فلور روده: از غذای کمتر انرژی بیشتری دریافت کنید

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

معاینه زنی با شکایت از اسهال مداوم و درد حاد شکم، التهاب حاد روده بزرگ ناشی از کلستریدیا را نشان داد. با توجه به مقاومت باکتری ها در برابر آنتی بیوتیک ها، به بیمار یک روش آزمایشی، اما مؤثر درمان پیشنهاد شد - پیوند میکروبیوتای دهنده (میکروفلورا روده).

پس از وارد کردن 600 میلی لیتر از یک تعلیق از مدفوع اهدا کننده به روده بیمار، عود بیماری دیگر مشاهده نشد - میکروبیوتای اهداکننده با موفقیت پاتوژن را جابجا کرد و سوله های آن را اشغال کرد. با این حال، یک سال بعد، این زن از افزایش وزن سریع به پزشک شکایت کرد، در حالی که در تمام زندگی قبل از پیوند، وزن بدن طبیعی و ثابتی داشت. از لحظه انجام عمل این افزایش 15 کیلوگرم بود و وزن کل بدن با قد 155 سانتی متر به 77 کیلوگرم رسید و با وجود تناسب اندام و رژیم غذایی، وزن بیمار خیلی زود از 80 کیلوگرم گذشت. دکتر خاطرنشان کرد که اهداکننده به طور کلی سالم دارای اضافه وزن است و امکان "آلودگی" چاقی را از طریق میکروبیوتا فراهم می کند. در نگاه اول، چنین فرض جسورانه ای پایه شواهد محکمی دارد. در این مقاله در مورد تأثیر میکروبیوتا بر هضم و اینکه چرا تنوع گونه ای آن کم می شود و یکنواختی خطر چاقی را افزایش می دهد صحبت خواهم کرد.

گلگولاها.

معرفی

احتمال به ارث بردن چاقی به 80 درصد می رسد، اما تفاوت های فردی در ژنوم هسته ای کمتر از 2 درصد از تنوع وزن بدن در جمعیت را تشکیل می دهد. علاوه بر این، ژنوم هسته ای تقریباً به طور مساوی از هر یک از والدین به کودک منتقل می شود، اما کودکان چاقی را با فرکانس قابل توجهی بالاتر از مادر خود به ارث می برند. این پدیده اغلب با تأثیر بر متابولیسم میتوکندری ها توضیح داده می شود که دارای DNA خاص خود هستند و در سر اسپرم وجود ندارند؛ بنابراین، ژنوم میتوکندری توسط جنین تنها از تخمک مادر به ارث می رسد. با این حال، نتایج یک مطالعه روی ژنوم میتوکندری موارد کمتری از توارث چاقی را توضیح می دهد. بنابراین، اگر وراثت این بیماری فقط تا حدی توسط ژنوم های هسته ای و میتوکندریایی واسطه شود، ممکن است چاقی عمدتاً از طریق سومین ژنوم انسانی - میکروبیوم (مجموعه ای از ژن های میکروبیوتا) به کودکان منتقل شود که از آن نیز به ارث رسیده است. مادر؟

وراثت و تنوع میکروبیوم

رشد داخل رحمی با عقیمی مطلق جنین همراه است که برای اولین بار میکروبیوتا را دریافت می کند و بر کانال تولد در هنگام زایمان طبیعی غلبه می کند. بنابراین، نوزادانی که به طور طبیعی متولد می شوند، میکروبیوتای متنوع تری نسبت به آنهایی که با سزارین استخراج می شوند، دارند. همچنین، مطالعات نشان داده است که کودکانی که به روش سزارین متولد می شوند، بیشتر در معرض خطر چاقی هستند. با این وجود، ترکیب میکروبیوتا در این کودکان به تدریج تحت شرایط شیردهی در حال عادی شدن است، که تسلط بیفیدوباکتری ها و لاکتوباسیل ها را تضمین می کند، که جمعیت باکتریوئیدهای فرصت طلب و کلستریدیا را سرکوب می کنند. تولد طبیعی و شیردهی ستون فقرات میکروبیوتا را تشکیل می دهد که معمولاً تا آخر عمر باقی می ماند. غنی سازی بیشتر میکروبیوتا با انواع دیگر باکتری ها به سبک زندگی بستگی دارد.

