Микробиом кишечника включает в себя все гены, содержащиеся в 100 триллионах микробов, населяющих поверхность пищеварительной системы человека. В основном это комменсалы с некоторыми потенциальными или условно-патогенными микроорганизмами.
Изображение предоставлено: ART-ur/Shutterstock
Диета играет огромную роль в составе микробиома, который значительно различается между вегетарианскими и преимущественно мясоедными сообществами и отдельными людьми. Западная диета вызывает сдвиг в профиле кишечного микробиома (GMB) по сравнению, например, с аграрными сообществами в Африке.
Такие изменения приводят к изменениям метаболизма хозяина и путей иммунного ответа, что в конечном итоге влияет на здоровье человека. Известно, что GMB участвует в патогенезе множества заболеваний, включая ожирение, диабет 2 типа, сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) и рак, помимо воспалительного заболевания кишечника.
В GMB человека преобладают Firmicutes и Bacteroidetes . Первые грамположительны, вторые грамотрицательны. Существуют различные энтеротипы или категории микробиоты, каждая из которых обогащена определенными родами бактерий. Они определяются на основе соотношения определенных родов или относительного обилия полезных бактерий к факультативным анаэробам.
Три энтеротипа характеризуются:
- Высокое соотношение Bacteroides к Prevotella — западная диета
- Высокое соотношение Prevotella и Bacteroides — растительная диета
- Небольшое увеличение Firmicutes , особенно Ruminococcus — длительное потребление фруктов и овощей, увеличение при синдроме раздраженного кишечника (СРК)
Некоторые важные функции GMB включают биосинтез витаминов и незаменимых аминокислот, а также ключевых метаболитов из непереваренных пищевых факторов человека. К ним относятся жирные кислоты с короткой цепью (SCFAs), такие как ацетат, бутират и пропионат, которые являются ключевыми источниками энергии для кишечного эпителия, сохраняя слизистый барьер.
GMB также способствует местному иммунитету на слизистой оболочке кишечника посредством их взаимодействия с Toll-подобными рецепторами (TLR), Т-клетками, антигенпрезентирующими клетками и лимфоидными фолликулами. Они также стимулируют продукцию Т-клеток CD4 в селезенке и усиливают выработку системных антител.
Диетические изменения и GMB
Серьезное изменение диеты приводит к значительному изменению состава GMB всего за день. Однако после отмены новой диеты картина возвращается в течение 48 часов.
Повышенное содержание жира или сахара в рационе, как правило, нарушает циркадные ритмы. Опять же, серьезное системное воспаление или стресс могут привести к острым изменениям в течение 24 часов.
В долгосрочной перспективе у иммигрантов в США риск ожирения в четыре раза выше, что связано со снижением соотношения Prevotella (разлагающих волокна) и Bacteroides в 10 раз. Это изменение находится в прямой зависимости от продолжительности жизни после иммиграции.
Кредит изображения: Виктория Сергеева/Shutterstock
Белок и ГМБ
Повышенное потребление белка связано с более высоким микробным разнообразием. Потребление растительного и легкого животного белка, такого как бобовые и сыворотка, приводит к увеличению количества комменсалов, таких как Bifidobacterium (производящие бутират) и Lactobacillus . Кроме того, сыворотка снижает количество патогенов, таких как Bacteroides fragilis и Clostridium perfringens , а бобовые способствуют выработке SCFAs.
При большом количестве говядины или другого животного белка в рационе GMB обогащен анаэробными бактериями, такими как Bacteroides , Alistipes, Bilophila и Clostridia , но меньшим количеством Bifidobacterium Teenis , по сравнению со строгими вегетарианцами.
При диете с высоким содержанием белка и низким содержанием углеводов Roseburia и Eubacterium rectale находятся на низком уровне. Низкий уровень E. rectal был обнаружен у пациентов с воспалительным заболеванием кишечника (ВЗК). Эти результаты могут объяснить связь потребления животного белка в больших количествах с повышенным риском ВЗК.
Риск сердечно-сосудистых заболеваний также увеличивается из-за атерогенной молекулы триметиламин-N-оксида (ТМАО), которая коррелирует с несколькими типами бактерий, обнаруженных в больших количествах у мясоедов.
