Wpływ kompleksu polifenoli winogron Concord i izolatu białka sojowego (GP-SPI) na mikroflorę jelitową

Proponowane badanie zbada, w jaki sposób krótkoterminowa suplementacja GP-SPI może modyfikować społeczność drobnoustrojów jelitowych u zdrowych uczestników, jednocześnie monitorując czynność/stan zdrowia wątroby i nerek.

Znaczenie:

Właściwości biochemiczne składnika żywności GP-SPI są dobrze udokumentowane, a suplementy GP-SPI i SPI zostały szeroko przetestowane na myszach. Proponowane badanie jest logiczną kontynuacją badań na zwierzętach, które wykazały, że w porównaniu z kontrolnymi myszami karmionymi dietą wysokotłuszczową (HFD) uzupełnioną samym SPI, myszy karmione izokaloryczną HFD uzupełnioną GP-SPI wykazywały większą odporność na przyrost masy ciała, otyłość i nietolerancja glukozy. Efektom tym towarzyszyły zmiany w składzie mikroflory jelitowej myszy, w tym zwiększona liczebność drobnoustroju Akkermansia muciniphila, związana z odpornością metaboliczną. Podobne zmiany mikroflory jelitowej zaobserwowano u szczupłych myszy karmionych dietą niskotłuszczową (LFD) uzupełnioną GP-SPI.

Polifenole klasy proantocyjanidyn typu B (PAC) zawarte w jagodach winogron, zwłaszcza w skórkach i nasionach, są kojarzone z korzyściami zdrowotnymi; jednak PAC są słabo wchłaniane i osiągają wysokie stężenie tylko w okrężnicy, co rodzi pytania o mechanizm (mechanizmy) działania. Wcześniejsze badania wykazały, że dietetyczne PAC z winogron i żurawiny zmieniają mikroflorę jelitową w związku z odpornością metaboliczną. PAC są również biotransformowane przez bakterie jelitowe w celu uzyskania metabolitów drobnoustrojów (MM), które mogą przyczyniać się do korzyści zdrowotnych.

Projekt i metody badawcze

Potencjalni uczestnicy będą rekrutowani za pośrednictwem ulotek umieszczanych lokalnie na kampusach Rutgers University i wysyłanych na uniwersyteckie listy e-mailowe. Zainteresowane osoby zostaną sprawdzone zgodnie z kryteriami włączenia i wyłączenia.

Zarejestrowani uczestnicy rozpoczną 17-dniowe badanie.

