Bağırsak florası: Daha az gıdadan daha fazla enerji alın

2024 Yazar: Seth Attwood | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-16 16:18

Kalıcı ishal ve akut karın ağrısı şikayetleri olan bir kadının muayenesinde Clostridia'nın neden olduğu kolonda akut inflamasyon saptandı. Bakterilerin antibiyotiklere direnci göz önüne alındığında, hastaya deneysel, ancak etkili bir tedavi yöntemi önerildi - donör mikrobiyotasının (bağırsak mikroflorası) nakli.

Hastanın bağırsaklarına 600 ml donör dışkı süspansiyonunun sokulmasından sonra, hastalığın nüksetmesi artık gözlenmedi - donörün mikrobiyotası patojeni başarıyla yerinden etti ve nişlerini işgal etti. Ancak bir yıl sonra kadın, nakilden önceki tüm hayatı boyunca normal ve sabit bir vücut ağırlığına sahipken, hızlı kilo alımından doktora şikayet etti. İşlem anından itibaren artış 15 kg idi ve toplam vücut ağırlığı 155 cm yüksekliğinde 77 kg'a ulaştı, fitness ve diyete rağmen hastanın ağırlığı kısa sürede 80 kg'ı aştı. Doktor, genel olarak sağlıklı bir donörün de aşırı kilolu olduğunu ve obezitenin mikrobiyota yoluyla "kontaminasyon" olasılığına izin verdiğini kaydetti. İlk bakışta, böyle cesur bir varsayımın sağlam bir kanıt temeli vardır. Bu yazımda mikrobiyotanın sindirime etkisinden, tür çeşitliliğinin neden azaldığından, homojenliğin obezite riskini artırdığından bahsedeceğim.

glagolalar.

Tanıtım

Obeziteyi kalıtsal olarak alma olasılığı %80'e ulaşır, ancak nükleer genomdaki bireysel farklılıklar, popülasyondaki vücut ağırlığındaki değişkenliğin %2'sinden daha azını oluşturur. Ek olarak, nükleer genom çocuğa her ebeveynden neredeyse eşit olarak geçer, ancak çocuklar obeziteyi annelerinden önemli ölçüde daha yüksek bir sıklıkla alır. Bu fenomen genellikle kendi DNA'sına sahip olan ve sperm başında bulunmayan mitokondri metabolizması üzerindeki etkiyle açıklanır; bu nedenle mitokondriyal genom embriyo tarafından yalnızca annenin yumurtasından miras alınır. Bununla birlikte, mitokondriyal genomla ilgili bir çalışmanın sonuçları, daha az sayıda obezite kalıtım vakasını açıklamaktadır. Bu nedenle, eğer bu hastalığın kalıtımı nükleer ve mitokondriyal genomlar tarafından yalnızca kısmen aracılık ediliyorsa, o zaman obezite çocuklara esas olarak üçüncü insan genomu - mikrobiyom (mikrobiyotanın bir dizi geni) aracılığıyla bulaşıyor olabilir. anne?

Mikrobiyom kalıtımı ve değişkenliği

Rahim içi gelişime, ilk kez mikrobiyota alan, doğal doğum sırasında doğum kanalını aşan fetüsün mutlak kısırlığı eşlik eder. Bu nedenle, doğal olarak doğan bebeklerin mikrobiyotası sezaryenle alınanlara göre daha çeşitlidir. Ayrıca, araştırmalar sezaryen ile doğan çocukların obezite riskinin daha yüksek olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, bu çocuklarda mikrobiyotanın bileşimi, fırsatçı bakterioidler ve klostridia popülasyonlarını baskılayan bifidobakterilerin ve laktobasillerin baskınlığını sağlayan emzirme koşulu altında yavaş yavaş normalleşiyor. Doğal doğum ve emzirme, genellikle yaşam boyu süren mikrobiyotanın bel kemiğini oluşturur. Mikrobiyotanın diğer bakteri türleri ile daha fazla zenginleştirilmesi yaşam tarzına bağlıdır.