Жиры и микробиом
Западные диеты, как правило, содержат много насыщенных и транс-жиров, но диеты, полезные для сердца, содержат мало обоих, но содержат моно-и полиненасыщенные жиры. Высокое содержание жира в пище связано с большим количеством анаэробов и бактероидов, клостридий и энтеробактерий, что приводит к большему производству пропионата и ацетата, но меньшему количеству лактобацилл кишечника. Последнее отрицательно связано с увеличением веса у крыс.
Насыщенные жиры связаны с более высоким содержанием Faecalibacterium prausnitzii . И наоборот, диета с низким содержанием жиров увеличивает количество бифидобактерий, вызывая снижение уровня глюкозы натощак и общего холестерина. Эти связанные с жиром изменения также связаны с метаболическим воспалением и чувствительностью к инсулину.
Углеводы и микробиота
Усваиваемые сахара и крахмалы расщепляются под действием ферментов в тонкой кишке, повышая уровень глюкозы в крови и, таким образом, увеличивая высвобождение инсулина. Финики, богатые глюкозой, фруктозой и сахарозой, увеличивают долю бифидобактерий, но снижают долю бактероидов. Добавление лактозы также вызывает снижение количества клостридий при увеличении содержания SCFAs.
Диеты с высоким содержанием углеводов связаны с увеличением количества дрожжей Candida albicans и метаногена Methanobrevibacter . Воздержание от молочных продуктов, алкоголя, вяленого и жирного мяса, а также простых крахмалов и сахаров привело к излечению чрезмерного роста Candida у 85% пациентов, получавших нистатин, и только у 42% пациентов, получавших только нистатин.
Таким образом, лактоза благотворно влияет на GMB. Напротив, искусственные подсластители вызывают непереносимость глюкозы в большей степени, чем натуральные сахара, а именно глюкоза и сахароза, через кишечный дисбиоз, что вызывает вопросы об их использовании.
Было предложено, чтобы диета FODMAP (ферментируемые олигосахариды, дисахариды, моносахариды и полиолы) помогла улучшить GMB и облегчить симптомы СРК. Его трудно поддерживать в течение длительного времени из-за жестких ограничений на несколько растительных продуктов. И наоборот, специфическая углеводная диета (SCD) существует уже более ста лет.
Неперевариваемые углеводы, содержащиеся в сое, цельной пшенице и сыром овсе, а также неперевариваемые олигосахариды (галактоолигосахариды (ГОС), фруктоолигосахариды (ФОС) и инулин), обычно называют пищевыми волокнами и резистентным крахмалом. Они обеспечивают «доступные для микробиоты углеводы» (MAC). Они ферментируются кишечными микробами (LAB и Bifidobacterium ) в толстой кишке, давая энергию и источники углерода, включая SCFAs, человеку-хозяину.
Повышенное содержание SCFAs и лучшая активация кишечной лимфоидной ткани (GALT) продуктами ферментации могут действовать через рецепторы SCFA и другие пути, благоприятно влияя на среду кишечника. Таким образом, их можно считать пребиотиками.
Такие изменения связаны с метаболическим и иммунным восстановлением, снижением маркеров воспаления, улучшением чувствительности к инсулину и нормализацией уровня глюкозы после кормления. Масса тела, а также липиды сыворотки также снижаются, наряду с противовоспалительным и противораковым действием на толстую кишку.
Пробиотики и микробиом
Микробы, которые можно принимать внутрь для улучшения здоровья кишечника и предотвращения или лечения ВЗК, часто встречаются в ферментированных продуктах, таких как йогурт и кисломолочные продукты, и называются пробиотиками. Эти микробы воздействуют на GMB, модулируя воспаление. Примечательно, что они вызывают увеличение бифидобактерий и/или лактобацилл с уменьшением колиформ и общего холестерина очень низкой плотности и низкой плотности.
В то же время они связаны с лучшей чувствительностью к инсулину. Такие продукты облегчают непереносимость желудочно-кишечного тракта, при этом более высокие уровни IgA в сыворотке указывают на более сильный ответ антител. Кроме того, лактобактерии и бифидобактерии используются для предотвращения диареи путешественников.
Полифенолы и ГМБ
Фрукты, чай, продукты из какао и вино содержат высокие концентрации полифенолов, которые могут способствовать увеличению числа полезных микробов. Обладают иммуномодулирующим, противоопухолевым и противовоспалительным действием. Некоторые из этих соединений также обладают антибактериальным действием, действуя против Staphylococcus aureus и Salmonella typhimurium , а также против возбудителя Clostridia.
