një ulje të diversitetit të mikrobiotës së njeriut brenda 4 viteve. Një meta-analizë e vitit 2017 e studimeve mbi gati 500,000 njerëz zbuloi se përdorimi i antibiotikëve në foshnjëri rriti ndjeshëm rrezikun e obezitetit më vonë në jetë, me dozën e antibiotikut që lidhet pozitivisht me obezitetin. Kështu, rënia e pritshme e peshës trupore si rezultat i shtypjes së mikrobiotës nuk ndodh, por në të ardhmen, përkundrazi, vërehet zhvillimi i obezitetit. Me sa duket, antibiotikët, duke shkatërruar në mënyrë selektive përfaqësuesit e mikroflorës normale të ndjeshme ndaj tyre, formojnë një lloj "mikrobiotë obeziteti".

Koncepti i zinxhirit të vazhdueshëm metabolik dhe "mikrobiota e obezitetit"

Një mikrobiotë e plotë është një zinxhir i vazhdueshëm metabolik i reaksioneve që zbërthen fibrat e pasura me energji në komponime me energji të varfër. Në këtë rast, çdo metabolit i ndërmjetëm që ende përmban energji, asimilohet nga bakteri tjetër në zinxhirin metabolik, i aftë të sintetizojë enzimat për zbërthimin e tij, duke thithur pjesën e tij të energjisë. Metabolitët përfundimtarë të funksionimit të zinxhirit të vazhdueshëm metabolik janë acidet yndyrore me zinxhir të shkurtër, të cilët kryesisht katabolizohen nga qelizat e zorrëve dhe nuk sublimohen në indin dhjamor, madje disa prej tyre pengojnë lipogjenezën dhe shtypin oreksin. Kështu, një mikrobiotë e plotë përdor pothuajse plotësisht energjinë e fibrave dhe mbron bujtësin nga mbipesha, edhe nëse ai abuzon me karbohidratet e shpejta.

Ndryshe nga mikroflora normale, "mikrobiota e obezitetit" është monotone për shkak të specieve, gjinive ose familjeve të tëra të baktereve që mungojnë, prandaj nuk është në gjendje të formojë një zinxhir të vazhdueshëm metabolik. Meqenëse lloje të ndryshme të fibrave ndahen nga shumë përfaqësues të mikrobiotës, mungesa e disa prej tyre nuk bllokon fillimin e zinxhirit metabolik dhe fibra dietike ndahet në mënyrë të sigurt në metabolitë të ndërmjetëm. Nga ana tjetër, mungesa e specieve bakteriale që zbërthejnë në mënyrë specifike metabolitët e ndërmjetëm çon në akumulimin e këtyre të fundit në lumenin e zorrëve. Ndryshe nga fibra, metabolitët e ndërmjetëm janë në gjendje të përthithen nga trupi, duke përfshirë rritjen e rezervave të indit dhjamor. Kështu, “mikrobiota e obezitetit” përmban një lloj boshllëqesh përmes të cilave energjia “rrjedh” në trupin e njeriut.

"Mikrobiota e mbipeshes" e supozuar është mbështetur nga eksperimentet mbi transplantimin e feçeve nga njerëz me fizikë të ndryshëm tek minjtë sterilë. Për të përjashtuar faktorë të tjerë, mikrobiota për transplantim u rekrutua nga 8 binjakë, çiftet e të cilëve ndryshonin në praninë dhe mungesën e obezitetit, dhe minjtë, të cilët morën mikrobiotë nga njerëz me fizikë të ndryshëm, jetonin të ndarë. Mikrobiota që rrjedh nga binjakët obezë kishte një përbërje të rrallë të specieve në krahasim me mikrobiotat më të ndryshme të binjakëve me trup normal.

Si rezultat i eksperimentit, minjtë që morën "mikrobiotën e obezitetit" treguan një rritje të konsiderueshme të yndyrës së trupit tashmë në ditën e 8-të pas transplantimit. Në të njëjtën kohë, masa e yndyrës tek minjtë që morën mikrobiotë nga binjakët me peshë trupore normale mbeti pa ndryshime të rëndësishme gjatë gjithë eksperimentit.

