Бактеріальна допомога рости
- Ретвітнути
- Друкувати
- Надіслати
В даний час існує кілька досліджень, що пояснюють симбіотичний взаємозв’язок між кишковою мікробіотою та її господарем. Варіативність і стабільність резидентних кишкових бактерій має життєво важливе значення для обміну речовин, який безпосередньо пов’язаний з харчуванням. У цьому сенсі діти з низьким харчуванням виявляють нестійкий розвиток своєї мікробіоти, що впливає на їх ріст у довгостроковій перспективі. Нещодавно, під час досліджень, проведених на мишах з ослабленим ростом, було помічено, що кишкові бактерії від недоїдаючих дітей, передані цим тваринам, забезпечують їм великі переваги, пов'язані з більшим збільшенням ваги та розміру. Це явище супроводжувалось також підвищенням рівня білка інсуліноподібного фактора росту. Навпаки, при передачі мікробіоти дітям з низьким харчовим внеском мишам, що не містять зародків, такого ефекту не було засвідчено. Ці результати дають докази того, що мікробіота причинно пов’язана з неправильним харчуванням, що є потенційною мішенню для спрямування терапевтичних засобів, метою яких є підвищення життєздатності кишкових мікроорганізмів і, отже, можливість боротися з недоїданням дітей.
Гіпотрофія дітей спричиняє майже половину всіх випадків смертності дітей у віці до п’яти років у всьому світі, а зусилля з відновлення адекватного споживання їжі в ранньому дитинстві дали скромні результати. Альтернативою є модифікація популяції бактерій, що населяють кишечник, що називається мікробіота, відповідальна за модуляцію метаболічної активності кишечника. Насправді, недоїдання дітей раніше було пов’язане із змінами мікробіоти. Недавні дослідження також встановили, що його склад модифікується хронічним недоїданням. З іншого боку, модифікація цих мікробних спільнот у мишей може покращити дефіцит росту, пов’язаний з харчуванням.
Період між народженням та 3-річним віком є критичним для росту та розвитку у людини. Десятиліття досліджень походження хвороб показали, що вплив довкілля в цей період може сприяти розвитку патологій у подальшому житті. Наприклад, ранній дефіцит харчування або надлишок може мати наслідки протягом життя для обміну речовин та здоров’я серцево-судинної системи. Внаслідок симбіотичної ролі мікробіоти кишечника в обміні речовин, вважається, що зміни в її складі можуть призвести до таких проблем зі здоров’ям.
Їжа, яку ми їмо, може мати значення для визначення того, які мікроби кишечника розмножуються. Кожен вид бактерій має оптимальне метаболічне середовище, яке підтримує його ріст. Наприклад, дієта, багата рослинною клітковиною, сприяє розвитку мікробіоти, що значно відрізняється від дієти, багатої дієтою, багатою на тваринні жири. У відповідь мікробіота перетворює неперетравлювані компоненти, такі як клітковина, у сполуки, корисні для росту клітин кишечника та для здорового розвитку імунної системи. Але що трапляється з мікробіотою кишечника, коли діти недоїдають?
Дослідження Лори В. Блантон та його колег (doi: 10.1126/science.aad3311) стосувалися цієї проблеми. Автори вивчали мікробіоти з зразків калу у малавійських дітей, з дефіцитом росту або без нього. Вони використали результати дітей, які нормально росли, щоб отримати модель здорового розвитку мікробіоти. Коли модель застосовувалась у всій когорті, автори виявили, що діти, які мали проблеми із збільшенням ваги, як правило, мали незрілу мікробіоту порівняно з тими, хто мав здорову вагу.
Потім дослідники вивчили, чи може різниця в мікробіотах кишечника сприяти погіршенню росту. Для цього вони використовували бактерії, виділені із зразків калу у дітей, і використовували їх для колонізації кишечника безмікробних мишей, у яких не було кишкових мікроорганізмів. Потім автори годували мишей дієтою, бідною поживними речовинами, що відображає типову малавійську дієту.
