Die Alberta FYBER-Studie (Füttern Sie Ihre Darmbakterien mit mehr Ballaststoffen).

Übergewicht und Fettleibigkeit erhöhen das Risiko für zahlreiche Krankheiten, darunter Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVD), Typ-2-Diabetes (T2D) und bestimmte Krebsarten, erheblich. Die mikrobielle Gemeinschaft (Mikrobiota), die sich im Darm befindet, spielt eine bemerkenswerte Rolle bei Fettleibigkeit und den damit verbundenen Pathologien (z. CVD, T2D) und ist daher ein potenzielles therapeutisches Ziel. Es ist bekannt, dass die Ernährung bestimmt, ob die Beiträge der Darmmikrobiota zum Stoffwechsel des Wirts vorteilhaft oder schädlich sind. Eine verwestlichte Ernährung mit hohem Fett- und Zuckergehalt ist mit systemischen Entzündungen verbunden, während die Fettaufnahme die Translokation von Lipopolysacchariden durch die Darmmembran erhöht. Darüber hinaus kann der mikrobielle Metabolismus von Cholin und L-Carnitin im Darm Trimethylamin produzieren, das nachweislich zur Arteriosklerose beiträgt, nachdem es in der Leber zu Trimethylamin-N-oxid (TMAO) oxidiert wurde. Im Gegensatz dazu sind Diäten mit hohem Ballaststoffgehalt aus Obst, Gemüse und Vollkornprodukten umgekehrt mit Entzündungen verbunden und können möglicherweise die Auswirkungen einer fettreichen Ernährung umkehren. Fermentierbare Fasertypen können der Verdauung des Wirts widerstehen, werden dann aber anschließend von der Darmmikrobiota zu kurzkettigen Fettsäuren (SCFAs) fermentiert, von denen bekannt ist, dass sie metabolische und immunologische Vorteile haben. Dementsprechend deuten sowohl epidemiologische Assoziationen als auch Interventionsstudien am Menschen auf eine umgekehrte Assoziation zwischen Ballaststoffaufnahme, reduzierter systemischer Entzündung und verbessertem Lipid- und Glukosestoffwechsel hin; die Ergebnisse bleiben jedoch widersprüchlich. Diese Diskrepanzen könnten teilweise auf (I) die in den meisten Studien verwendeten niedrigen Ballaststoffdosen und (II) den hohen Grad an interindividueller Variation in der Reaktion auf Ballaststoffe zurückzuführen sein, die auf die individualisierten Reaktionen des Mikrobioms auf Ballaststoffe zurückzuführen sein können. Die aufkommenden Beweise dafür, dass Ballaststoffe und die Darmmikrobiota interagieren, um die Physiologie des Wirts zu beeinflussen, rechtfertigen klinische Forschung am Menschen, die die Fähigkeit chemisch unterschiedlicher Fasern untersucht, den Wirtsstoffwechsel und Entzündungen zu modulieren, sowie die mechanistische Rolle der Darmmikrobiota bei ihren physiologischen Wirkungen.

Unser langfristiges Ziel ist es, durch klinische Forschung zu einem solchen Rahmen beizutragen, die einen ganzheitlichen Ansatz zur Untersuchung der Wirkung von Ballaststoffen sowohl auf den Wirt als auch auf seine Darmmikrobiota anwendet. Wir nehmen an, dass Fasern strukturabhängige Wirkungen auf entzündliche, metabolische und hormonelle Marker von mit Fettleibigkeit assoziierten Pathologien zeigen, die durch kompositorische, funktionelle und genetische Eigenschaften des fäkalen Mikrobioms einer Person vorhergesagt werden können. Wir schlagen folgende konkrete Ziele vor:

ZIEL 1. Durchführung einer explorativen Interventionsstudie mit parallelen Armen bei übergewichtigen und leicht fettleibigen Personen, um die Auswirkungen hoher Dosen chemisch unterschiedlicher Fasern auf Entzündungsmarker des Wirts, Maße der Insulinsensitivität und andere klinische Ergebnisse zu bestimmen.

