Важността на избора на диета

При проектирането на експерименти с животински модели обикновено се пренебрегва значението и разнообразието на хранителния избор, особено ако диетата не е основният фокус на изследването. Това може да се види в методологичните раздели на много публикации в лабораторните животински науки, където е обичайно да се четат неясни термини като „стандартна чау“ или „редовна диета“, които не предоставят на читателите полезна информация. Има много причини да се обмисля диетата внимателно за всеки експеримент, особено като се има предвид, че хранителните фактори са известни, че засягат почти всеки фенотип, включително здравните и болестните характеристики.

диета

„Стандартна чау“ (фиг. 1) обикновено описва различни диети на основата на зърнени или зърнени храни или накратко „чау-чау“, които се приготвят със съставки като соево брашно, смляна царевица, рибно брашно и странични животински продукти. С много малко изключения, това са „затворени“ формули, което означава, че формулата за чау - количествата на всяка използвана съставка - е собственост и не се споделя с изследователската общност. Освен това някои производители ще променят количеството на дадена съставка в чау от една партида в друга, в зависимост от нивата на хранителни вещества в тези конкретни партиди от съставки. Важно е да се отбележи, че обикновено има много високи нива на разтворими и неразтворими фибри в чау, често съставляващи около 20% от чау и идващи от множество източници. В допълнение, чаутата често съдържат хранителни, но биологично активни компоненти като фитоестрогени и токсични тежки метали като арсен, на биологично значими нива 1,2. Тъй като може да има промени в състава на съставките от една партида до друга, не е възможно да се поддържат последователни хранителни и нехранителни профили между партидите или между проучвания, използващи чау 1,2,3,4 .

Стандартните чайове често се правят от патентовани формули, които могат да се променят от една партида в друга.

За разлика от чау, пречистените диети (фиг. 2) са формулирани с рафинирани съставки и формулите са „отворени“ за изследователите, за да могат да знаят относителното количество на всяка съставка във формулата. Рафинираните съставки на пречистените диети позволяват пълен контрол върху хранителните им състави. Използването на съставки като казеин (главно протеини), царевично нишесте (въглехидрати), соево масло (мазнини) и целулоза (фибри) означава, че изследователят може да докладва формулата и хранителния състав на диетата на изследването, да възпроизведе състава от партида до партида и ревизирайте диетата с лекота, когато е необходимо. Като такива, пречистените диетични форми могат да бъдат индивидуално пригодени, за да отговорят на нуждите на всеки изследовател. Например, производителите могат селективно да премахват или променят отделни диетични компоненти в пречистените диети, като източника на фибри; това не е възможно при чау, като се има предвид, че фибрите в диетата на чау произхождат от множество зърнени съставки.

Пречистените диети се правят от отворени формули с рафинирани съставки, които се поддържат последователно от една партида до следващата.

Пречистените диети се използват от 20-те години на миналия век и те са били ключови за откриването на основните хранителни роли на витамините и минералите 5. През 1976 г. комитет на изследователите по хранене се събира, за да разработи отворена, фиксирана формула за диета с пречистени съставки и с ниско съдържание на мазнини, която може да се храни на мишки и плъхове на всички етапи от живота. Тази диетична формула се нарича диета AIN-76A и е преработена в началото на 90-те години, за да се получи диета AIN-93 от серия 6. Тези AIN формули са в състояние да отговорят на хранителните и експериментални нужди на изследвания в много области на биологичните изследвания и те могат да бъдат - и са били - адаптирани и модифицирани, за да отговорят на всяка изследователска цел.

Например, пречистените диети с високо съдържание на мазнини за изследване на индуцирано от диетата затлъстяване (DIO) при гризачи са формулирани чрез заместване на калориите от източника на въглехидрати с тези от източника на мазнини. Пречистените диети с високо съдържание на мазнини осигуряват хранително балансиран начин за изследване на DIO и в сравнение с правилно съчетаната диета с ниско съдържание на мазнини, те позволяват на изследователя да разбере ефектите от по-високите нива на мазнини върху фенотипа на животното. Въпреки това, въпреки че са изключително полезни, никоя пречистена диетична формула не е перфектна. Въпреки несъвършенствата в диетичните формули, а понякога дори и поради такива несъвършенства, изследователската общност направи някои случайни открития за здравето на лабораторните животни, използвайки пречистени диети.

Дълбоко въздействие на избора на диета върху здравето на червата

Добре известно е, че диетата влияе силно върху здравето на червата. Всъщност процесът, чрез който пречистените диети с високо съдържание на мазнини инициират DIO и метаболитно заболяване при гризачи, вероятно започва в червата. Доказано е, че трансплантацията на микробиота от мишки с DIO в червата на мишки без микроби увеличава чувствителността на тези микробни мишки към затлъстяване 7. Освен това, храненето на мишки с високо съдържание на мазнини увеличава метаболитната ендотоксемия, състояние на възпаление, което се смята за предшестващо развитието на затлъстяване и инсулинова резистентност 8 .