Изображение предоставлено: Катерина Кон/Shutterstock
Рацион питания и GMB
Западные диеты, как правило, противоречат здоровому GMB, поскольку связаны со снижением количества Bifidobacterium и Eubacterium , но увеличением количества E. coli и Enterobacteriaceae. И наоборот, растительные диеты, будь то веганские или вегетарианские, способствуют размножению видов Bifidobacterium и Bacteroides .
Средиземноморская диета имеет полезный профиль жирных кислот благодаря своему составу, богатому цельными зернами и бобовыми, орехами, фруктами и овощами, морепродуктами, птицей, оливковым маслом и вином, а также небольшим количеством красного или обработанного мяса, сладостей и молочных продуктов. Это коррелирует с увеличением SCFAs и более высокими уровнями полезных молочнокислых бактерий, Bifidobacterium , Prevotella и Firmicutes , с уменьшением Clostridia .
Кето-диета показала предварительные перспективы в лечении рефрактерной эпилепсии и других неврологических состояний, связанных с изменениями, которые она вызывает в GMB.
В среднем двадцать пять процентов метаболитов плазмы различаются у всеядных и веганов, что свидетельствует о значительном прямом влиянии диеты на метаболизм хозяина ».
Таким образом, диета изменяет взаимодействие кишечника и мозга посредством нейроэндокринной и нейромедиаторной модуляции. Например, LAB и Bifidobacteria превращают глутамат, аминокислоту, в важный нейротрансмиттер GABA, который участвует в стабилизации настроения. Восстановление GMB привело к некоторой терапии улучшения когнитивных функций на животных моделях.
Выводы
Здоровье человека во многом зависит от микробиоты кишечника. Дисбактериоз кишечника связан с многочисленными расстройствами, включая ожирение, аутоиммунные и психические расстройства.
GMB модулирует иммунный ответ, ослабляя воспаление через гуморальные и клеточные пути. КЦЖК, продуцируемые этими микробами, обладают множественной активностью, в том числе противоаллергическим действием на дыхательные пути. В дополнение к этим транскрипционным и прямым действиям, эпигенетические модификации также возникают в результате активности GMB, вызывая здоровые иммунные реакции.
Микробиота кишечника также влияет на метаболическое здоровье, о чем свидетельствует аберрантное соотношение Firmicutes и Bacteroidetes при ожирении. Это восстанавливается за счет снижения потребления калорий.
Такой GMB также подвергает хозяина высокому риску сердечно-сосудистых заболеваний. LAB и другие связаны с лучшим ответом на диетические вмешательства при ожирении, возможно, из-за различий в расщеплении жирных кислот, вызванных изменениями в микробиоме кишечника.
Пробиотики и трансплантация фекальной микробиоты являются примерами современных вмешательств, направленных на различные болезненные состояния, такие как синдром раздраженного кишечника (СРК), язвенный колит, колит, ассоциированный с Clostridium difficile , и ожирение.
Изменения GMB после таких вмешательств персонализированы в зависимости от исходного профиля, индивидуального метаболизма и, следовательно, генотипа и эпигенетики. Прецизионная медицина могла бы извлечь большую пользу из исследований, изучающих эти связи.
Рекомендации
Сингх, Р.К. и соавт. (2017). Влияние диеты на микробиом кишечника и последствия для здоровья человека. Журнал трансляционной медицины. https://doi.org/10.1186%2Fs12967-017-1175-y . https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5385025/
Лиминг, Э.Р. и соавт. (2019). Влияние диеты на микробиоту кишечника: переосмысление продолжительности вмешательства. Питательные вещества. doi: https://doi.org/10.3390%2Fnu11122862. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6950569/ .
Майер, Дж. Х. и соавт. (2022). Роль диеты и ее влияние на микробиом кишечника в патофизиологии психических расстройств. Трансляционная психиатрия. DOIhttps://doi.org/10.1038/s41398-022-01922-0. https://www.nature.com/articles/s41398-022-01922-0.
Томова А. и соавт. (2019). Влияние вегетарианской и веганской диеты на микробиоту кишечника. Границы в питании. Дои: https://doi.org/10.3389/fnut.2019.00047. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnut.2019.00047/full .
Hills Jr., RD et al. (2022). Микробиом кишечника: глубокие последствия для диеты и болезней. Компасс Питание и диетология. Дои: https://doi.org/10.1159/000523712. https://www.karger.com/Article/FullText/523712.
Написано: доктор Лиджи Томас