Через кілька тижнів миші, у яких містилася мікробіота, отримана від донорів із порушеннями росту (мишей із затримкою росту), набрали значно меншу вагу, ніж у контрольної групи з мікробіотою, отриманою від здорових дітей. Однак, якби ці дві групи були розміщені в одній клітці, мікроби з контрольних груп могли бути швидко передані низькорослим мишам, відновлюючи вагу тварин до здорового рівня. Дослідники приписували цей ефект двом бактеріальним видам: штам Ruminococcus gnavus та Clostridium symbiosum. Коли їх вводили мишам, що не містять мікробів, разом із ослабленою ростом донорською мікробіотою, ці види сприяли стійкому збільшенню ваги (рис. 1).
Рисунок 1. Довідка про здоровий кишечник.
Різні дослідження аналізували, як зміни в кишкових бактеріях впливають на ріст дитини. a. Молоді миші, кишечник яких колонізований мікробіотою від здорових дітей Малаві, відчувають значне збільшення ваги, навіть якщо вони харчуються з обмеженим вмістом поживних речовин. Цей приріст ваги може бути частково обумовлений підвищеною продукцією інсуліноподібного фактора росту, що сприяє наявності певних компонентів мікробіоти. b, навпаки, миші, які містять мікробіоти дитини з проблемами росту, не набирають вагу. c, введення двох мікробних видів, що сприяють зростанню на стадії колонізації, або доповнення раціону тварин цукрами, які називаються сиалізованими молочними олігосахаридами, можна відновити збільшення ваги до здорового рівня.
Щоб краще зрозуміти, як R. gnavus та C. symbiosum сприяють зростанню, Блантон та його колеги досліджували фекалії та печінку мишей за допомогою мас-спектрометрії. Рівні побічних продуктів розпаду амінокислот були нижчими в органах мишей з відновленим збільшенням ваги, порівняно з рівнями низькорослих тварин. Автори припустили, що додавання обох видів модифікувало метаболізм тварин із залученням амінокислот через ріст та утворення нежирної маси.
У другій публікації (Science, 2016, 19 лютого; 351 (6275): 854-7) Мартін Шварцер та його колеги надали додаткові підказки щодо того, як мікробіота може систематично стимулювати ріст у ранньому віці. Автори порівняли ріст нормальних молодих мишей з мишами, вільними від мікроорганізмів, показавши, що присутність мікробіоти сприяло зростанню завдяки виробленню великої кількості інсуліноподібного фактора росту. Якщо мишей розміщували в середовищах з низьким вмістом поживних речовин, мікробна стимуляція цього білка частково зменшує дефіцит росту. Не всі штами бактерій можуть сприяти зростанню таким чином: різні штами одного виду, Lactobacillus plantarum, по-різному впливали на ріст. Ці дані підкреслюють той факт, що кожен мікроорганізм по-різному взаємодіє зі своїм господарем, що свідчить про застереження щодо того, що сприятливий вплив бактерій на мишей може не повторюватися у людей.
У третьому дослідженні (Cell. 2016, 25 лютого; 164 (5): 859-71) Шарбоно та його колеги наводять докази того, що культивування конкретних штамів - не єдиний спосіб стимулювати ріст, залежний від мікробіоти. Автори досліджували молоко матерів, які мають дітей з проблемами харчування, виявивши, що їх молоко, як правило, має меншу кількість олігосахаридів, спеціалізованого цукру. Ці молекули представляють інтерес, оскільки їх багато в жіночому молоці, але не в коров’ячому. Щоб дослідити, чи мають олігосахариди корисні властивості для оцінюваного параметра, автори генерували мишей із затримкою росту, використовуючи експериментальну стратегію, подібну стратегії Блантона та його колег. Введення молока, що складається з сіалізованих олігосахаридів, у раціон тварин із ослабленим ростом, зуміло значно збільшити їх вагу, тоді як добавка з іншими видами цукру або лікування мишей з неколонізованою кишкою не давали таких. вигода.
На відміну від інших досліджень, Шарбоно та його колеги не приписували сприятливий вплив молочних олігосахаридів конкретному мікроорганізму. Додавання цукрів лише зуміло збільшити транскрипцію мікробних генів, що беруть участь у метаболізмі крохмалю та інших процесах. Автори прийшли до висновку, що результуюче зростання було спричинене численними складними взаємодіями всередині мікробної спільноти. Однак конкретні механізми, що лежать в основі цих взаємодій, ще не визначені.
Бібліографічне джерело
Мікробіом: їжа на трильйони
Деррік М. Чу та Керсті Аагаард
Кафедра акушерства та гінекології Медичного коледжу Бейлора, Х'юстон, Техас 77030, США