Dinamica microbiotei intestinale umane și a acizilor grași cu lanț scurt ca răspuns la intervențiile dietetice
ABSTRACT
Producția de acizi grași cu lanț scurt (SCFA), în special butirat, în microbiomul intestinal este necesară pentru o sănătate optimă, dar este frecvent limitată de lipsa de fibre fermentabile din dietă. Am încercat să creștem producția de butirat completând dietele a 174 de adulți tineri sănătoși timp de 2 săptămâni cu amidon rezistent din cartofi (RPS), amidon rezistent din porumb (RMS), inulină din rădăcină de cicoare sau un control accesibil al amidonului de porumb RPS a dus la cea mai mare creștere a numărului total de SCFA, inclusiv butirat. Deși majoritatea microbiomilor au răspuns la RPS cu creșteri ale abundenței relative a bifidobacteriilor, cei care au răspuns cu o creștere a Ruminococcus bromii sau Clostridium chartatabidum au fost mai susceptibili de a produce concentrații mai mari de butirat, mai ales atunci când microbiota lor era plină de populații de producători de butirat. specie Eubacterium rectale. RMS și inulina au indus modificări diferite în comunitățile fecale, dar nu au generat creșteri semnificative ale nivelurilor de butirat fecal.
IMPORTANŢĂ Aceste rezultate arată că nu toate fibrele fermentabile sunt la fel de capabile să stimuleze producția de SCFA și evidențiază importanța compoziției microbiotei unui individ pentru a determina dacă răspund sau nu la un supliment alimentar specific. În special, R. bromii sau C. chartatabidum pot fi necesare pentru producția sporită de butirat ca răspuns la RS. Bifidobacteriile, deși sunt competente la degradarea RS și a inulinei, pot să nu contribuie la efectul butirogen al acestor fibre fermentabile pe termen scurt.
INTRODUCERE
Acizii grași cu lanț scurt (SCFA) sunt produse finale majore ale fermentației bacteriene în colonul uman și se știe că au un impact larg asupra fiziologiei gazdei. Butiratul în special este important pentru menținerea sănătății prin reglarea sistemului imunitar (1), menținerea barierei epiteliale (2, 3) și promovarea sațietății după mese (4). Poate fi protector împotriva mai multor boli, inclusiv cancerul colorectal (5), boala inflamatorie a intestinului (6), boala grefă contra gazdă (7), diabetul (8) și obezitatea (8, 9). Prin urmare, stimularea producției de butirat de către microbiomul colonic ar putea fi utilă pentru susținerea sănătății și tratarea bolilor.
Înțelegerea efectului butirogen al acestor suplimente și bacterii intestinale specifice este importantă pentru proiectarea unor terapii mai eficiente pe scară largă și pentru a prezice care persoane ar putea beneficia de ele. Mai general, definirea interacțiunilor metabolice între microbii intestinali ne îmbunătățește înțelegerea asamblării, întreținerii și ieșirilor din microbiomul intestinal.
Model propus de metaboliți și microbi care catalizează fluxul de carbon de la polizaharide rezistente la butirat. Există tulpini cultivate din microbiomul intestinal care posedă activitățile metabolice propuse pentru speciile enumerate.
Acești degradatori cunoscuți și producătorii de butirat au fost vizați pentru evaluare în această intervenție dietetică, dar am analizat, de asemenea, întreaga comunitate de bacterii fecale pentru a identifica orice organisme care nu fuseseră asociate anterior cu metabolismul acestor fibre fermentabile. Am încercat să abordăm patru probleme majore.
Cele trei polizaharide rezistente stimulează producția de butirat la această populație de indivizi tineri sănătoși? Dacă da, au impact similar asupra producției de butirat?
Ce bacterii intestinale răspund la aceste adaosuri alimentare crescând în relativă abundență? Putem identifica vreo specie care a fost afectată în mod neașteptat? Sunt aceleași bacterii afectate de toate cele trei suplimente?
Putem găsi vreo dovadă de selectivitate, fie în substraturile utilizate de degradatorii primari, fie în producătorii de butirat pe care îi traversează?
Modificările abundenței relative a degradanților primari și a producătorilor de butirat explică diferențele în concentrațiile de butirat ale indivizilor?
REZULTATE
Efecte asupra acizilor grași cu lanț scurt. Am examinat mai întâi impactul fiecărui supliment asupra concentrației de SCFA în fecale. Atât RPS, cât și inulina au crescut semnificativ concentrațiile totale de SCFA cu 32% și respectiv 12% (ambele P Vizualizați acest tabel:
- Vizualizați în linie
- Vizualizați fereastra pop-up
Concentrațiile de SCFA fecale înainte și în timpul suplimentării alimentare a
Cele mai afectate populații bacteriene. Secvențele care s-au schimbat cel mai mult au fost identificate prin raportul dintre abundența lor relativă în timpul suplimentării și abundența relativă dinaintea suplimentării (Fig. 2). Majoritatea secvențelor care au crescut semnificativ în abundență relativă provin din specii deja cunoscute că degradează polizaharidele rezistente. RPS a crescut abundența relativă a secvențelor de B. faecale/adolescentis/stercoris de 6,5 ori (P Anaerostipes hadrus (Fig. 2; vezi și Tabelul S1C din materialul suplimentar). Nicio populație de bacterii nu s-a modificat semnificativ ca răspuns la suplimentul de amidon accesibil (Fig. 2; vezi și Tabelul S1D în materialul suplimentar).
TABEL S1
Acest conținut este distribuit în condițiile licenței Creative Commons Attribution 4.0 International.
Modificări medii ale pliurilor în abundența relativă a secvențelor reprezentând degradatori selectați primari (1 °) ai polizaharidelor rezistente și fermentanților secundari (2 °) butirat ca răspuns la suplimentele alimentare (*, P Clostridium chartatabidum. Ambii sunt deduși a fi degradanți primari (paranteză punctată) ) pe baza dinamicii răspunsului lor la suplimentele alimentare. Graficul barei din dreapta arată abundența relativă medie a fiecărei specii înainte de suplimentarea cu fibre.
Perechi de microbi care au răspuns în mod consecvent în mod pozitiv (roșu) sau negativ (albastru) la suplimentele alimentare. Corelațiile dintre modificările din abundența degradanților primari și producătorii de butirat au fost calculate utilizând setul de date combinat care include răspunsuri la toate suplimentele.
Relația pozitivă dintre concentrațiile de butirat fecal și abundența relativă a secvențelor caracterizate ca E. rectale atât înainte, cât și în timpul suplimentării dietetice cu RPS.