Последните изследвания подчертаха значението на фибрите, по-специално за формирането на здравето на червата и развитието на затлъстяване. В едно проучване мишките, хранени с пречистени диети с целулоза, развиват по-голямо затлъстяване и имат по-ниско тегло на цекума и дебелото черво, отколкото тези, хранени с диети с чау, независимо дали пречистената диета е с ниско или високо съдържание на мазнини 10. Тези ефекти настъпват бързо в продължение на няколко дни. Доказано е, че чревната микробиота има важен принос за този ефект, тъй като антибиотичното лечение, прилагано в питейната вода, намалява затлъстяването и частично възстановява целумалната маса и дължината на дебелото черво при мишки, хранени с диета с ниско съдържание на мазнини. Добавянето на целулоза към диетата с чау не води до значителни промени в сляпото черво и дебелото черво, демонстрирайки, че целулозата не причинява затлъстяване или атрофия на тъканите на сляпата и дебелото черво, което се наблюдава при мишки, хранени с пречистените диети. По-скоро тези резултати предполагат, че чау съдържа нещо защитно, което липсва в пречистената диета.

Тъй като има известни разлики между пречистените диети и чау, особено по отношение на видовете и относителните количества фибри, които те съдържат, впоследствие изследователите добавят към пречистените диети с ниско и високо съдържание на мазнини или неферментиращи фибри под формата на целулоза или ферментиращи влакна под формата на инулин. Те откриха, че добавянето на инулин към пречистени диети с ниско или високо съдържание на мазнини увеличава теглото на сляпото черво и дебелото черво и значително намалява телесното тегло на мишките. Добавянето на инулин към чау също увеличава дължината на дебелото черво и теглото на цекума при мишки с конвенционална микробиота, докато този ефект липсва при мишки без микроби. Това отново предполага, че микробиотата е необходима, за да може инулинът да повлияе положително на морфологията на цекума и дебелото черво. SCFA са драстично по-високи при мишки, които са били хранени с чау в сравнение с тези, които са били хранени с пречистени диети, а добавянето на инулин към пречистена диета увеличава значително дела на един специфичен SCFA, ацетат. В дискусията си авторите на изследването предполагат, че ферментацията на разтворими фибри от чревни бактерии поддържа здравето на червата и че този ефект може да бъде медииран отчасти чрез повишаване на нивата на SCFA.

Тези данни показват, че морфологията на червата и най-вероятно здравето на червата също се различават значително между мишките, хранени с нискомаслена чау, и тези, които се хранят с също толкова нискомаслена пречистена диета, чийто единствен източник на фибри е целулозата. Освен това, простото добавяне на инулин към формулите на настоящите пречистени диети може да предотврати много от тези промени в червата, като същевременно осигурява стабилна и дефинирана контролна диета. Много е важно изследователите да знаят и разбират, че съдържанието на фибри в тяхната контролна диета или която и да е друга диета влияе върху растежа на бактериите и здравето в сляпото черво и дебелото черво на лабораторните животни. В резултат на това изследователите трябва да подбират много внимателно диетите си за контрол и да внимават да не сравняват диетите с чау и пречистените диети помежду си. За да се запази най-високата степен на контрол върху техните изследвания, изследователите трябва да обмислят използването на диети с пречистени съставки, които могат да бъдат формулирани, за да отговорят на техните специфични нужди.

Препратки

Браун, Н. М. и Сетчъл, К. Д. Животински модели, повлияни от фитоестрогени в търговски чау: последици за пътищата, повлияни от хормоните. Лаборатория. Инвестирам. 81, 735–747 (2001).

Козул, C.D. и др. Лабораторната диета дълбоко променя генната експресия и обърква геномния анализ в черния дроб и белия дроб на мишката. Chem. Biol. Взаимодействайте. 173, 129–140 (2008).

Йенсен, М.Н. & Ritskes-Hoitinga, M. Как нивата на изофлавон в обичайните диети на гризачи могат да повлияят на стойността на животинските модели и на експерименталните резултати. Лаборатория. Anim. 41, 1–18 (2007).

Рао, Г.Н. & Knapka, J.J. Концентрации на замърсители и хранителни вещества в диетата на плъхове и мишки с естествена съставка, използвана при химични токсикологични изследвания. Fundam. Приложение Токсикол. 9, 329–338 (1987).

Кнапка, J.J. Диети за животни за биомедицински изследвания. Лаборатория Anim. (Ню Йорк). 17, 17–18 (1988).

Reeves, P.G., Nielsen, F.H. & Fahey, G.C. Пречистени диети AIN-93 за лабораторни гризачи: окончателен доклад на Американския институт по хранене ad hoc комисия за писане по преформулиране на диетата за гризачи AIN-76A. J. Nutr. 123, 939–951 (1993).

Turnbaugh, P.J. et al. Чревен микробиом, свързан със затлъстяването, с повишен капацитет за енергийна реколта. Природата 444, 1027–1031 (2006).

Кани, П.Д. и др. Метаболитната ендотоксемия инициира затлъстяване и инсулинова резистентност. Диабет 56, 1761–1772 (2007).

den Besten, G. et al. Ролята на късоверижните мастни киселини във взаимодействието между диетата, чревната микробиота и енергийния метаболизъм на приемника. J. Lipid Res. 54, 2325–2340 (2013)

Chassaing, B. et al. Липсата на разтворими фибри води до затлъстяване, предизвикано от диета при мишки. Am. J. Physiol. Гастроинтест. Черен дроб Physiol. 309, G528 – G541 (2015).