Исследование направлено на разработку способов выявления соединений, которые могут повысить репрезентативность здоровых членов кишечного микробного сообщества. Цель состоит в том, чтобы определить устойчивые и доступные источники пищевых волокон для включения в более питательные продукты питания следующего поколения.
"Клетчатка считается полезной. Но на самом деле клетчатка представляет собой очень сложную смесь множества различных компонентов », – говорит ведущий автор Джеффри Гордон, микробиолог из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Луи. "Кроме того, волокна из разных растительных источников, которые обрабатываются по-разному при производстве пищевых продуктов, имеют разные составляющие. К сожалению, нам не хватает подробных сведений об этих различиях и их биологическом значении.
Мы действительно знаем, что современные западные диеты имеют низкий уровень клетчатки; этот недостаток клетчатки был связан с потерей важных членов кишечного сообщества и пагубными последствиями для здоровья."
Исследователи начали с тестирования 34 препаратов пищевых волокон, многие из которых были очищены от побочных продуктов производства пищевых продуктов, таких как кожура фруктов и овощей, которые выбрасываются во время производства обработанных пищевых продуктов и напитков. Они использовали мышей, изначально выращенных в стерильных условиях, а затем колонизированных кишечными микробами человека. Животных кормили диетой с высоким содержанием жиров и низким содержанием клетчатки, характерной для рациона, обычно потребляемого в Соединенных Штатах, с различными типами дополнительных волокон или без них.
Цель состояла в том, чтобы определить те волокна, которые лучше всего повышают уровни основных видов бактерий, разлагающих волокна, и способствуют экспрессии полезных метаболических ферментов в микробиоме.
Поскольку мыши были колонизированы определенной коллекцией кишечных бактерий человека с секвенированными геномами, исследователи знали все гены, которые присутствовали в их модели микробного сообщества кишечника человека. Это позволило им провести всестороннее протеомное исследование с высоким разрешением всех бактериальных белков, экспрессия которых изменилась в ответ на различные типы волокон, которые они тестировали.
Комбинируя эти результаты с генетическим скринингом, они смогли идентифицировать конкретные источники клетчатки, их биоактивные молекулярные компоненты и бактериальные гены, которые увеличивались у разных видов Bacteroides, когда они сталкивались с разными волокнами. Они сосредоточились на Bacteroides, потому что представители этой группы видов бактерий содержат гены, отвечающие за метаболизм пищевых волокон, которых нет в геноме человека.
На втором этапе исследования исследователи хотели определить, как различные члены микробного сообщества взаимодействуют друг с другом, когда они едят пищевые волокна.
Первый автор Майкл Патноуд, научный сотрудник лаборатории Гордона, разработал флуоресцентно меченые искусственные частицы пищи с различными типами связанных углеводов из разных волокон. Коллекции этих содержащих питательные вещества частиц скармливались мышам, колонизированным определенными микробными сообществами, содержащими различные комбинации видов Bacteroides.
«Мы были взволнованы, увидев, как эти« биосенсоры »можно использовать для оценки обработки определенных компонентов волокна конкретными видами бактерий», – говорит Патнод.
Скачав эти частицы мышам, которые либо несли, либо не являлись носителями доминирующих видов, потребляющих клетчатку, авторы обнаружили, что подчиненные виды ждали в очереди, чтобы подойти и потребить клетчатку.
«Мы подозревали, что между различными сортами может существовать конкуренция, и что некоторые из них будут более сильными конкурентами, чем другие», – говорит Патноде. Протеомический анализ и генетический скрининг подтвердили, что существует иерархия потребления клетчатки среди видов, присутствующих в этом модельном бактериальном сообществе.
Гордон объясняет, что «важно понимать, как присутствие определенного организма влияет на пищевое поведение других организмов – в данном случае в отношении различных волокон. Если мы собираемся разрабатывать продукты, ориентированные на микробиоту, которые будут полезны для здоровья человека, важно найти способы определить, какие основные продукты питания будут лучшим источником питательных веществ и как микробиота будет реагировать на них."