Örneğin, anaokulunu ziyaret etmek, mikrobiyotanın tür çeşitliliğini arttırmada önemli ve bağımsız bir faktördür. Öte yandan, antibiyotik ve antiseptiklerin yaygın kullanımı ile katı sıhhi ve hijyen standartları, insanlar arasındaki mikrobiyota değişim oranını ve çeşitliliğini azaltmaktadır (antibiyotiklerin mikrobiyota ve ağız kokusu üzerindeki etkisi hakkında daha fazla bilgiyi buradan okuyun). Böylece mikrobiyomun kalıtsallığı ve değişkenliği hakkında konuşabiliriz.

mikrobiyota yapısı

Yaşla birlikte, bağırsaktaki bakteri hücrelerinin sayısı yavaş yavaş 100 trilyona ulaşır, bu da bir yetişkinde vücudun kendi hücrelerinin sayısını 10 kat aşar. Aynı zamanda bakterinin küçük boyutu nedeniyle tüm mikrobiyota 2 kg ağırlığa kadar gelir ve kalın bağırsağa sığar.

Rektumun içeriğinin yaklaşık% 60'ı, kolonileri bitki besinlerinin (selüloz) lifleri üzerinde büyüyen, bunları yiyecek ve iskelet olarak kullanan ve böylece topaklı bir dışkı kıvamı oluşturan mikroorganizmalardır. Önemli sayıda bakteriye rağmen, insan vücudu ile etkileşimleri, uzun zamandır bilim adamları tarafından, mikroorganizmanın ilişkiden yararlandığı ve makro organizmanın ne fayda ne de zarar gördüğü kommensalizm çerçevesinde ele alınmıştır. Ancak genotipleme yöntemlerinin gelişmesiyle birlikte mikrobiyota kavramı önemli ölçüde değişmiştir.

Mikrobiyotanın tür çeşitliliğinin 300-700 mikroorganizma türüne ulaştığı ve toplam genomlarının insan genomundan 300 kat daha büyük olan 10 milyon genden oluştuğu bulundu. Mikrobiyomun genlerinin böyle bir toplamı ve sayılarının insandakiyle karşılaştırılması burada sadece bir slogan değildir. Birçok bakteri geni işlevsel olarak insan nükleer genomunu tamamlar ve mikroorganizmaların türler arası etkileşimi o kadar yakındır ki, bazı türler kelimenin tam anlamıyla birbirleri olmadan yaşayamaz. Bu yöndeki son keşifler, insan ve mikrobiyota arasındaki karşılıklı yarar ilişkisinden bahsetmeyi mümkün kıldı ve genlerinin toplamına mikrobiyom veya üçüncü insan genomu deniyor. Örneklemek için özel bir örnek vereceğim.

mikrobiyota fizyolojisi

Bitkisel gıdalarla, basit şekerlere parçalayacak kendi enzimlerimize sahip olmadığımız fruktoz polimerlerini (fruktanlar) tüketiriz. Tedavi edilmeyen fruktanlar emilmez ve bağırsaklarda birikimleri ciddi rahatsızlıklara neden olur ve ağız boşluğunda çürük bakteriler tarafından diş minesine tutunmak için kullanılırlar. Fruktanları laktat ve asetata bölmek için enzim genlerine sahip bifidobakteriler ve laktobasiller bize yardım eder. Bu metabolitler, aside duyarlı ve ishale neden olan fırsatçı bakterilerin çoğalmasını azaltan daha asidik koşullar yaratır. Ek olarak, laktat ve asetat, bağırsak epitel hücreleri için ana enerji kaynağı ve hücre içi patojenlerin bunlara nüfuz etmesinin bir inhibitörü olan bütirat üreten bir enerji kaynağı olarak diğer dost mikroflora türlerini kullanır ve bu bileşik ayrıca riskini azaltır. ülseratif kolit ve kolon kanseri geliştirmek. Bu nedenle, sadece birkaç bakteri türü, vücut için tehlikeli olan gıda bileşenlerinden iyileştirici bir madde sentezler ve nişlerini rakiplerinden korur, bir kişiye bonus olarak, bağırsaklarında patojenlerin büyümesini bastırır! Şimdi düzinelerce ve yüzlerce mikroorganizma türünün, esansiyel amino asitleri, vitaminleri ve diğer metabolitleri üreten daha uzun ve daha dallı metabolik zincirlerde nasıl birleştiğini, böylece sindirimi, bağışıklığı ve hatta yiyecek dahil davranışlarımızı nasıl değiştirdiğini hayal edin.

