Fermentarea microbiană a proteinelor alimentare Un factor important în interacțiunea dietă - microbiană-gazdă
Abstract
1. Introducere
Aminoacizii sunt elemente de bază pentru proteina microbiană, făcându-le importante pentru creșterea microbiană. Cu toate acestea, ele pot fi fermentate și ca sursă de energie [8]. Peptidele nedigerate sunt descompuse de bacteriile proteolitice și utilizate ulterior fie în fermentarea proteolitică, fie pentru a forma componente ale celulelor microbiene. Proteina microbiană are o proporție mare de aminoacizi cu lanț ramificat, deși compoziția exactă variază între tulpinile bacteriene [8]. Catabolismul are ca rezultat numeroși metaboliți care afectează gazda dincolo de disponibilitatea aminoacizilor. Soarta aminoacizilor depinde de factori ecologici și dietetici care influențează cantitățile relative de fermentație proteolitică. De exemplu, o cantitate redusă de fibre alimentare poate duce la creșterea fermentației proteolitice datorită cantității reduse de carbohidrați fermentabili din colon [9]. Schimbările către fermentația proteolitică crescută pot modifica abundența relativă a speciilor microbiene în intestin și pot genera produse metabolice bioactive, potențial dăunătoare [8].
Sunt disponibile informații limitate despre rolul fermentației proteolitice în rețelele metabolice complexe dintre microbii intestinali și gazda lor. Sunt necesare mai multe informații cu privire la ce produse sunt generate, care sunt speciile implicate sau afectate și modul în care aceste schimbări se reunesc pentru a afecta gazda. În completarea altor recenzii, vom descrie modul în care căile de fermentație proteolitică, metaboliții produși și modelul alimentar converg pentru a afecta sănătatea. În special, această revizuire se va concentra asupra efectelor specifice compartimentului fermentației proteolitice în diferite segmente ale intestinului împreună cu metaboliți precum amoniac, p-crezol și amine care pot forma sănătatea.
2. Fermentarea proteolitică implică multe căi metabolice
Modelarea rețelelor metabolice gazdă și microbiotă utilizând adnotarea genomului a identificat 3499 de reacții distincte; dintre acestea, 1267 sunt unice microbiotei și 1142 sunt împărtășite cu gazda [4]. Când aceste reacții sunt atribuite unor funcții mai mari, devin evidente interdependențele complexe ale metabolismului gazdei și ale microbiotei. Trei sferturi din toate căile utilizează atât reacții de gazdă, cât și reacții de microbiotă [4]. Această colaborare a reacțiilor gazdă și microbiană determină soarta proteinelor alimentare din intestin și efectele generale asupra echilibrului și metabolismului aminoacizilor gazdei (Figura 1). Relația dintre reacțiile metabolice complică, de asemenea, modelarea dinamicii fermentației în mediul intestinal, limitând înțelegerea noastră actuală despre fermentația proteinelor.
Soarta proteinelor alimentare din intestin este determinată de o rețea de procese metabolice, inclusiv digestia și utilizarea atât a gazdei, cât și a celor microbiene. Efectele dominante pentru fiecare compartiment sunt îngroșate și afișate cu săgeți albastru închis.
3. Fermentarea proteolitică produce metaboliți diferiți
Identificarea metaboliților generați prin fermentația proteolitică în lumenul intestinal a fost limitată până în prezent de complexitatea conținutului luminal și de limitările în clasificarea metaboliților ca gazdă sau derivată de microbi [4]. Similar fermentației cu fibre, fermentarea proteinelor produce acizi grași cu lanț scurt; cu toate acestea, aceștia sunt însoțiți de acizi grași cu lanț ramificat, amoniac, amine, hidrogen sulfurat, fenoli și indoli [14]. Unii aminoacizi au profiluri metabolice caracteristice, cum ar fi cele generate pentru aminoacizi cu lanț ramificat și aromatici, care pot fi folosiți ca indicator al fermentației proteinelor în intestin [15]. Multe dintre aceste produse sunt, de asemenea, identificate ca molecule bioactive cu rol în semnalizare.
Pe lângă BCFA și amoniac, se acordă o creștere a dobânzii către alți derivați metabolici ai fermentației proteolitice. Unele dintre aceste produse sunt implicate în boli, inclusiv cancerul colorectal, în timp ce altele, cum ar fi poliaminele dietetice, joacă roluri importante în fiziologia celulelor mucoasei intestinului subțire și dezvoltarea sistemului imunitar [4,22,23]. Poliaminele sunt produse printr-un set divers de căi care duc la decarboxilarea aminoacizilor [24,25]. Multe specii producătoare de amine din genuri, inclusiv Bifidobacterium, Clostridium, Lactobacillus, Escherichia și Klebsiella au fost identificate în microbiota intestinală [26]. Bacteriile utilizează poliamine în sinteza ARN, ca componente structurale ale membranelor celulare sau ale peptidoglicanului și pentru a proteja împotriva deteriorării speciilor reactive de oxigen sau a mediilor acide [27]. Această producție de amine în perioadele de stres fiziologic poate duce la modificări ale patogenității bacteriene, precum și susceptibilitatea gazdei la infecție, făcând acești compuși candidați pentru o explorare ulterioară în ceea ce privește rolul lor în infecția gastro-intestinală, precum și carcinogeneza, care este discutată în continuare secțiuni [27].