Микробиомът влияе върху затлъстяването и диабета

Schlehe, Julia S .; Усар, Зигфрид

Разнообразното хранене е важно, за да се поддържа здравословен, разнообразен чревен микробиом, който поддържа метаболитното здраве.

Както затлъстяването, така и диабетът тип 2 са многофакторни заболявания и се основават на тясно взаимодействие на генетичното предразположение и редица влияния на околната среда. Храненето играе централна роля като „фактор на околната среда“ в развитието на тези заболявания. През последните години беше доказано, че небалансираното хранене може не само да доведе до приема на излишни калории, но също така има драматично въздействие върху микроорганизмите, които колонизират стомашно-чревния тракт на човека.

Систематичното изследване на чревния микробиом - цялостта на микроорганизмите, живеещи в червата - чрез използване на ДНК секвениране и биоинформативни методи, междувременно позволи множество проучвания за установяване на тясната връзка между промените в чревната микробиота и развитието на голямо разнообразие от заболявания; това също включва затлъстяване и диабет тип 2 (1). Чревната микробиота представлява сложна екосистема, състояща се от голям брой предимно бактерии, но също така арха и вируси с маса около 1,5 kg и огромно разнообразие (1).

Предизвикателства пред функционалното разбиране

Към днешна дата са описани повече от 1000 бактериални вида, от които само около 160 образуват основен микробиом, който може да бъде идентифициран между индивидите (2–4). Комбинираният геном от тези над 1000 микробиоти надвишава човешкия геном около 100 пъти (2). Това голямо разнообразие и сложност на микробиома и фактът, че само част от микробиотата може да се култивира извън тялото, все още представляват едно от най-големите предизвикателства за функционалното разбиране на чревния микробиом. Въпреки това, няколко клинични проучвания са успешни, както в Затлъстяване и диабет тип 2 за идентифициране на специфични сигнатури на микробиотата или нейните метаболити, които поне могат да представляват основата за по-нататъшни функционални анализи (4–7). Трябва да се отбележи обаче, че съставът на микробиома между индивидите зависи много силно от възрастта, пола и етническата принадлежност, което затруднява прилагането на тези резултати от проучването върху широка популация.

Чревната микробиота има потенциала да регулира телесното тегло

Изследванията върху мишки без микроби показват, че при липса на чревна микробиота има по-малко наддаване на тегло в сравнение с мишките, обичайно колонизирани с бактерии, ако тези мишки се хранят с високомаслена храна (8). Въз основа на това, чревната микробиота от близнаци, които се различават по отношение на затлъстяването, бяха трансплантирани в асептични мишки (9). Дори когато се хранят с диета с високо съдържание на растителни вещества и ниско съдържание на мазнини, мишките, които са получили микробиотата на затлъстели близнаци, са натрупали повече тегло от мишките, които са получили микробиотата на постни близнаци. Това даде възможност да се покаже, че промените в чревната микробиота са не само следствие от затлъстяване, но, обратно, също са значително включени в регулирането на наддаването на тегло (9).

Независимо от това, преносимостта на тези експерименти върху хората трябва да се гледа с повишено внимание, тъй като същото проучване може също да покаже, че социализацията на мишки с „дебела“ и „тънка“ микробиота води до това, че „дебелите“ мишки са микробиота на „ Thin ”предполага, че разнообразието на тяхната микробиота може да се увеличи и да спечели по-малко тегло. Това предполага, че чревната микробиота в основата си има потенциала да регулира телесното тегло, но че действителните ефекти зависят много от сложните условия на околната среда.

По принцип се установи, че разнообразието на микробиотата е от голямо значение за „здравия“ чревен микробиом и че не непременно се променят отделните видове бактерии, а по-скоро се променят взаимоотношенията между бактериалните щамове заедно с патологичните промени.

Например, когато напълнеете, има много голямо увеличение на Firmicutes в сравнение с Bacteroides, които заедно комбинират около 90 процента от известните видове бактерии (1, 4). Функционално това от своя страна се отразява в промяна в производството на късоверижни мастни киселини, при което при субектите с наднормено тегло се образува повече пропионат, докато бутиратът преобладава при слабите индивиди (10). В допълнение, голям брой проучвания са идентифицирали отделни видове бактерии, които корелират с различни фактори като телесно тегло, кръвна захар, но също така и различни възпалителни параметри, включително например Akkermansia muciniphila, Lactobacillus gasseri и Faecalibbacterium prausnitzii (1).

Тълкуването на тези резултати обаче се затруднява, тъй като отделните бактериални видове не трябва да се разглеждат изолирано, а винаги като част от екосистема, в която промените в един бактериален вид променят цялата екосистема и по този начин също влияят върху изобилието на други бактериални видове. Поради тази причина беше въведена концепцията за ентеротипове, които трябва да се разбират като групи бактерии, които корелират заедно с определени метаболитни фенотипове или им влияят пряко.