Mikrobiyota ve obezite

Mikrobiyotanın obezite üzerindeki önemli etkisi, ilk olarak mikroorganizmalardan tamamen arındırılmış ve steril koşullarda yetiştirilmiş olarak gösterilmiştir. Tipik olarak, steril fareler tipik olarak mikrofloralı karşılaştırılabilir farelere göre %42 daha az yağ dokusuna sahiptir. Aynı zamanda, daha ince steril fareler, mikrofloralı daha eksiksiz muadillerine göre %29 daha fazla yiyecek tüketir. Araştırmacılar mikroflorayı normal farelerden steril farelere aktardılar ve gıda alımında %27'lik bir azalmaya rağmen iki hafta içinde yağ dokusunda %57'lik bir artış gözlemlediler!

Yazarlar, mikrofloranın daha az gıdadan daha fazla enerji elde edilmesine yardımcı olduğu sonucuna vardı. Aynı zamanda mikroflora ile sindirimin enerji verimliliği o kadar artar ki ortaya çıkan fazla kalori yağ dokusunda depolanır.

Bu çalışmada elde edilen sonuçlar, memeli vücudu tarafından bağımsız olarak sentezlenen düşük glikosidaz çeşitliliğinden kaynaklanmaktadır - bitki lifi gibi karmaşık karbonhidrat moleküllerinde bağları parçalamak için enzimler. Karşılaştırma için, eğer genomumuzda glikozidazların sentezi için sadece 20 gen varsa, o zaman bakterioid türler tek başına 261 tip glikozidaz sentezler ve tüm mikrobiyom bu enzimlerin sentezi için 250.000 gen içerir. Böylece, mikrobiyota yokluğunda, enerji açısından zengin lif, kalori ihtiyacını karşılamayarak vücudu dışkı ile terk eder, bu nedenle steril fareler, normal mikrofloralı muadillerine göre daha fazla yer ve daha hafiftir. Bu çalışmaların sonuçları farkında olmadan, mikrobiyotayı antibiyotiklerle tamamen yok ederek obeziteyi tedavi etmek için bir yöntem fikrini doğuruyor. Bununla birlikte, insanların ve mikrobiyotanın birlikte evrimi o kadar ileri gitti ki, bu fikrin uygulanması imkansız ve klinik açıdan çok tehlikeli.

Birincisi, farelerin aksine steril koşullarda yaşamayı göze alamayız. Çevre, doğal mikrofloradan arındırılmış nişleri işgal etmekten mutluluk duyacak birçok patojenik mikroorganizma içerir. Örneğin, makalenin başında klinik vakası verilen bir kadın, yüksek doz antibiyotiklerle bakteriyel vajinozis tedavisi gördükten hemen sonra Clostridia enfeksiyonuna yakalandı. İkincisi, mikrobiyota olmadan, birikimi ciddi sindirim bozuklukları ile dolu olan fruktanları kendi başımıza parçalayamayacağımızdan daha önce bahsetmiştim. Ve son olarak, üçüncüsü, pratikte antibiyotik kullanımı ters etki gösterir - obezite ağırlaşır ve daha çeşitli ve zengin bir bileşim mikrobiyotası obeziteye karşı korur.

Antibiyotikler ve obezite

Geçen yüzyılın ortalarından bu yana, çiftlik hayvanlarının kilo alımını hızlandırmak için tarımda antibiyotikler yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu amaçla yemlere sürekli olarak müstahzarlar ilave edilmekte ve üretilen antibiyotiklerin %70'i hayvancılığa harcanmaktadır.