بنابراین، برای مثال، بازدید از مهدکودک یک عامل مهم و مستقل در افزایش تنوع گونه ای میکروبیوتا است. از سوی دیگر، استفاده گسترده از آنتی بیوتیک ها و ضد عفونی کننده ها و همچنین رعایت استانداردهای بهداشتی و بهداشتی دقیق، باعث کاهش نرخ تبادل میکروبیوتا بین افراد و تنوع آن می شود (در مورد تاثیر آنتی بیوتیک ها بر میکروبیوتا و بوی بد دهان اینجا را بخوانید).بنابراین، می توان در مورد وراثت پذیری و تنوع میکروبیوم صحبت کرد.

ساختار میکروبیوتا

با افزایش سن، تعداد سلول های باکتریایی روده به تدریج به 100 تریلیون می رسد که 10 برابر بیشتر از تعداد سلول های خود بدن در یک فرد بالغ است. در عین حال، به دلیل کوچک بودن باکتری ها، وزن کل میکروبیوتا تا 2 کیلوگرم می رسد و در روده بزرگ جای می گیرد.

حدود 60 درصد از محتویات رکتوم را میکروارگانیسم ها تشکیل می دهند که کلنی های آنها روی الیاف غذای گیاهی (سلولز) رشد می کنند و از آنها به عنوان غذا و اسکلت استفاده می کنند و در نتیجه یک قوام توده ای از مدفوع را تشکیل می دهند. علیرغم تعداد قابل توجهی از باکتری ها، تعامل آنها با بدن انسان مدت هاست که توسط دانشمندان به شدت در چارچوب commensalism مورد توجه قرار گرفته است، که در آن میکروارگانیسم از این رابطه سود می برد و درشت ارگانیسم نه سود و نه ضرر دریافت می کند. با این حال، با توسعه روش های ژنوتیپ، مفهوم میکروبیوتا به طور قابل توجهی تغییر کرده است.

مشخص شد که تنوع گونه ای میکروبیوتا به 300-700 گونه میکروارگانیسم می رسد و ژنوم کل آنها از 10 میلیون ژن تشکیل شده است که 300 برابر بیشتر از ژنوم انسان است. چنین جمع‌بندی ژن‌های میکروبیوم و مقایسه تعداد آن‌ها با ژن‌های موجود در انسان در اینجا فقط یک کلمه مهم نیست. بسیاری از ژن های باکتریایی از نظر عملکردی ژنوم هسته ای انسان را تکمیل می کنند، و تعامل بین گونه ای میکروارگانیسم ها به قدری نزدیک است که برخی از گونه ها به معنای واقعی کلمه نمی توانند بدون یکدیگر زندگی کنند. اکتشافات اخیر در این راستا امکان صحبت در مورد رابطه سودمند متقابل انسان و میکروبیوتا را فراهم کرد و مجموع ژن های آن را میکروبیوم یا سومین ژنوم انسان می نامند. برای روشن شدن موضوع، یک مثال خاص می زنم.

فیزیولوژی میکروبیوتا

با غذاهای گیاهی، ما پلیمرهای فروکتوز (فروکتان ها) را مصرف می کنیم که آنزیم های خود را برای تجزیه به قندهای ساده نداریم. فروکتان های درمان نشده جذب نمی شوند و تجمع آنها در روده باعث اختلالات شدید می شود و در حفره دهان توسط باکتری های پوسیدگی برای چسباندن به مینای دندان استفاده می شود. بیفیدوباکتری ها و لاکتوباسیل ها به ما کمک می کنند که دارای ژن های آنزیمی برای تقسیم فروکتان ها به لاکتات و استات هستند. این متابولیت ها شرایط اسیدی بیشتری ایجاد می کنند که تکثیر باکتری های فرصت طلب حساس به اسید و اسهال را کاهش می دهد. علاوه بر این، لاکتات و استات از انواع دیگری از میکروفلور دوستانه به عنوان منبع انرژی استفاده می کنند که بوتیرات را تولید می کنند - منبع اصلی انرژی برای سلول های اپیتلیال روده و بازدارنده نفوذ پاتوژن های داخل سلولی به آنها، و این ترکیب همچنین خطر ابتلا به بیماری را کاهش می دهد. ایجاد کولیت اولسراتیو و سرطان روده بزرگ. بنابراین، فقط چند نوع باکتری یک ماده شفابخش را از اجزای غذایی خطرناک برای بدن سنتز می کنند و با محافظت از جایگاه خود در برابر رقبا، به عنوان یک امتیاز برای شخص، رشد پاتوژن ها را در روده او سرکوب می کنند! حال تصور کنید که چگونه ده‌ها و صدها گونه از میکروارگانیسم‌ها در زنجیره‌های متابولیکی طولانی‌تر و منشعب‌تر ترکیب می‌شوند که اسیدهای آمینه ضروری، ویتامین‌ها و سایر متابولیت‌ها را تولید می‌کنند و در نتیجه هضم، ایمنی و حتی رفتار ما از جمله غذا را تعدیل می‌کنند.