Функционална мрежа вместо филогенетично родословно дърво

Този нов подход има смисъл поради нарастващия брой данни за последователността на генома от различни микробиоми, тъй като таксономичната класификация на бактериални видове, щамове и т.н. вече не е на преден план, а по-скоро функционално групиране, основано на общи или допълващи генни функции. С този подход, който набира популярност, функционалната мрежа е на преден план вместо филогенетичното родословно дърво.

Независимо от този подход, възможно най-разнообразният чревен микробиом може да повлияе положително на метаболитното здраве на гостоприемника и по този начин представлява привлекателен терапевтичен подход при метаболитния синдром.

Първоначалната колонизация на червата се осъществява по време на раждането от бактериите от майката и достига стабилно равновесие около 3-годишна възраст (11, 12). В напреднала възраст стабилността на микробиома отново намалява поради употребата на лекарства и други фактори на околната среда (13).

Нормалната колонизация на червата, но също така и на кожата и устната кухина, се извършва по време и след раждането от влагалищната микробиота на майката и се различава в случай на раждане чрез цезарово сечение, тъй като тук се извършва главно колонизация от майчини кожни бактерии, което води до намалено разнообразие от първоначалния микробиом. Интересното е, че това намалено разнообразие е свързано с повишен риск от развитие на затлъстяване (14).

Точните причини за тази връзка с болестното затлъстяване, което се появява много по-късно в живота на децата, все още не са проучени адекватно. В наскоро публикувано проучване обаче беше показано, че излагането на деца, родени чрез цезарово сечение, на вагиналната течност на майката е достатъчно за установяване на микробиом, подобен на този на деца, родени вагинално (15). Следователно ще бъде много поучително да се види дали това излагане има дългосрочни положителни последици.

В допълнение към вида на раждането, фактори като генетиката на детето, кърменето спрямо храненето по шише и употребата на антибиотици също играят важна роля в първоначалното развитие на разнообразието на чревния микробиом (1, 4, 14, 16). В допълнение, видът диета не само влияе върху състава на микробиома през първите няколко години от живота, но също така оказва постоянен, силен селекционен натиск върху чревните бактерии през целия живот. Промяната в диетата при възрастни може да доведе до измерими промени в чревната микробиота в рамките на три дни, които са обратими в краткосрочен план (17).

Ако обаче някои хранителни вещества или диетични фибри не се консумират дълго време, настъпват необратими промени в чревната микробиота (18). Поради тази причина трябва също така да се има предвид, че намаляването на захарта и нишестето при лечението на диабетици евентуално трябва да бъде придружено от добавяне на несмилаеми въглехидрати, за да се противодейства на намаляването на микробното разнообразие.

Като цяло разнообразието на чревната микробиота е по-голямо при вегетарианците, отколкото при смесените кохорти - въпреки че отказът от хранителни вещества за животни може да доведе и до селективно намаляване на отделните микробиоти. Независимо от вида на диетата, през последните 50 години се наблюдава рязко намаляване на разнообразието от храни (19), което, интересно, корелира с рязкото увеличение и затлъстяването и диабет тип 2. Следователно диетата, която е възможно най-разнообразна, е важна и за поддържане на здравословен, разнообразен чревен микробиом, който поддържа метаболитното здраве.

Използването на трансплантации на изпражнения за лечение на различни заболявания датира от повече от 1000 години и произхожда от Китай. Днес се използва за инфекции с Clostridium difficile (20), въпреки че тук все още трябва да се разработи достатъчно тествано, стандартизирано приложение.

Сега най-накрая започваме да разбираме сложната екосистема на чревния микробиом, главно поради техническите разработки в геномното секвениране и биоинформатиката.
Ефектите от чревния микробиом в никакъв случай не са ограничени до стомашно-чревния тракт, но са важна част от регулацията на целия организъм.
Степента, до която специфични ентеротипове могат да бъдат използвани за борба със затлъстяването или диабет тип 2 и доколко те са по-добри или дългосрочно ефективни от пробиотиците, които вече са налични в контекста на тези метаболитни заболявания, остава да бъде доказано.
Вече известните влияния на микробиома върху затлъстяването и диабета показват обаче до каква степен взаимодействието на генетиката и влиянията на околната среда влияе върху нашето здраве. ▄

Ген център и Висше училище за количествени биологични науки
Мюнхен, Университет „Лудвиг Максимилианс“

JRG Адипоцити и метаболизъм, Институт за диабет и затлъстяване, Център за диабет Helmholtz в Helmholtz Zentrum Mьnchen

Немски център за изследване на диабета (DZD)

Конфликт на интереси: Няма конфликт на интереси.