Antibiyotiklerin vücut ağırlığı üzerindeki olumlu etkisi, sağlıklı bir hayvanın daha hızlı kilo alması nedeniyle uzun zamandır enfeksiyonların önlenmesine atfedilmiştir. Ancak daha sonra, bu bağımlılığın mikrobiyota bileşimindeki değişikliklerin aracılık ettiği kanıtlandı. Antibiyotik tedavisi kısa süreli ve düzensiz olarak kullanıldığından, antibiyotiklerin insan vücut ağırlığı üzerinde benzer bir etkisi olası görülmedi. Bu arada, 10 yıl önce yapılan çalışmalarda, tek bir antibiyotik kürü bile 4 yıl içinde insan mikrobiyotasının çeşitliliğinde azalmaya neden olduğu bulunmuştu. Yaklaşık 500.000 kişi üzerinde yapılan bir 2017 meta-analizi, bebeklik döneminde antibiyotik kullanımının, yaşamın sonraki dönemlerinde obezite riskini önemli ölçüde artırdığını ve antibiyotik dozunun obezite ile pozitif korelasyon gösterdiğini buldu. Böylece mikrobiyotanın baskılanması sonucu vücut ağırlığında beklenen azalma gerçekleşmez, ancak gelecekte tam tersine obezite gelişimi gözlenir. Muhtemelen, onlara duyarlı normal mikrofloranın temsilcilerini seçici olarak yok eden antibiyotikler, bir tür "obezite mikrobiyotası" oluşturur.

Sürekli metabolik zincir kavramı ve "obezite mikrobiyotası"

Tam bir mikrobiyota, enerji açısından zengin lifleri enerji açısından zayıf bileşiklere ayıran sürekli bir metabolik reaksiyonlar zinciridir. Bu durumda, hala enerji içeren her bir ara metabolit, metabolik zincirdeki bir sonraki bakteri tarafından özümlenir; bu bakteri, parçalanması için enzimleri sentezleyebilir ve enerji kısmını emer. Sürekli metabolik zincirin işleyişinin son metabolitleri, esas olarak bağırsak hücreleri tarafından katabolize edilen ve yağ dokusunda süblime olmayan kısa zincirli yağ asitleridir ve bazıları lipogenezi inhibe eder ve iştahı bastırır. Böylece, tam teşekküllü bir mikrobiyota, lifin enerjisini neredeyse tamamen kullanır ve hızlı karbonhidratları kötüye kullansa bile konağı obeziteden korur.

Normal mikrofloranın aksine, "obezite mikrobiyotası", eksik tür, cins veya tüm bakteri familyaları nedeniyle monotondur, bu nedenle sürekli bir metabolik zincir oluşturamaz. Farklı lif türleri mikrobiyotanın birçok temsilcisi tarafından parçalandığından, bazılarının yokluğu metabolik zincirin başlangıcını engellemez ve diyet lifi güvenli bir şekilde ara metabolitlere parçalanır. Buna karşılık, ara metabolitleri spesifik olarak parçalayan bakteri türlerinin yokluğu, ara metabolitlerin bağırsak lümeninde birikmesine yol açar. Liften farklı olarak, ara metabolitler, yağ dokusu rezervlerinin arttırılması da dahil olmak üzere vücut tarafından emilebilir. Bu nedenle, "obezite mikrobiyotası", enerjinin insan vücuduna "aktığı" bir tür boşluk içerir.

İddia edilen "obezite mikrobiyotası", farklı fizikteki insanlardan steril farelere dışkı nakli üzerine yapılan deneylerle desteklenmiştir. Diğer faktörleri dışlamak için, transplantasyon için mikrobiyota, çiftleri obezitenin varlığı ve yokluğu açısından farklılık gösteren 8 ikizden ve farklı fiziğe sahip insanlardan mikrobiyota alan farelerden ayrı olarak alındı. Obez ikizlerden elde edilen mikrobiyota, normal gövdeli ikizlerin daha çeşitli mikrobiyotasına kıyasla daha seyrek bir tür bileşimine sahipti.

Deneyin bir sonucu olarak, "obezite mikrobiyotasını" alan fareler, transplantasyondan sonraki 8. günde vücut yağında önemli bir artış gösterdi. Aynı zamanda, normal vücut ağırlığına sahip ikizlerden mikrobiyota alan farelerdeki yağ kütlesi, deney boyunca önemli değişiklikler olmadan kaldı.

