Alberta FYBER (Feed Your Gut Bacteria more Fiber) -tutkimus

Ylipaino ja liikalihavuus lisäävät merkittävästi riskiä sairastua lukuisiin sairauksiin, mukaan lukien sydän- ja verisuonisairauksiin (CVD), tyypin 2 diabetekseen (T2D) ja tiettyihin syöpiin. Suolistossa asuvalla mikrobiyhteisöllä (mikrobiota) on merkittävä rooli liikalihavuudessa ja siihen liittyvissä patologioissa (esim. CVD, T2D), ja on siksi mahdollinen terapeuttinen kohde. Ruokavalion tiedetään määrittävän, onko suoliston mikrobiotan vaikutus isännän aineenvaihduntaan hyödyllistä vai haitallista. Länsimainen, runsaasti rasvaa ja sokeria sisältävä ruokavalio liittyy systeemiseen tulehdukseen, kun taas rasvan saanti lisää lipopolysakkaridien siirtymistä suoliston kalvon läpi. Lisäksi koliinin ja L-karnitiinin suoliston mikrobien metabolia voi tuottaa trimetyyliamiinia, jonka on osoitettu edistävän ateroskleroosia sen jälkeen, kun se on hapettunut maksassa trimetyyliamiini-N-oksidiksi (TMAO). Sitä vastoin hedelmistä, vihanneksista ja täysjyväviljasta peräisin olevat runsaasti ravintokuitua sisältävät ruokavaliot liittyvät käänteisesti tulehdukseen ja voivat mahdollisesti kumota rasvaisen ruokavalion vaikutukset. Fermentoituvat kuitutyypit voivat vastustaa isännän ruoansulatusta, mutta sitten suoliston mikrobiota fermentoi ne lyhytketjuisiksi rasvahapoiksi (SCFA), joilla tiedetään olevan metabolisia ja immunologisia etuja. Sen mukaisesti sekä epidemiologiset yhteydet että ihmisen interventiokokeet viittaavat käänteiseen yhteyttä kuidun saannin, vähentyneen systeemisen tulehduksen ja parantuneen lipidi- ja glukoosiaineenvaihdunnan välillä; tulokset ovat kuitenkin edelleen epäjohdonmukaisia. Nämä erot saattavat johtua osittain (I) useimmissa tutkimuksissa käytetyistä pienistä kuituannoksista ja (II) suuresta yksilöiden välisestä vaihtelusta kuituvasteessa, joka voi johtua mikrobiomin yksilöllisistä reaktioista kuituihin. Esiin tulleet todisteet siitä, että kuidut ja suoliston mikrobiota vaikuttavat vuorovaikutuksessa isäntäfysiologiaan, oikeuttavat ihmisen kliinisen tutkimuksen, jossa tutkitaan kemiallisesti erilaisten kuitujen kykyä moduloida isännän aineenvaihduntaa ja tulehdusta sekä suoliston mikrobiotan mekaanista roolia niiden fysiologisissa vaikutuksissa.

Pitkän aikavälin tavoitteemme on edistää tällaista viitekehystä kliinisen tutkimuksen avulla, joka soveltaa kokonaisvaltaista lähestymistapaa kuidun vaikutuksen tutkimiseen sekä isäntään että sen suoliston mikrobiotaan. Oletamme, että kuiduilla on rakenteesta riippuvaisia ​​vaikutuksia liikalihavuuteen liittyvien patologioiden tulehdus-, aineenvaihdunta- ja hormonaalisiin markkereihin, jotka voidaan ennustaa yksilön ulosteen mikrobiomin koostumusten, toiminnallisten ja geneettisten ominaisuuksien perusteella. Ehdotamme seuraavia erityistavoitteita:

TAVOITE 1. Suorita rinnakkaiskäsittelevä interventiotutkimus ylipainoisilla ja lievästi liikalihavilla yksilöillä määrittääksesi suurten kemiallisesti erilaisten kuitujen annosten vaikutus isännän tulehdusmarkkereihin, insuliiniherkkyyden mittauksiin ja muihin kliinisiin tuloksiin.

