Badanie Alberta FYBER (Feed Your Gut Bacteria more fibre).

Nadwaga i otyłość znacznie zwiększają ryzyko rozwoju wielu chorób, w tym chorób sercowo-naczyniowych (CVD), cukrzycy typu 2 (T2D) i niektórych nowotworów. Społeczność drobnoustrojów (mikrobiota), która znajduje się w jelitach, odgrywa znaczącą rolę w otyłości i związanych z nią patologiach (np. CVD, T2D) i dlatego jest potencjalnym celem terapeutycznym. Wiadomo, że dieta określa, czy wkład mikroflory jelitowej w metabolizm gospodarza jest korzystny, czy szkodliwy. Zachodnia dieta bogata w tłuszcz i cukier wiąże się z ogólnoustrojowym stanem zapalnym, podczas gdy spożycie tłuszczu zwiększa translokację lipopolisacharydów przez błonę jelitową. Ponadto mikrobiologiczny metabolizm choliny i L-karnityny w jelitach może wytwarzać trimetyloaminę, która, jak wykazano, przyczynia się do miażdżycy tętnic po utlenieniu w wątrobie do N-tlenku trimetyloaminy (TMAO). Natomiast diety bogate w błonnik pokarmowy z owoców, warzyw i pełnych ziaren są odwrotnie skorelowane ze stanem zapalnym i mogą potencjalnie odwrócić skutki diety wysokotłuszczowej. Fermentowalne rodzaje błonnika są odporne na trawienie przez gospodarza, ale są następnie fermentowane przez mikroflorę jelitową do krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA), o których wiadomo, że mają korzyści metaboliczne i immunologiczne. W związku z tym zarówno powiązania epidemiologiczne, jak i badania interwencyjne u ludzi sugerują odwrotną zależność między spożyciem błonnika, zmniejszeniem ogólnoustrojowego stanu zapalnego oraz poprawą metabolizmu lipidów i glukozy; jednak wyniki pozostają niespójne. Te rozbieżności można częściowo przypisać (I) niskim dawkom błonnika stosowanym w większości badań oraz (II) wysokiemu stopniowi zmienności międzyosobniczej w odpowiedzi na błonnik, co może wynikać ze zindywidualizowanych odpowiedzi mikrobiomu na błonnik. Pojawiające się dowody na to, że błonnik i mikroflora jelitowa wchodzą w interakcje, wpływając na fizjologię gospodarza, uzasadniają badania kliniczne na ludziach, które badają zdolność chemicznie różnych włókien do modulowania metabolizmu gospodarza i stanu zapalnego oraz mechanistyczną rolę mikroflory jelitowej w ich efektach fizjologicznych.

Naszym długoterminowym celem jest przyczynienie się do takich ram poprzez badania kliniczne, które stosują holistyczne podejście do badania wpływu błonnika zarówno na gospodarza, jak i jego mikroflorę jelitową. Stawiamy hipotezę, że włókna wykazują zależny od struktury wpływ na markery zapalne, metaboliczne i hormonalne patologii związanych z otyłością, które można przewidzieć na podstawie składu, funkcji i cech genetycznych mikrobiomu kału danej osoby. Proponujemy następujące cele szczegółowe:

CEL 1. Przeprowadzić eksploracyjne badanie interwencyjne z równoległymi ramionami u osób z nadwagą i umiarkowaną otyłością, aby określić wpływ dużych dawek chemicznie różnych włókien na markery zapalne gospodarza, pomiary wrażliwości na insulinę i inne wyniki kliniczne.

