Alberta FYBER-undersøgelsen (fød dine tarmbakterier mere fiber).

Overvægt og fedme øger markant risikoen for at udvikle adskillige sygdomme, herunder hjerte-kar-sygdomme (CVD), type 2-diabetes (T2D) og visse kræftformer. Det mikrobielle samfund (mikrobiota), der er bosat i tarmen, spiller en bemærkelsesværdig rolle i fedme og dens tilknyttede patologier (f. CVD, T2D), og er derfor et potentielt terapeutisk mål. Diæt er kendt for at bestemme, om tarmmikrobiotaens bidrag til værtsmetabolisme er gavnlige eller skadelige. En vestlig kost med højt indhold af fedt og sukker er forbundet med systemisk inflammation, mens fedtindtag øger lipopolysaccharid-translokation gennem tarmmembranen. Derudover kan tarmmikrobiel metabolisme af cholin og L-carnitin producere trimethylamin, som har vist sig at bidrage til åreforkalkning efter at være blevet oxideret i leveren til trimethylamin N-oxid (TMAO). I modsætning hertil er diæter med højt indhold af kostfibre fra frugt, grøntsager og fuldkorn omvendt forbundet med inflammation og kan potentielt vende virkningerne af en kost med højt fedtindhold. Fermenterbare fibertyper kan modstå værtsfordøjelse, men fermenteres derefter af tarmmikrobiotaen til kortkædede fedtsyrer (SCFA'er), som er kendt for at have metaboliske og immunologiske fordele. I overensstemmelse hermed antyder både epidemiologiske associationer og humane interventionsforsøg en omvendt sammenhæng mellem fiberindtagelse, reduceret systemisk inflammation og forbedret lipid- og glucosemetabolisme; resultaterne forbliver dog inkonsistente. Disse uoverensstemmelser kan delvist tilskrives (I) de lave fiberdoser, der anvendes i de fleste undersøgelser, og (II) den høje grad af inter-individuel variation i responsen på fiber, som kan stamme fra mikrobiomets individualiserede responser på fiber. De nye beviser for, at fibre og tarmmikrobiotaen interagerer for at påvirke værtsfysiologien, berettiger human klinisk forskning, der undersøger evnen af ​​kemisk adskilte fibre til at modulere værtsmetabolisme og -inflammation, og tarmmikrobiotaens mekanistiske rolle i deres fysiologiske virkninger.

Vores langsigtede mål er at bidrage til en sådan ramme gennem klinisk forskning, der anvender en holistisk tilgang til at undersøge effekten af ​​fiber på både værten og dens tarmmikrobiota. Vi antager, at fibre viser strukturafhængige effekter på inflammatoriske, metaboliske og hormonelle markører for fedme-associerede patologier, der kan forudsiges gennem sammensætning, funktionelle og genetiske karakteristika af et individs fækale mikrobiom. Vi foreslår følgende specifikke mål:

MÅL 1. Udfør en parallel-arm eksplorativ interventionsundersøgelse i overvægtige og let fede individer for at bestemme virkningen af ​​høje doser af kemisk adskilte fibre på værtens inflammatoriske markører, målinger af insulinfølsomhed og andre kliniske resultater.

Effekten af ​​to fysisk-kemisk adskilte fermenterbare kostfibre (akaciegummi og resistent stivelse type 4) på ​​kliniske markører for metabolisk sygdom vil blive sammenlignet med en relativt ikke-fermenterbar kostfiber (mikrokrystallinsk cellulose - kontrol). Vi vil anvende et tre-armet, parallelt design, enkeltblindt, placebokontrolleret, stratificeret randomiseret, eksplorativt forsøg. Fibre vil blive administreret i relativ ren form dagligt over seks uger uden yderligere livsstilsjusteringer. Doser, der anvendes i forsøget, vil være 25 g/dag fiber for kvinder og 35 g/dag for mænd (tæt på Health Canadas kostanbefalinger). Selvom de første to dages behandling vil bruge halvdelen af ​​den daglige behandlingsdosis af fiber (kvinder: 12,5 g/dag; mænd: 17,5 g/dag), for at lette inkorporeringen af ​​fibrene i kosten. Deltagerne vil blive rådgivet om, hvordan de inkorporerer fibrene i deres kost for at forbedre tolerance og compliance.

Indvirkningen af ​​kostfibre på et omfattende sæt af veletablerede fedme-relaterede biomarkører vil blive bestemt via kvantificering ved baseline og post-diætintervention. Højfølsomt C-reaktivt protein og andre inflammatoriske markører (f.eks. interleukin-6, interleukin-10), såvel som etablerede markører for metabolisk syndrom (f.eks. fastende glukose og triglycerider) vil udgøre som nøgleendepunkter i det eksplorative forsøg. At opnå yderligere forståelse for de mekanismer, der medierer metaboliske og inflammatoriske forbedringer; fem primære tarmhormoner, herunder mætheds-/sultsignalerende hormoner (f.eks. glukagon-lignende peptid-1, leptin og ghrelin), vil blive inkluderet. Livsstilsindikatorer, compliance med behandling og mæthed vil blive yderligere vurderet gennem selvadministrerede spørgeskemaer.

MÅL 2. Evaluere kort- og langsigtede virkninger af kemisk adskilte typer af kostfibre på tarmmikrobiotasammensætning, genetiske karakteristika og produktion af antiinflammatoriske (SCFA) og patogene (TMAO) metabolitter.

Vi vil bruge Illumina 16S rRNA-sekventering og hel metagenomisk sekventering til at karakterisere den fækale mikrobiota (der vil blive beriget for tyktarmsbakterier) af vores udforskende forsøgsdeltagere i uge 0, 1 og 6 for at udforske fiber-inducerede ændringer i tarmmikrobiotasammensætning og genindhold. Disse metoder vil blive brugt, da størstedelen af ​​tarmmikrobiotaen i øjeblikket ikke kan dyrkes. For yderligere at undersøge tarmmikrobiotafunktionen vil vi kvantificere specifikke bakterielle associerede metabolitter i plasma (TMAO) og i fæces (SCFA'er og galdesyrer). Parallelt hermed vil vi kvantificere de fækale metabolitter efter in vitro-fermentering for at tage højde for absorption i den menneskelige tarm. Dette vil give os mulighed for at få indsigt i fiber-inducerede ændringer i tarmmikrobiotasammensætning, metabolisme og funktionalitet, der falder sammen med de fysiologiske effekter observeret i værten.

MÅL 3. Karakteriser sammenhænge mellem kliniske resultater og mikrobiomskift og bestemme, hvor godt individuelle mikrobiomkonfigurationer forudsiger virkningerne af kostfibre.

Med etableringen af ​​et robust menneskeligt eksplorativt forsøg, et veldefineret sæt af værtsfænotyper og deltagermikrobiom-karakteristika vil mål 3 statistisk integrere disse data for specifikt at teste for sammenhænge mellem kost, tarmmikrobiomet og værtsmetabolisme og evaluere, om mikrobiom og værtsfænotypiske signaturer ved baseline kan forudsige kliniske resultater af kostfibre