8 Minutės
Netikėtas jūsų žarnyne gyvenantis mikrobas — tas, kuris gamina metaną — gali pakeisti, kiek kalorijų organizmas gauna iš maisto, ypač iš maistinių skaidulų. Nauji Arizonos valstybinio universiteto (Arizona State University) tyrimai rodo, kad žmonės, kurių mikrobiomos gamina daugiau metano, iš tų pačių maistingų, daug skaidulų turinčių patiekalų gali pasisavinti daugiau energijos nei asmenys su mažesne metano produkcija.
Methane in the gut: the invisible calorie amplifier
Dažnai virškinimą suvokiame kaip vien žmogaus atliekamą procesą, tačiau didelę dalį darbo atlieka trilijonai mikroorganizmų, gyvenančių storajame žarnyne. Šie mikroorganizmai fermentuoja maistines skaidulas į trumpąsias grandines turinčias riebalų rūgštis (SGRR arba SCFA) — molekules, kurias organizmas gali panaudoti kaip energijos šaltinį. Fermentacijos metu taip pat susidaro vandenilis, kuris gali kauptis ir sulėtinti mikrobinę veiklą, jeigu kiti organizmai jo neišnaudoja.
Įžengia metanogenai: tam tikrų archaea grupė (mikrobai, artimi bakterijoms), kurie naudoja vandenilį ir tuo pat metu gamina metaną. Pats žmogaus organizmas metano negamina — tai daro tik šie mikroorganizmai — tad metano išsiskyrimas gali būti ženklas, rodantis mikrobiomą, ypač efektyviai konvertuojantį skaidulas į naudingo grynoje energiją. Tokia informacija gali atskleisti skirtumus tarp asmenų energijos balanso, mitybos efektyvumo ir svorio reguliavimo mechanizmų.
„Žmogaus kūnas pats metano negamina, tai daro tik mikrobinės bendruomenės. Todėl pasiūlėme, kad metanas gali būti biomarkeris, signalizuojantis apie efektyvų trumpųjų grandžių riebalų rūgščių gaminimą mikrobiomoje,“ aiškina Rosy Krajmalnik-Brown, ASU Biodesign Center for Health Through Microbiomes direktorė ir straipsnio bendraautorė. Ši idėja sieja mikrobiologinę funkciją su bendru energijos balansu ir suteikia signalą, kurį galima praktiškai matuoti bei toliau tirti.
How the study measured metabolism — beyond a single breath test
Ankstesniuose tyrimuose metano kiekis dažnai buvo vertinamas tik pagal kvėpavimo testus, tačiau ASU vadovaujama komanda pasirinko detalesnį požiūrį. Tyrėjai bendradarbiavo su AdventHealth Translational Research Institute ir pakvietė savanorius gyventi specialiame kambaryje-kalorimetre — uždaroje, tarsi viešbučio tipo kameroje, kuri per kelias dienas stebi metabolinį greitį ir visus išsiskiriančius dujas. Dalyviai praleido kalorimetre šešias dienas, per kurias mokslininkai nuolat registravo metano emisijas ir energijos sąnaudas.
Toks metodas fiksuoja bendrą metano išsiskyrimą — ne tik per kvėpavimą, bet ir per kitus išskyrimo kelius — ir tiesiogiai susieja jį su metaboliniais matavimais bei išmatų ir kraujo analizėmis. Papildomi mėginiai leido komandai nustatyti SGRR koncentracijas (pvz., acetatas, propionatas, butiratas) ir žemėlapiu nustatyti, kurios mikrobų rūšys buvo aktyvios skirtingų dietų metu. Ši daugiaplanė analizė suteikia gilų supratimą apie procesus, vykstančius žarnyno ekosistemoje ir jų ryšį su energijos įsisavinimu.
Two diets, different responses
Visi tyrimo dalyviai eksperimentu metu vartojo dvi kontroliuojamas dietas: mažai skaidulų turinčią, daug apdoroto maisto turinčią dietą ir daug skaidulų turinčią, natūralių produktų (whole-foods) dietą. Abu meniu buvo suderinti pagal makroelementų proporcijas (angliavandeniai, baltymai, riebalai), tad skirtumai energijos pasisavinime buvo siejami su tuo, kaip žarnyno mikrobioma apdoroja skaidulas, o ne vien tiktai su kalorijų kompozicija.