Procedury Studiów

• Zarejestrowanych zostanie trzydzieści osób.
• Lista pokarmów: Uczestnicy będą przestrzegać swojej zwykłej diety, z wyjątkiem dostarczonej listy pokarmów bogatych w PAC, których zostaną poproszeni o powstrzymanie się od ich spożywania przez 5-dniowy okres wymywania i podczas 10-dniowej interwencji. Lista żywności znajduje się poniżej. Celem jest, aby GP-SPI był głównym/jedynym źródłem PAC w diecie w okresie badania.
• Wypłukiwanie i SPI (dzień -5 do -1): W dniu -5 (przed punktem odniesienia) przed jakąkolwiek suplementacją, każdy pacjent pobierze próbkę kału i moczu. Następnie każdy pacjent będzie spożywał SPI dwa razy dziennie (dostarczane jako odważone saszetki po 20 g) podczas 5-dniowego okresu wypłukiwania (dni -5, -4, -3, -2 i -1). Osoby badane zostaną poinstruowane, aby zmieszać każdą paczkę SPI w 250 ml wody lub koktajlu (przykład przepisu poniżej zostanie dostarczony), używając dozwolonej żywności, jak wyszczególniono w instrukcjach i spożyć raz rano przed śniadaniem i raz wieczorem przed kolacją.
• Dzień 0: Następnego dnia każdy pacjent pobierze wyjściowe (dzień 0) próbki kału i moczu. Będą mieli próbkę krwi pobraną przez pielęgniarkę badającą. Krew zostanie wykorzystana do testu CMP, a przygotowana surowica zostanie podzielona na porcje i będzie przechowywana w temperaturze -80°C do czasu przetworzenia do analizy markerowej i metabolomiki. Analiza próbek z dnia 0 powinna pomóc w wyizolowaniu wszelkich skutków związanych z samym SPI z kolejnych próbek pobranych podczas interwencji GP-SPI. W dniu 0 badani podrzucą próbki moczu i kału do IFNH i odbiorą pakiety GP-SPI. W Dniu 0 uczestnicy również zrobią sobie przerwę od spożywania SPI i rozpoczną suplementację GP-SPI rano Dnia 1.
• GP-SPI (Dzień 1 - 10): Każdy pacjent otrzyma dwadzieścia wstępnie zważonych 20-gramowych opakowań GP-SPI. Pierwszego dnia uczestnicy zostaną poinstruowani, aby zmieszać każdą paczkę GP-SPI w 250 ml wody lub koktajlu (przykład przepisu zostanie dostarczony, patrz poniżej), używając dozwolonej żywności zgodnie z instrukcjami i spożyć mieszankę GP-SPI raz na rano przed śniadaniem i raz wieczorem przed kolacją przez 10 kolejnych dni.
• Uczestnicy otrzymają osobisty blender do przygotowywania koktajli (wartość ~ 25 USD), który mogą zatrzymać.
• Cyfrowy dziennik żywności: Uczestnicy zostaną poproszeni o zrobienie zdjęć wszystkich posiłków i napojów (z wyjątkiem wody), w tym suplementów do badania, za pomocą osobistego mobilnego urządzenia komputerowego (np. smartfon, iPad lub podobny). Uczestnicy będą musieli pobrać bezpłatną aplikację mobilną WhatsApp, aby wysłać zdjęcia z krótkim opisem produktów spożywczych. Zdjęcia i opisy żywności można również przesyłać na adres e-mail utworzony na potrzeby tego badania (food4microbes@sebs.rutgers.edu). Dzienniczek żywności musi być przechowywany przez 5-dniowy okres SPI i wypłukiwania, dzień 0 (dzień przerwy), 10-dniowy okres interwencji GP-SPI i aż do ostatniego pobrania krwi w dniu 11 (łącznie 17 dni) .
• Próbki kału: badani otrzymają probówki zawierające 95% etanolu i/lub probówki zawierające 50% glicerolu (50% wody) wraz z papierowymi akcesoriami toaletowymi do łatwego samodzielnego pobrania próbek kału; każdy uczestnik zostanie poinstruowany, jak korzystać z materiałów do pobierania kału. Próbki kału zostaną podzielone na porcje i przechowywane w temperaturze -80°C do czasu ekstrakcji. Pobranie próbek kału w 50% glicerolu i natychmiastowe zamrożenie pozwoli na hodowlę bakterii jelitowych do eksperymentów in vitro.
• Formularz Bristolskiej skali stolca: Pacjenci otrzymają formularz Bristolskiej skali stolca (BSS) i poproszeni o wypełnienie go dla próbek kału, które pobiorą w dniach -5, 0, 2, 4, 6, 8 i 10 badania. Wykazano, że konsystencja stolca silnie koreluje z bogactwem i składem mikroflory jelitowej, enterotypami i tempem wzrostu bakterii. Osoby, które zgłaszają co najmniej jedno wypróżnienie dziennie, będą rekrutowane w celu ułatwienia przestrzegania protokołu badania. Ponadto formularz BSS zawiera dodatkową kolumnę do przechwytywania informacji o menstruacji w czasie pobierania próbek, ponieważ ta zmienna może wpływać na profile metabolitów lub bakterii.
• Próbki moczu: Osobnicy otrzymają sterylne pojemniki do pobierania próbek moczu w dniach 2, 4, 6, 8, 10 i zostaną poproszeni o przechowywanie próbek w lodówce o temperaturze 4°C do czasu transportu do laboratorium w celu utrzymania stabilności metabolitu. Osoby badane zostaną poproszone o jak najszybsze przyniesienie próbek do laboratorium, w ciągu 2-3 dni od pobrania, w celu przetworzenia. Próbki moczu zostaną podzielone na porcje i przechowywane w temperaturze -80 °C do czasu przetworzenia do badań metabolomicznych.
• Próbka krwi: W dniu 11 pacjentom zostanie pobrana ostateczna próbka krwi. Krew zostanie wykorzystana do testu CMP, a przygotowana surowica zostanie podzielona na porcje i będzie przechowywana w temperaturze -80°C do czasu przetworzenia do analizy markerowej i metabolomiki.

Próbki zostaną wykorzystane do podłużnego badania asocjacyjnego całego mikrobiomu (MWAS) w celu zidentyfikowania gatunków/szczepów bakterii jelitowych, które są pozytywnie lub negatywnie związane z suplementacją GP-SPI. Analiza metabolomiczna zostanie przeprowadzona na pobranych próbkach moczu, kału i krwi w celu identyfikacji/oznaczenia ilościowego znanych i nieznanych metabolitów. Na próbkach kału zostanie przeprowadzone sekwencjonowanie metagenomiczne Shotgun w celu wygenerowania wysokiej jakości szkiców genomów do identyfikacji na poziomie gatunku/szczepu. Te dynamiczne zestawy danych posłużą jako dane wejściowe dla MWAS w celu skorelowania rosnących/malejących poziomów gatunków/szczepów bakterii jelitowych z rosnącymi/malejącymi metabolitami. Te skojarzenia bakterii z metabolitami zostaną następnie wykorzystane do wnioskowania o związkach przyczynowo-skutkowych, które można dalej testować in vitro i na modelach mysich. Oczekujemy, że pomyślne ukończenie tych badań przyczyni się do mechanistycznych wyjaśnień, w jaki sposób dietetyczne polifenole, takie jak PAC z winogron, zmieniają mikroflorę jelitową i wynikającą z niej MM w celu promowania zdrowia metabolicznego.