میکروبیوتا و چاقی

تأثیر قابل توجه میکروبیوتا بر چاقی برای اولین بار در شرایطی که کاملاً فاقد میکروارگانیسم بود و در شرایط استریل پرورش داده شد، نشان داده شد. به طور معمول، موش های عقیم معمولاً 42٪ بافت چربی کمتری نسبت به موش های مشابه با میکرو فلور دارند. در عین حال، موش‌های نازک‌تر استریل 29 درصد بیشتر از موش‌های کامل‌تر خود با میکرو فلورا غذا مصرف می‌کنند. محققان میکرو فلورا را از موش های معمولی به موش های استریل منتقل کردند و با وجود کاهش 27 درصدی در مصرف غذا، طی دو هفته شاهد افزایش 57 درصدی بافت چربی بودند!

نویسندگان به این نتیجه رسیدند که میکرو فلورا به استخراج انرژی بیشتر از غذای کمتر کمک می کند. در عین حال، بازده انرژی هضم با میکرو فلور به قدری افزایش می‌یابد که کالری اضافی حاصله در بافت چربی ذخیره می‌شود.

نتایج به‌دست‌آمده در این مطالعه به دلیل تنوع کم گلیکوزیدازهایی است که به طور مستقل توسط بدن پستانداران سنتز می‌شوند - آنزیم‌هایی برای شکافتن پیوندها در مولکول‌های کربوهیدرات پیچیده مانند فیبر گیاهی. برای مقایسه، اگر در ژنوم ما فقط 20 ژن برای سنتز گلیکوزیدازها وجود داشته باشد، گونه باکتریوئید به تنهایی 261 نوع گلیکوزیداز را سنتز می کند و کل میکروبیوم حاوی 250000 ژن برای سنتز این آنزیم ها است. بنابراین، در غیاب میکروبیوتا، فیبر غنی از انرژی بدن را با مدفوع ترک می‌کند و کالری مورد نیاز را برآورده نمی‌کند، بنابراین موش‌های عقیم نسبت به همتایان خود با میکروفلور طبیعی بیشتر غذا می‌خورند و وزن کمتری دارند. نتایج این مطالعات ناخواسته ایده روشی برای درمان چاقی از طریق تخریب کلی میکروبیوتا با آنتی بیوتیک ها را به وجود می آورد. با این حال، تکامل مشترک انسان و میکروبیوتا تا آنجا پیش رفته است که اجرای این ایده غیرممکن است و از نظر بالینی بسیار خطرناک است.

اولا، برخلاف موش ها، ما نمی توانیم در شرایط استریل زندگی کنیم. محیط حاوی بسیاری از میکروارگانیسم های بیماری زا است که از اشغال سوله های عاری از میکرو فلور طبیعی خوشحال می شوند. به عنوان مثال، خانمی که مورد بالینی او در ابتدای مقاله آورده شده است، درست پس از درمان واژینوز باکتریایی با دوزهای بالای آنتی بیوتیک، دچار عفونت با کلستریدیا شد. ثانیاً، قبلاً اشاره کردم که بدون میکروبیوتا، ما به تنهایی قادر به تجزیه فروکتان ها نیستیم که تجمع آنها مملو از اختلالات گوارشی شدید است. و در نهایت، ثالثا، استفاده از آنتی بیوتیک ها در عمل اثر معکوس را نشان می دهد - چاقی تشدید می شود و میکروبیوتای متنوع تر و غنی تر از چاقی محافظت می کند.

آنتی بیوتیک و چاقی

از اواسط قرن گذشته، آنتی بیوتیک ها به طور گسترده در کشاورزی برای تسریع افزایش وزن دام استفاده می شود. برای این منظور آماده سازی به صورت مستمر به خوراک اضافه می شود که در نتیجه 70 درصد آنتی بیوتیک های تولید شده صرف دامپروری می شود.

اثر مثبت آنتی بیوتیک ها بر وزن بدن مدت هاست که به پیشگیری از عفونت ها نسبت داده می شود، زیرا یک حیوان سالم سریعتر وزن اضافه می کند. اما بعداً ثابت شد که این وابستگی با تغییرات در ترکیب میکروبیوتا ایجاد می شود. اثر مشابه آنتی بیوتیک ها بر وزن بدن انسان بعید تلقی می شد، زیرا آنتی بیوتیک درمانی برای مدت کوتاه و به صورت پراکنده استفاده می شود. در همین حال، 10 سال پیش در مطالعات مشخص شد که حتی یک دوره مصرف آنتی بیوتیک منجر به کاهش تنوع میکروبیوتای انسانی در عرض 4 سال می شود. یک متاآنالیز در سال 2017 از مطالعات روی تقریباً 500000 نفر نشان داد که مصرف آنتی بیوتیک در دوران نوزادی به طور قابل توجهی خطر چاقی را در سنین بالاتر افزایش می دهد و دوز آنتی بیوتیک با چاقی ارتباط مثبت دارد. بنابراین، کاهش مورد انتظار در وزن بدن در نتیجه سرکوب میکروبیوتا رخ نمی دهد، اما در آینده، برعکس، توسعه چاقی مشاهده می شود. احتمالاً آنتی بیوتیک ها که به طور انتخابی نمایندگان میکرو فلور طبیعی حساس به آنها را از بین می برند، نوعی "میکروبیوتای چاقی" را تشکیل می دهند.

مفهوم زنجیره متابولیک پیوسته و "میکروبیوتای چاقی"

یک میکروبیوتای کامل یک زنجیره متابولیک پیوسته از واکنش‌ها است که فیبر غنی از انرژی را به ترکیبات کم انرژی تجزیه می‌کند.در این مورد، هر متابولیت واسطه ای که هنوز حاوی انرژی است توسط باکتری بعدی در زنجیره متابولیک جذب می شود، که قادر به سنتز آنزیم برای تجزیه آن و جذب بخشی از انرژی خود است. متابولیت های نهایی عملکرد زنجیره متابولیک پیوسته اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه هستند که عمدتا توسط سلول های روده کاتابولیز می شوند و در بافت چربی تصعید نمی شوند و حتی برخی از آنها لیپوژنز را مهار کرده و اشتها را سرکوب می کنند. بنابراین، یک میکروبیوتای کامل تقریباً به طور کامل از انرژی فیبر استفاده می کند و میزبان را از چاقی محافظت می کند، حتی اگر از کربوهیدرات های سریع سوء استفاده کند.

برخلاف میکرو فلور طبیعی، "میکروبیوتای چاقی" به دلیل وجود گونه ها، جنس ها یا کل خانواده های باکتری ها یکنواخت است، بنابراین قادر به تشکیل یک زنجیره متابولیک مداوم نیست. از آنجایی که انواع مختلف فیبر توسط بسیاری از نمایندگان میکروبیوتا شکسته می شود، عدم وجود برخی از آنها شروع زنجیره متابولیک را مسدود نمی کند و فیبر رژیمی با خیال راحت به متابولیت های میانی تجزیه می شود. به نوبه خود، فقدان گونه های باکتریایی که به طور خاص متابولیت های میانی را تجزیه می کنند منجر به تجمع دومی در مجرای روده می شود. برخلاف فیبر، متابولیت های میانی قادر به جذب توسط بدن هستند، از جمله افزایش ذخایر بافت چربی. بنابراین، «میکروبیوتای چاقی» حاوی نوعی شکاف است که از طریق آن انرژی به بدن انسان «جریان می‌شود».

"میکروبیوتای چاقی" ادعایی توسط آزمایش‌هایی بر روی پیوند مدفوع از افراد با هیکل‌های مختلف به موش‌های عقیم تایید شده است. برای حذف سایر عوامل، میکروبیوتا برای پیوند از 8 دوقلو انتخاب شد که جفت‌های آنها در وجود و عدم وجود چاقی متفاوت بودند و موش‌هایی که میکروبیوتا را از افراد با هیکل‌های مختلف دریافت می‌کردند، جداگانه زندگی می‌کردند. میکروبیوتای مشتق شده از دوقلوهای چاق در مقایسه با میکروبیوتای متنوع‌تر دوقلوهای با بدن طبیعی، ترکیب گونه‌ای کمی داشت.

در نتیجه آزمایش، موش‌هایی که میکروبیوتای چاقی را دریافت کردند، در روز هشتم پس از پیوند، افزایش قابل توجهی در چربی بدن نشان دادند. در همان زمان، توده چربی در موش‌هایی که میکروبیوتا را از دوقلوهایی با وزن طبیعی دریافت کردند، در طول آزمایش بدون تغییرات قابل توجهی باقی ماند.