Ant daug skaidulų turinčios dietos beveik visi dalyviai įsisavino mažiau kalorijų nei ant apdoroto maisto dieto. Tačiau atradimas buvo toks: asmenys, kurių mikrobiomos gamino didesnius metano kiekius, iš daug skaidulų turinčios dietos pasisavino daugiau kalorijų nei dalyviai su mažesniu metano išsiskyrimu. Trumpai tariant, metanogenai turinčios mikrobiomos atrodė efektyvesnės paverčiant skaidulas į įsisavinamą energiją.
Šis efektas gali būti paaiškinamas fermentacijos biocheminėmis grandinėmis: metanogenai sumažina vandenilio koncentraciją, kas leidžia kitiems fermentuojantiems mikroorganizmams efektyviau tęsti skaidulų skaidymo procesus, taip išgaunant daugiau trumpųjų grandžių riebalų rūgščių ir galiausiai daugiau energijos šeimininkui. Tai turi aiškių pasekmių mitybos tyrimams, kur individualūs skirtumai mikrobiome lemia skirtingą metabolinį atsaką į tą pačią mitybą.
„Tas skirtumas turi reikšmingų pasekmių dietos intervencijoms. Jis parodo, kad žmonės, laikantys tą pačią dietą, gali reaguoti skirtingai. Dalį to lemia jų žarnyno mikrobiomos sudėtis,“ paaiškina Blake Dirks, pagrindinis autorius ir magistrantas ASU Biodesign Centre, taip pat doktorantas Gyvybės mokslų mokykloje. Tyrimo metu stebėti skirtumai atveria kelią individualizuotos mitybos sprendimams.
Why this matters for nutrition and weight
Šie rezultatai nereiškia, kad skaidulos yra blogai. Apskritai daug skaidulų turinti mityba vis tiek lėmė mažesnį įsisavintų kalorijų kiekį, palyginti su apdoroto maisto dieto grupe. Svarbiausia išvada — tiksli kalorijų dalis, kurią „išgelbsti“ organizmas iš skaidulų, priklauso nuo žmogaus mikrobų bendruomenės. Ši kintamumo dalis gali paaiškinti, kodėl du žmonės, valgantys identiškas daug skaidulų turinčias vakarienes, galų gale turi skirtingą energetinį balansą, jei atsižvelgsime į storosios žarnos fermentaciją.
Supratimas apie metano vaidmenį galėtų padėti asmeninei mitybai: ateityje gydytojai ir mitybos specialistai galėtų pritaikyti dietas atsižvelgdami į tai, ar paciento žarnyne dominuoja metanogenai, kurie skatina papildomą energijos išgavimą. Tyrėjų komanda taip pat pabrėžia potencialą svorio mažinimo strategijose ir metabolinės sveikatos valdyme, ypač jeigu būsimi tyrimai nagrinės žmones su nutukimu ar cukriniu diabetu.
Praktiniai taikymai galėtų apimti biožymenų testavimą prieš dietos rekomendacijas, ilgalaikio mikrobiomos stebėjimo modelius ir mitybos programų adaptaciją pagal mikrobiominį profilį. Tai atveria galimybę labiau tikslinti rekomendacijas pacientams, kuriems reikalingas svorio reguliavimas ar metabolinio sveikatingumo gerinimas.