Die Wirkung von zwei physikalisch-chemisch unterschiedlichen fermentierbaren Ballaststoffen (Akaziengummi und resistente Stärke Typ 4) auf klinische Marker von Stoffwechselerkrankungen wird mit einem relativ nicht fermentierbaren Ballaststoff (mikrokristalline Cellulose - Kontrolle) verglichen. Wir werden eine dreiarmige, einfach verblindete, placebokontrollierte, stratifizierte, randomisierte, explorative Studie mit parallelem Design durchführen. Die Ballaststoffe werden in relativ reiner Form täglich über sechs Wochen ohne weitere Lebensstilanpassungen verabreicht. Die in der Studie verwendeten Dosen betragen 25 g/Tag Ballaststoffe für Frauen und 35 g/Tag für Männer (nahe an den Ernährungsempfehlungen von Health Canada). An den ersten beiden Behandlungstagen wird jedoch die Hälfte der täglichen Behandlungsdosis an Ballaststoffen (Frauen: 12,5 g/Tag; Männer: 17,5 g/Tag) verwendet, um die Aufnahme der Ballaststoffe in die Ernährung zu erleichtern. Die Teilnehmer werden beraten, wie sie die Ballaststoffe in ihre Ernährung integrieren können, um die Verträglichkeit und Compliance zu verbessern.

Die Auswirkung von Ballaststoffen auf eine umfassende Reihe gut etablierter Biomarker im Zusammenhang mit Fettleibigkeit wird durch Quantifizierung zu Studienbeginn und nach der Ernährungsintervention bestimmt. Hochempfindliches C-reaktives Protein und andere Entzündungsmarker (z. Interleukin-6, Interleukin-10) sowie etablierte Marker für das metabolische Syndrom (z. Nüchternglukose und Triglyceride) werden die wichtigsten Endpunkte der explorativen Studie darstellen. Um ein weiteres Verständnis der Mechanismen zu erlangen, die metabolische und entzündliche Verbesserungen vermitteln; fünf primäre Darmhormone, darunter Sättigungs-/Hunger-Signalhormone (z. Glucagon-ähnliches Peptid-1, Leptin und Ghrelin) enthalten sein. Lebensstilindikatoren, Compliance mit der Behandlung und Sättigung werden durch selbstausgefüllte Fragebögen weiter bewertet.

ZIEL 2. Bewertung der kurz- und langfristigen Auswirkungen chemisch unterschiedlicher Arten von Ballaststoffen auf die Zusammensetzung der Darmmikrobiota, genetische Eigenschaften und die Produktion von entzündungshemmenden (SCFA) und pathogenen (TMAO) Metaboliten.

Wir werden Illumina 16S rRNA-Sequenzierung und vollständige metagenomische Sequenzierung verwenden, um die fäkale Mikrobiota (die mit Dickdarmbakterien angereichert wird) unserer explorativen Studienteilnehmer in den Wochen 0, 1 und 6 zu charakterisieren, um faserinduzierte Veränderungen in der Zusammensetzung der Darmmikrobiota zu untersuchen und Geninhalt. Diese Methoden werden verwendet, da ein Großteil der Darmmikrobiota derzeit nicht kultivierbar ist. Um die Funktion der Darmmikrobiota weiter zu untersuchen, werden wir spezifische bakteriell assoziierte Metaboliten im Plasma (TMAO) und im Stuhl (SCFAs und Gallensäuren) quantifizieren. Parallel dazu werden wir die fäkalen Metaboliten nach der In-vitro-Fermentation quantifizieren, um die Absorption im menschlichen Darm zu berücksichtigen. Dies wird es uns ermöglichen, Einblicke in Faser-induzierte Veränderungen in der Zusammensetzung, dem Stoffwechsel und der Funktionalität der Darmmikrobiota zu gewinnen, die mit den im Wirt beobachteten physiologischen Effekten übereinstimmen.

AIM 3. Assoziationen zwischen klinischen Ergebnissen und Mikrobiomverschiebungen charakterisieren und bestimmen, wie gut individuelle Mikrobiomkonfigurationen die Auswirkungen von Ballaststoffen vorhersagen.

Mit der Etablierung einer robusten explorativen Studie am Menschen, einer klar definierten Reihe von Wirtsphänotypen und Mikrobiommerkmalen der Teilnehmer wird Aim 3 diese Daten statistisch integrieren, um speziell auf Assoziationen zwischen Ernährung, Darmmikrobiom und Wirtsstoffwechsel zu testen und zu bewerten, ob Mikrobiom und phänotypische Signaturen des Wirts zu Studienbeginn können klinische Ergebnisse von Ballaststoffen vorhersagen