Kahden fysikaalis-kemiallisesti erillisen fermentoituvan ravintokuidun (akaasiakumi ja resistentti tärkkelystyyppi 4) vaikutusta aineenvaihduntasairauksien kliinisiin markkereihin verrataan suhteellisen ei-fermentoituvaan ravintokuituun (mikrokiteinen selluloosa - kontrolli). Käytämme kolmihaaraista, rinnakkaissuunnittelua, yksisokkoutettua, lumekontrolloitua, kerrostettua satunnaistettua tutkivaa tutkimusta. Kuituja annetaan suhteellisen puhtaassa muodossa päivittäin kuuden viikon ajan ilman muita elämäntapamuutoksia. Kokeessa käytetyt annokset ovat 25 g/vrk kuitua naisille ja 35 g/vrk miehille (lähellä Health Canadan ravitsemussuosituksia). Kahden ensimmäisen hoitopäivän aikana kuitenkin käytetään puolta päivittäisestä hoitoannoksesta kuitua (naiset: 12,5 g/vrk; miehet: 17,5 g/vrk), jotta kuidun sisällyttäminen ruokavalioon helpottuu. Osallistujia neuvotaan lisäämään kuidut ruokavalioonsa toleranssin ja noudattamisen parantamiseksi.

Ravintokuidun vaikutus kattavaan joukkoon vakiintuneita liikalihavuuteen liittyviä biomarkkereita määritetään kvantifioimalla lähtötilanteessa ja ruokavalion jälkeen. Erittäin herkkä C-reaktiivinen proteiini ja muut tulehdusmerkit (esim. interleukiini-6, interleukiini-10), sekä vakiintuneet metabolisen oireyhtymän markkerit (esim. paastoglukoosi ja triglyseridit) muodostavat tutkivan tutkimuksen tärkeimmät päätepisteet. Saada lisää ymmärrystä mekanismeista, jotka välittävät aineenvaihdunnan ja tulehdusten paranemista; viisi ensisijaista suolistohormonia, mukaan lukien kylläisyyden/nälkähormonit (esim. glukagonin kaltainen peptidi-1, leptiini ja greliini), sisällytetään. Elintapaindikaattoreita, hoidon noudattamista ja kylläisyyttä arvioidaan edelleen omatoimisilla kyselylomakkeilla.

TAVOITE 2. Arvioi kemiallisesti erityyppisten ravintokuitujen lyhyen ja pitkän aikavälin vaikutuksia suoliston mikrobiotan koostumukseen, geneettisiin ominaisuuksiin ja anti-inflammatoristen (SCFA) ja patogeenisten (TMAO) metaboliittien tuotantoon.

Hyödynnämme Illumina 16S rRNA-sekvensointia ja koko metagenomista sekvensointia kartoittavaan kokeeseen osallistuneiden ulosteiden mikrobiston (joka rikastetaan paksusuolen bakteereille) luonnehtimiseen viikoilla 0, 1 ja 6 tutkiaksemme kuidun aiheuttamia muutoksia suoliston mikrobiotan koostumuksessa. ja geenisisältö. Näitä menetelmiä käytetään, koska suurin osa suoliston mikrobiotosta ei ole tällä hetkellä viljeltävissä. Suoliston mikrobiotan toiminnan tutkimiseksi edelleen määritämme spesifisiä bakteereihin liittyviä metaboliitteja plasmassa (TMAO) ja ulosteissa (SCFA:t ja sappihapot). Samanaikaisesti määritämme ulosteen metaboliitit in vitro -fermentaation jälkeen, jotta voimme ottaa huomioon imeytymisen ihmisen suolistossa. Tämä antaa meille mahdollisuuden saada käsitys kuidun aiheuttamista muutoksista suoliston mikrobiotan koostumuksessa, aineenvaihdunnassa ja toiminnallisuudessa, jotka ovat yhtäpitäviä isännässä havaittujen fysiologisten vaikutusten kanssa.

TAVOITE 3. Kuvaile kliinisten tulosten ja mikrobiomimuutosten välisiä yhteyksiä ja määritä, kuinka hyvin yksittäiset mikrobiomikokoonpanot ennustavat ravintokuidun vaikutuksia.

Perustamalla vankan ihmistutkimuksen, hyvin määritellyn joukon isäntäfenotyyppejä ja osallistujien mikrobiomiominaisuuksia, tavoite 3 yhdistää nämä tiedot tilastollisesti testatakseen erityisesti ruokavalion, suoliston mikrobiomin ja isännän aineenvaihdunnan välisiä yhteyksiä ja arvioidakseen, onko mikrobiomi ja isännän fenotyyppiset allekirjoitukset lähtötilanteessa voivat ennustaa ravintokuitujen kliinisiä tuloksia