Inside the lab: collaboration and data
Tyrimas sujungė mikrobinės ekologijos žinias, klinikinę translacijų mokslą ir tikslų energijos balanso matavimą. Karen D. Corbin, AdventHealth instituto bendraautė ir asocijuota tyrėja, pabrėžė tarpdisciplininio darbo privalumus: „Tikslūs energijos balanso matavimai atliekami viso kambario kalorimetrijos metodu, kartu su ASU mikrobinės ekologijos patirtimi, padarė šias pagrindines inovacijas įmanomas.“
Kraujo ir išmatų analizės parodė, kad didesnė metano gamyba koreliuoja su padidėjusiu SGRR gamybos ir absorbcijos lygiu — biocheminis įrodymas, kad metanogenai padeda palaikyti fermentaciją, pašalindami perteklinį vandenilį. Šis tarpusavio sąveikos mechanizmas, nuo vandenilio konversijos iki SGRR sintezės ir absorbcijos, panaudojamas širdies ir kraujagyslių sistemos, energijos tiekimo bei žarnyno sveikatos kontekstuose kaip potencialiai svarbus reguliavimo taškas.
Be to, mokslininkai atkreipia dėmesį į konkrečias SGRR rūšis — acetatą, propionatą ir butiratą — kurios skirtingai veikia šeimininko metabolizmą: acetatas gali būti periferinė energijos šaltinis, propionatas dalyvauja glukozės metabolizme, o butiratas yra svarbus storosios žarnos epitelio sveikatai. Metanogenų buvimas gali didinti bendrą jų gamybą ir taip moduliuoti šeimininko energijos balansą bei žarnyno fiziologiją.
Implications and open questions
Šis tyrimas yra ankstyvas žingsnis mikrobiomos profilių integravimo į mitybos patarimus link. Svarbūs klausimai lieka atviri: kiek stabilios yra asmenų metano gaminančios bendruomenės per laiką? Ar dieta, probiotikai, prebiotikai, antibiotikai ar kitos intervencijos gali reikšmingai pakeisti metanogenų lygį ir jų funkcionalumą? Kaip šios dinamikos skiriasi žmonėms, turintiems metabolinių ligų, tokių kaip nutukimas ar 2 tipo cukrinis diabetas?
Tyrimo dalyviai buvo apskritai sveiki, o eksperimentas nebuvo skirtas svorio mažinimui, nors keli dalyviai ant daug skaidulų turėjusios dietos šiek tiek numetė svorio. Tyrėjų komanda planuoja tolesnius tyrimus, skirtus tikslinėms dietoms, kurios būtų skirtos svorio korekcijai, ir populiacijoms su metabolinėmis būklėmis. Būtina ištirti, ar tokių populiacijų atsakymai į mitybos koregavimą, atsižvelgiant į mikrobiomos profilį, bus panašūs ar skirsis pagal ligos stadiją ar kitus veiksnius.
Be to, reikia išaiškinti etinius, praktinius ir klinikinius aspektus: kaip saugiai modifikuoti mikrobiomą, kokie būtų ilgalaikiai padariniai ir kaip užtikrinti prieigą prie personalizuotų mitybos sprendimų plačiajai visuomenei. Šie klausimai reikalauja ne tik papildomų empirinių tyrimų, bet ir tarpdisciplininio požiūrio, apimančio imunologiją, metabolizmą, klinikinę praktiką ir sveikatos politiką.
Expert Insight
„Šis darbas parodo subtilų, tačiau svarbų mechanizmą, kuriuo mikrobai veikia žmogaus metabolizmą,“ sako dr. Elena Moreno, hipotetinė, tačiau realistinė gastroenterologė ir mikrobiomos tyrėja. „Kartais mes per daug supaprastiname skaidulų vaidmenį kaip vienareikšmiškai mažai kaloringą; realybė yra sudėtingesnė. Mikrobų partneriai lemia, kiek iš tų skaidulų virsta į panaudojamą energiją. Suvokdami šią kintamybę, galime padaryti mitybos rekomendacijas efektyvesnes ir labiau pritaikytas individualioms reikmėms.“
Tyrimas pateikia metaną ne kaip vien tik smalsumo objektą, bet kaip matuojamą biomarkerį, kuris sujungia mikrobinę ekologiją su žmogaus energijos balansu. Šis ryšys atveria naujus kelius personalizuotos dietos kūrimui ir metabolinių tyrimų plėtrai — tai perspektyvi sritis gydytojams, mitybos specialistams ir mikrobiomos mokslininkams, norintiems gilesnio supratimo apie žmogaus ir mikrobiomos sąveikas.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą