Влияние скорости роста кишечных бактерий на разложение пищевых волокон

Около 80% иммунной системы человека функционирует в желудочно-кишечном тракте. Кишечные бактерии и их метаболиты играют ключевую роль во взаимодействии кишечника с другими органами. Органические кислоты, производимые бактериями толстой кишки (ацетат, лактат, пропионат, сукцинат и бутират), активируют множество иммунных и гормональных процессов. Поэтому микробиота, состоящая из сотен видов бактерий, жизненно важна для нормальной работы и здоровья организма.

Пища как регулятор микробиоты

Пища — ключевой фактор модуляции кишечной микробиоты и её метаболизма. Критически важные питательные вещества для бактерий толстой кишки — это пищевые соединения (например, клетчатка), которые не расщепляются ферментами в желудке и тонком кишечнике и потому достигают толстой кишки. Для нормальной работы кишечника человеку требуется не менее 25–35 граммов клетчатки в день.

Скорость транзита — ключевой параметр

Характер процессов в толстой кишке во многом определяется скоростью транзита химуса, которую in vitro можно моделировать скоростью разбавления в непрерывной культуре. Скорость транзита — ключевой параметр, определяющий доступность питательных веществ для бактерий, а значит, и то, какие продукты будут образованы из остатков пищи.

1. Сначала бактерии расщепляют углеводы (волокна).
2. При более низкой скорости транзита, когда углеводы заканчиваются, бактерии начинают расщеплять больше белков, что может привести к образованию токсичных веществ.

Эксперимент с пектином и ксиланом

Исследовательская группа TalTech изучила, как меняются состав и метаболизм фекальной микробиоты в диапазоне скоростей роста, аналогичных физиологической скорости транзита в толстой кишке. Исследовалось влияние пектина (содержится во фруктах и ягодах: смородине, яблоках, сливах) и ксилана (важное волокно злаков: ржи, пшеницы).

Результаты: скорость роста важнее типа волокна

Эксперименты показали, что скорость роста оказывала гораздо большее влияние на состав и метаболизм фекальной микробиоты, чем специфика волокна. С точки зрения питания это означает, что количество и разнообразие пищевых волокон определяют скорость прохождения пищи по пищеварительному тракту и, следовательно, скорость роста и активность кишечной микробиоты.

Исследователи также проверили воспроизводимость результатов, стабилизируя культуру при высокой и низкой скорости разбавления и проводя эксперименты в обоих направлениях (от медленной к быстрой скорости и наоборот). Результаты были воспроизводимы, что подтверждает: удельная скорость роста является ключевым фактором в развитии микробных сообществ.

Адаптация и перспективы для здоровья

Похожие изменения наблюдались как в микробиоте детей (в предыдущих исследованиях), так и взрослых. Более того, фекальная микробиота способна адаптироваться к медленным изменениям скорости транзита. Это означает, что если, изменив режим питания, удастся сократить время прохождения пищи по кишечнику (увеличить скорость транзита), бактериальное сообщество адаптируется к новой скорости, и его метаболизм станет более благоприятным для здоровья.

Будущее: от трансплантации к искусственной микробиоте

Контролируемое культивирование in vitro и современные аналитические методы позволяют системно оценивать сложные взаимодействия в микробных консорциумах. Во многих случаях разнообразие микробиоты снижено настолько, что смена диеты не поможет, так как полезные бактерии уже «вымыты». Сегодня лучшим решением в такой ситуации является трансплантация фекалий от здорового донора. Если научиться выращивать подходящие для трансплантации консорциумы в лабораторных или промышленных условиях, пробиотики следующего поколения (искусственная микробиота) смогут заменить трансплантацию фекалий для пациентов с дисбиозом.

Новые знания о взаимосвязях между микробными сообществами кишечника и пищевыми волокнами позволяют модифицировать диету для поддержки собственных бактерий. Хотя результаты лабораторных экспериментов требуют проверки в исследованиях питания человека, предыдущие данные in vitro хорошо коррелировали с результатами испытаний на людях.