Përveç kësaj, autorët e këtij studimi vendosën të testojnë ngjitshmërinë e obezitetit. Për këtë, minjtë e marrë si rezultat i transplantimit të mikrobiotave të ndryshme u vendosën në një kafaz të përbashkët pas 5 ditësh. Kontrolli i peshës trupore dhe përbërjes trupore në ditën e 10-të të bashkëjetesës tregoi se minjtë që morën "mikrobiota e obezitetit" fituan më pak yndyrë se minjtë e ngjashëm në pjesën e parë të eksperimentit (që jetonin në izolim) dhe praktikisht nuk ndryshonin nga bashkëjetesa. minjtë që morën mikrobiotë nga binjakët me një fizik normal. Analiza e mikrobiomave tregoi një rritje të diversitetit të mikrobiotës tek minjtë që fillimisht morën një "mikrobiotë obeziteti" uniforme. E rëndësishmja, minjtë e dobët që fillimisht morën një mikrobiotë të larmishme nuk u prekën nga obeziteti nga bashkëjetuesit e tyre.

Analiza e metabolitëve në zorrë tregoi se pas bashkëjetesës te minjtë që morën fillimisht "mikrobiota e obezitetit", pati një ulje të disakarideve dhe një rritje të acideve yndyrore me zinxhir të shkurtër. Kështu, u zbulua se një mikrobiotë e larmishme mbron nga zhvillimi i obezitetit, dhe transplantimi ose transferimi natyror i një mikrobiotë të tillë te minjtë obezë çon në një normalizim të peshës trupore.

konkluzioni

Duhet theksuar se minjtë janë koprofagë, gjë që lehtëson shumë shkëmbimin natyral të mikrobiotës ndërmjet bashkëjetuesve. Megjithatë, rezultatet e studimeve mbi mikrobiotën dhe epidemiologjinë e obezitetit te njerëzit mund të shpjegohen edhe me shkëmbimin e mikroflorës nëpërmjet ndërveprimeve sociale. Më lart fola sesi shkuarja në kopsht rrit diversitetin e mikrobiotës, por shkëmbimi i mikroflorës mund të ndodhë edhe nëpërmjet lidhjeve të tjera sociale dhe potencialisht të ndikojë në rrezikun e obezitetit. Për shembull, një analizë e të dhënave mjekësore të 1519 familjeve të personelit ushtarak amerikan bëri të mundur që të vërtetohej se indeksi i masës trupore të anëtarëve të familjes pasi u caktuan në një stacion të ri shërbimi brenda 24 muajve ndryshoi në përputhje me treguesit e popullsisë së zonë. Autorët e këtij dhe 45 studimeve të tjera të ngjashme sugjerojnë se ndryshimet në fizikun tonë nga ai i mjedisit të afërt mund të rrisin shqetësimin psikologjik dhe kjo, nga ana tjetër, ndikon në sjelljen e të ngrënit dhe aktivitetin fizik. Megjithatë, përpjekjet për të vërtetuar këtë marrëdhënie shkakësore deri më tani kanë qenë të pasuksesshme. Ndërkohë, shkëmbimi i mikrobiotës përmes mjedisit dhe kontakteve të drejtpërdrejta mund të shpjegojë këtë fenomen.

Në këtë kontekst, edhe përvoja ime e jetës mund të jetë interesante. Unë vetë jam ende i thatë dhe thënia "jo për kuaj kuaj" është për mua! Dhe që kur takova gruan time, ajo filloi të humbiste peshë nga viti në vit. Vërtetë, ajo kurrë nuk kishte obezitet, por që nga fillimi i marrëdhënies sonë ajo humbi peshë dukshëm. Edhe si studente, ajo bënte shaka se e infektova me krimbat e mi, por sapo gjeta një punë në laborator, kontrollova gjithçka dhe nuk gjeta asgjë të tillë. Pastaj, për herë të parë, sugjerova që çështja mund të ishte në veçantitë e mikrobiotës sime, të cilën gruaja ime e adoptoi gradualisht. Fatkeqësisht, është e pamundur të studiohen këto karakteristika në laboratorin tonë, kështu që dërgova një mostër të "botës time të brendshme" në Atlas për analizë. Për rezultatet e analizës do të shkruaj në artikullin tjetër, në të cilin do të flas në detaje për metodat e korrigjimit të mikrobiotës për të ulur peshën e trupit (upd: një histori për rezultatet).