ОНОВИТИ ПУНКТИ

КИШКОВИЙ МІКРОБІОТА, МЕТАБОЛІЗМ І БАЛАНС КАЛОРІЇ

МІКРОБІОТА КИШОК, МЕТАБОЛІЗМ І КАЛОРИЧНИЙ РАВНОВАК

Фернандо Менкеберг Б. (1), Джино Корсіні А. (2)

(1) Науково-дослідне управління, Медичний факультет, Університет Дієго Порталес, Сантьяго, Чилі.
(2) Лабораторія молекулярної бактеріології, Центр біомедичних досліджень (CIB), Медичний факультет, Університет Дієго Порталеса. Сантьяго, Чилі.

Метагеном людини - це композиція генів Homo sapiens та генів, присутніх у геномах трильйонів мікроорганізмів, що колонізують наше тіло (мікробіом). Наша найбільша колекція мікробів знаходиться в кишечнику, де, за оцінками, мешкає 10-100 трильйонів організмів. Мікробіом кишечника кодує метаболічні можливості, які залишаються в основному невивченими, але включають деградацію неперетравних в іншому випадку компонентів нашого раціону. Ожиріння виникає внаслідок змін у регулюванні організмом споживання, витрати та накопичення енергії. Порівняння дистальної мікробіоти кишечника мишей з генетичним ожирінням та їх худорлявих послідів, а також тих, що страждають ожирінням та худими волонтерами, виявило, що ожиріння пов'язане зі змінами відносної чисельності двох домінуючих бактеріальних відділів (типу) - Firmicutes. Ці результати свідчать про те, що мікробіота кишечника впливає на засвоєння поживних речовин та регулювання енергії. У цій статті ми розглядаємо опубліковані докази, що підтверджують потенційну роль мікробіоти кишечника у розвитку ожиріння, та досліджуємо роль, яку модифікація мікробіоти кишечника може відіграти у подальшому лікуванні.

Ключові слова: мікробіота кишечника, мікробіом, ожиріння.

Ключові слова: мікробіота кишечника, мікробіом, ожиріння.

ІНТОДУКЦІЯ

Це було після відкриттів Пастера, в середині XIX століття, коли хвороби та шкідники почали приписувати мікроорганізмам, починаючи сприймати їх як смертельних ворогів; відтоді ми оголосили їм війну. Ми зосередили всі свої зусилля на боротьбі з ними, пошуку вакцин, антибіотиків, противірусних препаратів та введенні суворих санітарних заходів, щоб тримати їх у відстані. Час засвідчив нам право, оскільки, перемагаючи в послідовних битвах, ми зуміли жити довше і краще. Пізніше ми почали розуміти, що живемо у світі, перенасиченому мікроорганізмами, що складається з бактерій, вірусів та паразитів, і що, на щастя, не всі є ворогами. Багато навіть живуть з нами гармонійно. Більше того, було доведено, що це співіснування виходить за рамки прийому невинних закусочних, перевіряючи вигідні спорідненості до такої міри, що багато дослідників, включаючи лауреата Нобелівської премії (2000) Джошуа Ледерберга (1), підтверджують, що ці мікроорганізми та ми утворюють велику метаболічну одиницю, усвідомлюючи, що ті бактерії, які живуть у нашому організмі, насправді захищають нас.

Можна було встановити, що в кишечнику людини налічується понад 2000 різних видів бактерій, і передбачається, що існує ще більша кількість, досі невідоме (6). Зрозуміло, що мікробіом протягом еволюції забезпечував людський організм генетичними та метаболічними атрибутами, що дозволило йому адаптуватися, рятуючи себе від еволюції, що, здається, є новою парадигмою замінної адаптації (7).


калорії

Є багато корисних дій, які вже відомі про них. Вони захищають організм від хвороботворних мікроорганізмів, інактивуючи токсичні речовини і руйнуючи рослинні структури. З іншого боку, за допомогою різних молекулярних сигналів вони взаємодіють у розвитку мікроворсинок кишечника та структурному та метаболічному захисті епітелію кишечника, у ферментації неперетравних харчових волокон та інших поживних речовин, які організм не розкладає (стійкі крохмалі або олігосахариди ) і в подальшому кишковим всмоктуванням моносахаридів та коротколанцюгових жирних кислот; при їх перетворенні в більш складні ліпіди та у транспорті та відкладанні в їх адипоцитах (11). Вони також беруть участь в аеробному метаболізмі пептидів і білків, біотрансформації кон'югованих солей жовчі, деградації оксалатних комплексів та у виробництві поживних речовин, необхідних організму, таких як вітамін К, вітамін В12 та ізопропаноїди (12).

Ось як знання про цей взаємозв’язок мікробного геному та його господаря просуваються дуже швидко. Три роки тому була створена робоча група під назвою "Проект мікробіома людини", багатопрофільна ініціатива дослідників з різних куточків світу (США, Європи та Азії), метою якої є сприяння пізнанню існуючого взаємозв'язку між генетикою людини і бактеріальний мікробіом. На першому етапі було проведено секвенування найбільш релевантного мікробного генома, який утворив 3 гігабайти (Gb) його ДНК-основ, що належать до 500 мікробних геномів. Вони були отримані на зразках 33 осіб із США та Японії (13). Метою було індивідуалізувати та знати гени бактерій, а також індивідуалізувати подібність та взаємодію з генами хазяїна.