Wpływ dwóch fizykochemicznie różnych ulegających fermentacji błonników pokarmowych (guma arabska i skrobia oporna typu 4) na kliniczne markery chorób metabolicznych zostanie porównany ze stosunkowo niefermentowalnym błonnikiem pokarmowym (celuloza mikrokrystaliczna - kontrola). Zastosujemy trójramienną, równoległą próbę z pojedynczą ślepą próbą, kontrolowaną placebo, warstwową randomizowaną eksploracyjną próbę. Błonnik będzie podawany we względnej czystej postaci codziennie przez sześć tygodni bez żadnych dalszych zmian w stylu życia. Dawki stosowane w badaniu będą wynosić 25 g błonnika dziennie dla kobiet i 35 g dziennie dla mężczyzn (zbliżone do zaleceń żywieniowych Health Canada). Chociaż pierwsze dwa dni leczenia będą wymagały połowy dziennej dawki leczniczej błonnika (kobiety: 12,5 g/dzień; mężczyźni: 17,5 g/dzień), aby ułatwić włączenie błonnika do diety. Uczestnicy zostaną poinformowani, jak włączyć błonnik do swojej diety, aby poprawić tolerancję i przestrzeganie zaleceń.

Wpływ błonnika pokarmowego na kompleksowy zestaw dobrze ugruntowanych biomarkerów związanych z otyłością zostanie określony poprzez ocenę ilościową na początku i po interwencji dietetycznej. Białko C-reaktywne o wysokiej czułości i inne markery stanu zapalnego (np. interleukina-6, interleukina-10), jak również uznane markery zespołu metabolicznego (np. glukozy na czczo i triglicerydów) będą stanowiły kluczowe punkty końcowe badania eksploracyjnego. Aby uzyskać dalsze zrozumienie mechanizmów, które pośredniczą w poprawie metabolicznej i zapalnej; pięć podstawowych hormonów jelitowych, w tym hormony sygnalizujące sytość/głód (np. glukagonopodobny peptyd-1, leptyna i grelina). Wskaźniki stylu życia, zgodność z leczeniem i nasycenie będą dalej oceniane za pomocą samodzielnie wypełnianych kwestionariuszy.

CEL 2. Ocena krótko- i długoterminowego wpływu chemicznie różnych rodzajów błonnika pokarmowego na skład mikroflory jelitowej, cechy genetyczne i produkcję metabolitów przeciwzapalnych (SCFA) i patogennych (TMAO).

Wykorzystamy sekwencjonowanie rRNA Illumina 16S i całe sekwencjonowanie metagenomiczne do scharakteryzowania mikroflory kałowej (która zostanie wzbogacona o bakterie jelita grubego) naszych uczestników badania eksploracyjnego w tygodniach 0, 1 i 6, w celu zbadania wywołanych błonnikiem zmian w składzie mikroflory jelitowej i zawartość genów. Metody te będą stosowane, ponieważ większość mikroflory jelitowej nie nadaje się obecnie do hodowli. Aby dokładniej zbadać funkcję mikroflory jelitowej, określimy ilościowo określone metabolity związane z bakteriami w osoczu (TMAO) i kale (SCFA i kwasy żółciowe). Równolegle określimy ilościowo metabolity kałowe po fermentacji in vitro, aby uwzględnić wchłanianie w jelitach człowieka. Pozwoli nam to uzyskać wgląd w wywołane błonnikiem zmiany składu, metabolizmu i funkcjonalności mikroflory jelitowej, które pokrywają się z efektami fizjologicznymi obserwowanymi u gospodarza.

CEL 3. Scharakteryzować powiązania między wynikami klinicznymi a zmianami mikrobiomu i określić, jak dobrze poszczególne konfiguracje mikrobiomu przewidują wpływ błonnika pokarmowego.

Wraz z ustanowieniem solidnego badania eksploracyjnego na ludziach, dobrze zdefiniowanego zestawu fenotypów żywiciela i charakterystyki mikrobiomu uczestników, Cel 3 statystycznie zintegruje te dane, aby konkretnie przetestować powiązania między dietą, mikrobiomem jelitowym i metabolizmem gospodarza i ocenić, czy sygnatury fenotypowe mikrobiomu i żywiciela na początku badania mogą przewidywać wyniki kliniczne błonnika pokarmowego