2019年9月19日

对于肠道微生物,并非所有类型的纤维都是相同的

圣路易斯华盛顿大学医学院的一项新研究表明,饲喂特定类型的纤维后,有益的肠道微生物会蓬勃发展。研究人员开发了人造食物颗粒,使它们能够测量人类肠道细菌如何在纤维穿过小鼠肠道时处理不同类型的纤维。人造食品颗粒由磁珠组成,磁珠表面覆盖有纤维分子。不同颜色的荧光标记使研究人员能够跟踪哪种纤维类型附着在哪个磁珠上。图片来源:Michael Patnode

根据圣路易斯华盛顿大学医学院的一项新研究,当食用膳食纤维中的特定类型成分时,某些与健康有关的人类肠道微生物会蓬勃发展。

这项工作是在用 并使用新技术来测量营养物质的加工过程,这是朝着开发更多技术的一步 基于有针对性地丰富肠道关键成员的策略 。研究人员发现了能够选择性增加有益微生物丰富度的纤维,并追踪了导致其作用的纤维生物活性成分。为了破译肠道群落成员如何在这些纤维成分上相互竞争或合作,他们还发明了一种人工 用作生物传感器的小颗粒,用于监测肠道内的营养物质处理。

这项研究发表在9月19日的期刊上 细胞.

“我们正处于一场革命之中 高级作者Jeffrey I. Gordon,医学博士,Robert J. Glaser杰出大学教授,爱迪生基因组科学中心爱迪生家庭中心主任说:“使用先进的分析工具可以鉴定出各种食品中天然存在的分子。 &Systems Biology和本研究的负责人。“由此产生的食品成分百科全书为理解肠道微生物如何能够检测这些成分并将其转化为用于满足自身需求的产品以及与我们分享的机会。 。破解有益于微生物的饮食成分的密码是设计增强健康食品的关键。”

膳食纤维可促进健康,但高纤维水果,蔬菜,全谷类和豆类食品缺乏典型的西方饮食。纤维包含非常多样化和复杂的分子集合。肠细菌所使用的各种纤维的特定成分并赋予健康益处通常是未知的。自从 拥有分解膳食纤维的基因库非常有限,而且很多肠子 这些基因充满了物质,人们依靠肠道微生物来消化纤维。

为了了解哪种类型的纤维可以促进人体肠道中不同类型有益微生物的代表及其活性成分的性质,研究人员筛选了食品公司Mondelez International提供的34种类型的纤维。他们的清单包括在食品制造过程中经常丢弃的纤维,例如水果和蔬菜皮以及谷壳。

研究人员首先将在无菌条件下饲养的小鼠与从健康人体内培养的肠道菌种一起定殖。对这些生物的基因组进行了测序,以清点其基因。最初,向包含该模型人肠道群落的小鼠组喂食高饱和脂肪和低纤维的基本人类饮食。接下来,研究人员筛选了144种含有不同类型和数量的纤维补充剂的衍生饮食。研究人员监测了添加的纤维对模型肠道菌群成员水平的影响,以及由其基因组编码的蛋白质的表达。

戈登说:“微生物是大师级老师。” “对不同纤维有反应的微生物基因提供了一个重要的线索,即给定社区成员更喜欢消耗给定类型纤维中的哪种分子。”

第一作者迈克尔·帕特诺德(Michael L. Patnode)博士说,他是戈登实验室的博士后研究员:“我们的筛查确定了食品级纤维,这些纤维选择性地影响了属于一组称为拟杆菌的细菌的不同物种。我们的实验表明,豌豆纤维中,活性分子成分包括一种叫做阿拉伯聚糖的多糖,而从果皮中回收的柑橘果胶中,另一种称为高半乳糖醛酸的多糖负责细菌的繁殖。”

研究人员发现肠道细菌之间的相互作用有助于解释纤维对拟杆菌的选择性作用。事实证明,他们社区中的某些拟杆菌属彼此直接竞争以消耗膳食纤维的成分,而另一些则属于邻居。研究人员说,了解这些关系对于开发由肠道中共同生活的不同微生物种群进行最佳加工的食品非常重要。

为了剖析这些关系,Patnode制造了由不同类型的磁性微观玻璃珠组成的人造食物颗粒。每种类型都包含与珠子表面结合的给定的纤维衍生多糖以及结合的荧光标记的给定类型。将不同珠子类型的集合同时引入到人类肠道微生物群落定植的不同组小鼠的肠道中,无论有无意将其一个或多个拟杆菌属成员遗漏。然后通过这些动物的肠后回收食物颗粒,并测量颗粒表面上残留的多糖量。

帕特诺德说:“这些人造食品颗粒充当生物传感器,使我们能够辨别拟除虫菊酯是如何影响社区加工不同珠子上不同多糖的能力的。” “此外,我们能够监测不同饮食环境下纤维的降解。”

戈登指出,含营养的人造食品颗粒不仅可以用作生物传感器来定义一个人的微生物群落的功能,而且还可以帮助食品科学家开发出生产更多营养食品的方法,这些食品中含有多种促进健康的生物活性纤维成分的组合。

更多信息: Patnode ML,Beller ZW,Han ND,Cheng J,Peters SL,Terrapon N,Henrissat B,Le Gall S,Saulnier L,Hayashi DK,Meynier A,Vinoy S,Giannone RJ,Hettich RL,Gordon JI。种间竞争影响纤维来源的聚糖对人类肠道细菌的靶向操纵。 细胞。 2019年9月19日.DOI:10.1016 / j.cell.2019.08.011, www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)30899-2

期刊信息: 细胞

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