У цьому сенсі Стівен Гілл та його співробітники з Університету Буффало послідували 70 мільйонів основ кишкових бактерій, виявивши, що багато їх гени доповнюють функцію нашого геному. Хоча одні здатні перетравлювати харчові волокна в кишечнику, інші гідролізують амінокислоти в білках, або виробляють метан або вітаміни, або розщеплюють наркотики (14). Таким чином, поєднання кишкових бактерій і самого геному, мабуть, відіграє важливу роль у метаболізмі господаря, включаючи його участь у його патофізіології (15); забезпечення метаболічних шляхів для ліків та дієт і навіть індукування метаболічного фенотипу (16).

МІКРОБІОМ, ЕНЕРГІЙНИЙ БАЛАНС І ОЖИРЕННЯ

Протягом останніх десятиліть поширеність ожиріння помітно зросла, особливо в країнах, що розвиваються та розвинутих; Набуваючи характеристик справжньої епідемії, це стало найбільшою проблемою здоров’я, навіть впливаючи на дитяче населення. Її наслідки полягають у високій соціальній вартості через взаємозв'язок із хронічними захворюваннями у дорослих (діабет, серцево-судинні захворювання, легенева гіпертензія та ін.).

Ожиріння є результатом зміни енергетичного балансу; таким чином, як організм регулює споживання, витрату та зберігання калорій. Розвиток сучасного суспільства призвів, з одного боку, до збільшення доступності їжі зі смачними продуктами та високою калорійністю, а з іншого - до посилення сидячого способу життя, хоча ці зміни важко оцінити кількісно (17) . Очевидно, що підвищена калорійність, разом із меншими витратами, сприяють високій поширеності ожиріння (18, 19). Безумовно, повинні існувати й інші причини, які пояснюють величезне збільшення поточного часу, тим більше знаючи про існування складної та вишуканої центральної системи, відповідальної за регулювання енергетичного балансу. Це виправдовує подальше вивчення етіології ожиріння (18-22).

Для з’ясування цього питання та ж група розробила ще один експеримент: колонізація тонких щурів без мікробів мікробіотою щурів із ожирінням. Через два тижні колонізовані щури змогли витягти більшу кількість енергії з раціону, і в той же час вони мали помірне збільшення жиру та збільшення ваги. На основі цих двох даних вони дійшли висновку, що обидва фактори пов’язані зі зміною мікробіоти кишечника (27). Вони прийшли до висновку, що більша ефективність вилучення калорій з раціону може визначатися мікробіотичним складом і що це може сприяти різниці у вазі тіла. Завдяки такому складу мікробіоти, як щури, так і люди, що страждають ожирінням, були б багаті на гени, що забезпечуються їх мікробіомом, які кодували б ферменти, які могли б перетравлювати полісахариди. Постійність з часом такої більшої ефективності в калорійному видобуванні їжі може бути причиною надмірного збільшення ваги. Для переважної більшості людей (включаючи ожиріння) споживання перевищує витрати менш ніж на 1%, але ця невелика різниця з роками може призвести до значного збільшення ваги (28).

НОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ НА ШЛЯХІ

Щоб точно дізнатись, яка справжня роль кишкових бактерій, Гордон та його група використовують кишечник безмикових бактерій як біореактор людських мікробів. Це вільні від мікроорганізмів миші, поміщені в стерильне середовище з народження, які колонізуються бактеріями з кишечника людини. Після того, як ці мікроорганізми утвердились, він досліджує вплив різноманітних дієт людини на них, щоб дізнатися, як різні дієти впливають на мікрофлору кишечника людини. Гордон не стверджує, що бактерії є єдиною причиною глобального збільшення ожиріння. Було б дуже спрощено думати, що лише змінюючи тип кишкових бактерій, ми будемо контролювати ожиріння.

БІБЛІОГРАФІЯ

1. Ледерберг Дж. Інфекційна історія. Наука 2000; 288: 287-93. [Посилання]

2. Шанахан Ф. Інтерфейс господаря-мікроба в кишечнику. Best Practice Res Clin Gastroenterol 2002; 16: 915-31. [Посилання]

3. Backhed F, Ley RE, Sonnenburg JL, Peterson DA, Gordon Jl. Приймач-бактеріальний мутуалізм в кишечнику людини. Наука 2005; 307: 1915-20. [Посилання]

4. Раунд JL, Мазманійський СК. Мікробіота кишечника формує імунну реакцію кишечника під час здоров’я та захворювань. Natura Rev 2009; 9: 313-23. [Посилання]

5. Xu J, Gordon JL. Інагураційна стаття: Шануй свої симбіони. Proc Natl Acad Sci USA 2003; 100: 10452-9. [Посилання]

6. Крос І, Лепп П.В., Релман Д.А. Бактеріальне різноманіття в людській піддесневій щілині. Proc Natl Acad Sci USA 1999; 96: 14547-52. [Посилання]

