Звучи като сюжет на научно-фантастичен филм от 50-те години: нормални, полезни бактерии, които започват да ядат своя домакин отвътре, защото не получават това, което искат.

високо

Новите изследвания показват, че точно това се случва, когато микробите в храносмилателната система не получават естествените фибри, на които разчитат за храна.

Изгладнели, те започват да похапват естествения слой слуз, който подрежда червата, като ерозира до точката, в която опасните нахлуващи бактерии могат да заразят стената на дебелото черво.

В нова статия в Cell международен екип от изследователи показва въздействието на лишаването от фибри върху червата на специално отгледани мишки. Мишките са родени и отгледани без собствени чревни микроби, след което са получили трансплантация на 14 бактерии, които обикновено растат в човешките черва. Учените знаят пълния генетичен подпис на всеки един, което прави възможно проследяването на тяхната активност във времето.

Констатациите имат значение за разбирането не само на ролята на фибрите в нормалната диета, но и на потенциала за използване на фибри за противодействие на ефектите от нарушения на храносмилателния тракт.

„Урокът, който научаваме от изучаването на взаимодействието на фибрите, чревните микроби и чревната бариерна система, е, че ако не ги храните, те могат да ви изядат“, казва д-р Ерик Мартенс, доцент на микробиология в Медицинския факултет на Университета в Мичиган, който ръководи изследването заедно с бившия си докторант Махеш Десай, д-р, сега в Люксембургския здравен институт.

Използвайки специалния гнотобиотик на UM или без микроби, съоръжение за мишки и усъвършенствани генетични техники, които им позволиха да определят кои бактерии са налични и активни при различни условия, те проучиха въздействието на диетите с различно съдържание на фибри - и тези без фибри. Те също така заразиха някои от мишките с бактериален щам, който прави мишки това, което някои щамове на Escherichia coli могат да направят на хората - причиняват чревни инфекции, които водят до дразнене, възпаление, диария и др.

Резултатът: слузният слой остава дебел и инфекцията не се задържа напълно при мишки, които получават диета с около 15 процента фибри от минимално обработени зърнени култури и растения. Но когато изследователите замениха диета без фибри, дори за няколко дни, някои от микробите в червата им започнаха да се хранят със слузта.

Те също така опитаха диета, богата на пребиотични фибри - пречистени форми на разтворими фибри, подобни на това, което някои преработени храни и добавки съдържат в момента. Тази диета доведе до същата ерозия на слузния слой, както се наблюдава при липсата на фибри.

Изследователите също така видяха, че комбинацията от бактерии се променя в зависимост от това с какво се хранят мишките, дори ден след ден. Някои видове бактерии в трансплантирания микробиом са по-чести - което означава, че са се размножили повече - в условия с ниско съдържание на фибри, други в условия с високо съдържание на фибри.

И четирите бактериални щама, които процъфтяват най-много в условия с ниско съдържание на фибри и без влакна, са единствените, които произвеждат ензими, способни да разграждат дългите молекули, наречени гликопротеини, които съставят слузния слой.

В допълнение към разглеждането на бактериите въз основа на генетична информация, изследователите могат да видят кои храносмилателни ензими бактериите произвеждат. Те откриха повече от 1600 различни ензими, способни да разграждат въглехидратите - подобно на сложността в нормалните човешки черва.

Точно както сместа от бактерии, сместа от ензими се променя в зависимост от това с какво се хранят мишките, като дори от време на време липсата на фибри води до по-голямо производство на ензими, разграждащи слузта.

Изображенията на слузния слой и "бокаловите" клетки на стената на дебелото черво, които непрекъснато произвеждат слуз, показват, че слоят е по-тънък, колкото по-малко фибри получават мишките. Докато слузът непрекъснато се произвежда и разгражда в нормални черва, промяната в активността на бактериите при най-ниско съдържание на фибри означава, че темпото на хранене е по-бързо от темпото на производство - почти като прекалено реколтирането на дървета, изпреварващо засаждането на новите.

Когато изследователите заразиха мишките с Citrobacter rodentium - бактериите, подобни на Е. coli - те забелязаха, че тези опасни бактерии процъфтяват повече в червата на мишките, хранени с диета без фибри. Много от тези мишки започнаха да показват признаци на заболяване и отслабнаха.

Когато учените разглеждат проби от чревната си тъкан, те виждат не само много по-тънка или дори неравномерна слуз по-късно - те също така виждат възпаление в широка област. Мишките, които са приемали богата на фибри диета, преди да бъдат заразени, също са имали известно възпаление, но на много по-малка площ.

Мартенс отбелязва, че в допълнение към гнотобиотичното съоръжение, изследването е било възможно и поради способността на микробите за секвениране на ДНК и РНК, изградена чрез инициативата за домакинството на микробиома в Медицинското училище, както и изчислителната способност да се преодолеят всички данни за последователността.

„Наличието на всички ресурси тук беше ключът към това да работим и фактът, че всичко беше отсреща от нашата лаборатория, ни позволи да свържем всичко заедно“, казва той. Той също така отбелязва ролята на колегите от U-M, водени от Габриел Нунес и Нобухико Камада при осигуряването на модела на патогена C. rodentium, и на френски сътрудници от университета в Екс-Марсилия при изучаването на ензимите в червата на мишката.

В бъдеще Мартенс и Десаи възнамеряват да разгледат въздействието на различни смеси от пребиотични фибри и на диети с по-периодично съдържание на естествени фибри за по-дълъг период. Те също така искат да потърсят биомаркери, които биха могли да им разкажат за състоянието на слузния слой в човешките черва - като изобилието от щамове, смилащи бактерии, и ефекта на ниско съдържание на фибри върху хронични заболявания като възпалително заболяване на червата.

„Докато тази работа е била при мишки, посланието„ за вкъщи “от това произведение за хората обогатява всичко, което лекарите и диетолозите ни казват от десетилетия: Яжте много фибри от различни природни източници“, казва Мартенс. "Вашата диета влияе пряко на вашата микробиота и оттам може да повлияе на състоянието на слузния слой на червата и склонността към болести. Но това е открит въпрос дали можем да излекуваме културната ни липса на фибри с нещо по-пречистено и лесно за поглъщане от много броколи. "