Ek olarak, bu çalışmanın yazarları obezitenin bulaşıcılığını test etmeye karar verdiler. Bunun için farklı mikrobiyotaların transplantasyonu sonucu elde edilen fareler 5 gün sonra ortak bir kafese yerleştirildi. Birlikte yaşamanın 10. gününde vücut ağırlığı ve vücut kompozisyonunun kontrolü, "obezite mikrobiyotasını" alan farelerin deneyin ilk bölümünde (izolasyonda yaşayan) benzer farelerden daha az yağ aldığını ve pratik olarak birlikte yaşamaktan farklı olmadığını gösterdi. normal bir fiziğe sahip ikizlerden mikrobiyota alan fareler. Mikrobiyom analizi, başlangıçta tek tip bir "obezite mikrobiyotası" alan farelerde mikrobiyota çeşitliliğinde bir artış olduğunu gösterdi. Daha da önemlisi, başlangıçta çeşitli bir mikrobiyota alan sıska fareler, birlikte yaşayanlardan obeziteye yakalanmadı.

Bağırsaktaki metabolitlerin analizi, başlangıçta "obezite mikrobiyotasını" alan farelerde birlikte yaşamanın ardından, disakkaritlerde bir azalma ve kısa zincirli yağ asitlerinde bir artış olduğunu gösterdi. Böylece, çeşitli bir mikrobiyotanın obezite gelişimine karşı koruduğu ve bu tür mikrobiyotanın obez farelere transplantasyonu veya doğal aktarımının vücut ağırlığının normalleşmesine yol açtığı bulunmuştur.

Çözüm

Farelerin, birlikte yaşayanlar arasında doğal mikrobiyota alışverişini büyük ölçüde kolaylaştıran koprofajlar olduğuna dikkat edilmelidir. Bununla birlikte, insanlarda obezitenin mikrobiyotası ve epidemiyolojisi ile ilgili çalışmaların sonuçları, sosyal etkileşimler yoluyla mikroflora değişimi ile de açıklanabilir. Yukarıda, anaokuluna gitmenin mikrobiyota çeşitliliğini nasıl artırdığından bahsettim, ancak mikroflora değişimi diğer sosyal bağlantılar yoluyla da gerçekleşebilir ve potansiyel olarak obezite riskini etkileyebilir. Örneğin, Amerikan askeri personelinin 1.519 ailesinin tıbbi kayıtlarının analizi, yeni bir görev istasyonuna atandıktan sonra aile üyelerinin vücut kitle indekslerinin 24 ay içinde nüfusun göstergelerine göre değiştiğini tespit etmeyi mümkün kılmıştır. alan. Bu ve buna benzer 45 başka çalışmanın yazarları, fiziğimizin yakın çevreden farklı olmasının psikolojik rahatsızlığı artırabileceğini ve bunun da yeme davranışını ve fiziksel aktiviteyi etkilediğini öne sürüyorlar. Ancak, bu nedensel ilişkiyi kanıtlama girişimleri şimdiye kadar başarısız olmuştur. Bu arada, çevre ve doğrudan temas yoluyla mikrobiyota değişimi bu fenomeni açıklayabilir.

Bu bağlamda benim yaşam deneyimim de ilginç olabilir. Ben kendim hala sarhoşum ve "at beslemek için değil" sözü benim hakkımda! Ve karımla tanıştığımdan beri, yıldan yıla kilo vermeye başladı. Doğru, hiçbir zaman obezitesi olmadı, ancak ilişkimizin başlangıcından itibaren gözle görülür şekilde kilo verdi. Öğrenciyken bile, ona solucanlar bulaştırdığım için şaka yapardı ama laboratuvarda bir iş bulur bulmaz her şeyi kontrol ettim ve böyle bir şey bulamadım. Sonra ilk kez, meselenin, karımın yavaş yavaş benimsediği mikrobiyotamın özelliklerinde olabileceğini öne sürdüm. Ne yazık ki, bu özellikleri laboratuvarımızda incelemek imkansız, bu yüzden "iç dünyamın" bir örneğini analiz için Atlas'a gönderdim. Vücut ağırlığını azaltmak için mikrobiyota düzeltme yöntemleri hakkında ayrıntılı olarak konuşacağım bir sonraki makalede analiz sonuçlarını yazacağım (upd: sonuçlarla ilgili bir hikaye).