7. Кані П.Д., Дельзен Н.М. Мікрофлора кишечника як мішень для енергетичного та метаболічного гомеостазу. Поточна думка Clin Nutr Metab Care 2007; 10: 729-34. [Посилання]

8. Cole JR та співавт. Проект бази даних рибосом: послідовності та інструменти для аналізу рРНК з високою потужністю. Нуклеїнові кислоти Ris 2005; 33: D294-6. [Посилання]

9. Екбург П.Б. та ін. Різноманітність мікробної флори кишечника людини. Наука 2005; 308: 1635-8. [Посилання]

10. Ley RE та ін. Ожиріння змінює екологію мікроорганізму кишечника. Proc Nalt Acad Sci USA 2005; 102: 11070-5. [Посилання]

11. Backhed F, Ding H, Wang T, Hooper LV, Koh GY, Nagy A, Semen Kovick CF, Gordon Jl. Мідробіота кишечника як фактор навколишнього середовища, що регулює накопичення жиру. Proc Natl Acad Sci USA 2004; 101: 15718-23. [Посилання]

12. О'Хара А.М., Шанахан Ф. Флора кишечника як забутий орган. Звіт EMBO 2006 р .; 7: 688-93.

13. Ван Дж та ін. Каталог генів мікробних кишок людини, створений шляхом метагеномного секвенування. Природа 2010; 464: 59-67. [Посилання]

14. Gill SR, Pop M, Debry RT et al. Метагеномічний аналіз мікробіому кишечника людини. Наука 2006; 312: 1355-9. [Посилання]

15. Дюма М.Є. та ін. Метаболічне профілювання виявляє внесок мікробіоти кишечника у жировий фенотип печінки у мишей з резистентним до інсуліну. Proc Natl Acad Sci USA 2006; 103: 12511-6. [Посилання]

16. Мін Лі та співавт. Мікробні кишки симбіотиків модулюють метаболічні фенотипи людини. PNAS 2008; 105: 2117-22. [Посилання]

17. Гірка JO. Розуміння та вирішення проблеми епідемії ожиріння: перспектива енергетичного балансу. Endocr Rev 2006; 27: 750-61. [Посилання]

18. Комер Дж, Лейбель Р.І. Їсти чи не їсти - як кишечник розмовляє з мозком. New Engl J Med 2003; 349: 926-8. [Посилання]

19. Hill Hill, Wyatt HR, Reed GW, Peter GC. Ожиріння та навколишнє середовище: куди ми йдемо звідси? Наука 2003; 299: 853-5. [Посилання]

20. Худа М.С., Уайлдінг JP, Пінкні Дж. Пептид кишечника та регуляція апетиту. Obs Rev 2006; 7: 163-8. [Посилання]

21. Мерфі К.Г., Ділло В.С., Блум СР. Пептид кишечника в регуляції споживання їжі та енергетичного гомеостазу. Endocr Rev 2006; 7: 719-27. [Посилання]

22. Камільєрі М. Інтегрована реакція верхніх відділів шлунково-кишкового тракту на прийом стопи. Gastroenterol 2006; 131: 640-68. [Посилання]

23. Лей Р.Є., Петерсон Д.А., Гордон мл. Клітина 2006; 124: 837-48. [Посилання]

24. Підкріплений Ф, Манчестер Дж. К., Семенкович К. Ф., Гордон Дж. Механізми, що лежать в основі стійкості до ожиріння, спричиненого дієтою, у мишей, що не містять мікробів. Proc Nat Acad Sc USA 2007; 104: 979-84. [Посилання]

25. Law RE, Backhed F, Gordon JL. Ожиріння змінює екологію мікроорганізму кишечника. Proc Nat Acad Sci 2005; 102: 11070-5. [Посилання]

26. Law RE, Tumbaugh PJ, Klein S, Gordon JL. Екологія мікробів: мікроби кишечника людини, пов’язані з ожирінням. Природа 2006; 444: 1022-3. [Посилання]

27. Tumbaugh PJ, Ley RE, Mahowald MA та ін. Асоційований з ожирінням мікробіом кишечника зі збільшеною здатністю до збору врожаю енергії. Природа 2006; 444: 1027-31. [Посилання]

28. Гірка JO. Нерозуміння та додавання епідемії ожиріння: перспектива енергетичного балансу. Endocr Rev 2006; 27: 750-61. [Посилання]

Ця робота була отримана 15 жовтня 2011 року та прийнята до друку 18 листопада 2011 року.

Адресація кореспонденції: д-р Фернандо Монкеберг, Директорія дослідницького факультету, Університет Дієго Порталес, Граялес, 1746, Сантьяго, Чилі. Телефон: 676 870. Електронна пошта: [email protected] [email protected]

Весь вміст цього журналу, крім випадків, коли він ідентифікований, підпадає під ліцензію Creative Commons

La Concepción # 81 - Офіс 1307 - Провіденсія

Тел./Факс: (56-2) 2236 9128


[email protected]