علاوه بر این، نویسندگان این مطالعه تصمیم گرفتند مسری بودن چاقی را آزمایش کنند. برای این کار، موش‌های به‌دست‌آمده در نتیجه پیوند میکروبیوتاهای مختلف، پس از 5 روز در یک قفس مشترک قرار گرفتند. کنترل وزن بدن و ترکیب بدن در دهمین روز زندگی مشترک نشان داد که موش‌هایی که میکروبیوتای چاقی دریافت کرده بودند در مرحله اول آزمایش (زندگی در انزوا) چربی کمتری نسبت به موش‌های مشابه دریافت کردند و عملاً تفاوتی با زندگی مشترک نداشتند. موش هایی که میکروبیوتا را از دوقلوهایی با هیکل طبیعی دریافت کردند. تجزیه و تحلیل میکروبیوم افزایش تنوع میکروبیوتا را در موش هایی که در ابتدا یک "میکروبیوتای چاقی" یکنواخت دریافت کردند، نشان داد. نکته مهم این است که موش‌های لاغری که در ابتدا میکروبیوتای متنوعی دریافت کرده‌اند، دچار چاقی نشدند.

تجزیه و تحلیل متابولیت ها در روده نشان داد که پس از زندگی مشترک در موش هایی که در ابتدا "میکروب چاقی" دریافت کردند، کاهش دی ساکاریدها و افزایش اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه مشاهده شد. بنابراین، مشخص شد که یک میکروبیوتای متنوع از ایجاد چاقی محافظت می کند و پیوند یا انتقال طبیعی چنین میکروبیوتا به موش های چاق منجر به عادی سازی وزن بدن می شود.

نتیجه

لازم به ذکر است که موش ها کوپروفاژ هستند، که تبادل طبیعی میکروبیوتا را بین افراد مشترک بسیار تسهیل می کند. با این حال، نتایج مطالعات بر روی میکروبیوتا و اپیدمیولوژی چاقی در انسان را می توان با تبادل میکرو فلور از طریق تعاملات اجتماعی نیز توضیح داد.در بالا، در مورد اینکه چگونه رفتن به مهدکودک تنوع میکروبیوتا را افزایش می‌دهد، صحبت کردم، اما تبادل میکرو فلورا می‌تواند از طریق سایر ارتباطات اجتماعی نیز رخ دهد و به طور بالقوه بر خطر چاقی تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، تجزیه و تحلیل سوابق پزشکی 1519 خانواده پرسنل نظامی آمریکایی این امکان را فراهم کرد که مشخص شود شاخص توده بدنی اعضای خانواده پس از انتساب به یک ایستگاه جدید در عرض 24 ماه مطابق با شاخص های جمعیت تغییر کرده است. محوطه. نویسندگان این مطالعه و 45 مطالعه مشابه دیگر نشان می‌دهند که تفاوت‌های بدن ما با فیزیک محیطی نزدیک می‌تواند ناراحتی روانی را افزایش دهد و این به نوبه خود بر رفتار خوردن و فعالیت بدنی تأثیر می‌گذارد. با این حال، تلاش برای اثبات این رابطه علی تاکنون ناموفق بوده است. در این میان تبادل میکروبیوتا از طریق محیط و تماس های مستقیم می تواند این پدیده را توضیح دهد.

در این زمینه، تجربه زندگی من نیز می تواند جالب باشد. من خودم هنوز درش هستم و ضرب المثل "نه برای غذای اسب" در مورد من است! و از زمانی که با همسرم آشنا شدم، او سال به سال شروع به کاهش وزن کرد. درست است، او هرگز چاقی نداشت، اما از ابتدای رابطه ما به طور قابل توجهی وزن کم کرد. او حتی در دوران دانشجویی به شوخی می‌گفت که من او را با کرم‌هایم آلوده کرده‌ام، اما به محض اینکه در آزمایشگاه شغلی پیدا کردم، همه چیز را بررسی کردم و چیزی از این دست پیدا نکردم. سپس، برای اولین بار، پیشنهاد کردم که موضوع ممکن است در ویژگی های میکروبیوتای من باشد که همسرم به تدریج پذیرفت. متأسفانه، مطالعه این ویژگی ها در آزمایشگاه ما غیرممکن است، بنابراین من نمونه ای از "دنیای درون" خود را برای تجزیه و تحلیل به اطلس فرستادم. در مورد نتایج تجزیه و تحلیل در مقاله بعدی خواهم نوشت که در آن به طور مفصل در مورد روش های اصلاح میکروبیوتا به منظور کاهش وزن بدن صحبت خواهم کرد (به روز رسانی: داستانی در مورد نتایج).