Ballaststoffe könnten der Schlüssel zu Snacks sein, die gut für Darmbakterien sind

Erbsen in einer grünen Schote vor blauem Hintergrund

Forscher haben Zutaten für Snack-Prototypen identifiziert, die so formuliert sind, dass sie das Darmmikrobiom bewusst auf eine Weise verändern, die mit der Gesundheit in Verbindung gebracht werden kann.

Die Wissenschaftler übersetzen Ergebnisse aus Tiermodellen und haben in zwei Pilotstudien am Menschen mit übergewichtigen Teilnehmern gezeigt, dass Snacks, die Kombinationen speziell ausgewählter Fasertypen enthalten, Elemente des Mikrobioms beeinflussen, die an der Metabolisierung von Faserkomponenten beteiligt sind.

Diese Verschiebung des Mikrobioms wurde mit Veränderungen in Gruppen von Blutproteinen in Verbindung gebracht, die Biomarker und Regulatoren vieler Facetten der Physiologie und des Stoffwechsels sind. Diese Blutproteine ​​haben sich auf eine Weise verschoben, die die Gesundheit langfristig verbessern könnte.

„Schlechte Ernährung ist weltweit ein dringendes und komplexes Problem, das durch viele Faktoren verursacht wird, darunter ein Überangebot an fettreichen und ballaststoffarmen Lebensmitteln in der typischen westlichen Ernährung“, sagt Jeffrey I. Gordon, leitender Autor der Studie, Professor und Direktor des Edison Family Center für Genomwissenschaften und Systembiologie an der Washington University School of Medicine.

„Da Snacks ein beliebter Bestandteil der westlichen Ernährung sind, arbeiten wir daran, eine neue Generation von Snack-Formulierungen zu entwickeln, die die Menschen gerne essen und die ein gesundes Darmmikrobiom unterstützen, das viele Aspekte des Wohlbefindens beeinflusst.“

Der menschliche Darm beherbergt ein Mikrobiom, das aus Dutzenden Billionen von Mikroben besteht, die Millionen verschiedener Gene enthalten, die Funktionen erfüllen, die von den etwa 20,000 proteinkodierenden Genen im menschlichen Genom nicht bereitgestellt werden. Laut den Forschern wird der Nährwert von Lebensmitteln zum Teil durch die Produkte des einzigartigen Stoffwechsels der Lebensmittel durch das Darmmikrobiom bestimmt.

Gordon und seine Kollegen konzentrieren sich darauf, zu charakterisieren, welche Nahrungsbestandteile mit welchen Bestandteilen des Darmmikrobioms interagieren und wie diese Interaktion verschiedene Merkmale der menschlichen Biologie prägt. Ziel ist es, eine neue Ära der Ernährungswissenschaft einzuläuten, die erschwingliche, nahrhaftere Lebensmittel aus nachhaltigen Quellen hervorbringt, die zur Behandlung oder Vorbeugung verschiedener Formen von Mangelernährung verwendet werden können – sei es Unterernährung oder Fettleibigkeit bei Kindern oder Erwachsenen.

Die fettreiche, ballaststoffarme Ernährung, die in den USA und anderen westlichen Ländern konsumiert wird, unterstützt ein vielfältiges und gesundes Darmmikrobiom nicht. Darüber hinaus Diäten mit hohes Fieber Inhalte sind mit einem geringeren Risiko für chronische Krankheiten wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Typ-2-Diabetes und Fettleibigkeit verbunden. Ballaststoffe bestehen jedoch aus komplexen und vielfältigen Mischungen von Biomolekülen, von denen der menschliche Körper viele nicht selbst abbauen kann. Die Natur dieser Mischungen hängt von der Quelle der Ballaststoffe und ihrer Verarbeitung bei der Einarbeitung in Lebensmittel ab.

Frühere Arbeiten von Gordons Team identifizierten spezifische Pflanzenfasern, die erschwinglich und in großen Mengen aus nachhaltigen Quellen verfügbar waren – wie beispielsweise aus Schalen, Rinden und Schalen, die sonst weggeworfen würden – und die die Leistung bestimmter nützlicher Darmmikroben steigerten, die in viele fettleibige Erwachsene konsumieren westliche Diäten.

In diesem neuen Bericht analysierten die Forscher Daten von Probanden, die an zwei Studien teilnahmen, die übergewichtig oder fettleibig waren und die mit Mahlzeiten versorgt wurden, die eine typische westliche Ernährung nachahmten. Diese Diäten wurden mit einer von drei ergänzt faserhaltig Snack-Food-Prototypen. Einer enthielt nur aus Erbsen gewonnene Fasern. Ein anderer enthielt eine Kombination aus Erbsenfaser und Inulin (ein Ballaststoff, der in einer Reihe von Obst und Gemüse vorkommt, darunter Weizen, Zwiebeln, Bananen, Spargel, Artischocken und Zichorienwurzel). Ein dritter Snack enthielt Erbsenfasern und Inulin sowie Fasern aus dem Fruchtfleisch von Orangen und Gerstenkleie. Die Snacks wurden in Zusammenarbeit mit Mondelēz International, einem globalen Snack-Food-Unternehmen, entwickelt.

In der ersten Studie nahmen die Teilnehmer 10 Tage lang die fettreichen, ballaststoffarmen Mahlzeiten ein, bevor sie zwei Wochen lang einen erbsenfaserhaltigen Snack zu ihrer Ernährung hinzufügten, gefolgt von zwei Wochen, in denen die Teilnehmer weiterhin die fettreichen , ballaststoffarme Ernährung ohne den Ballaststoff-Snack. In der zweiten Studie wurde ein ähnliches Design verwendet, aber die Supplementierung erfolgte mit dem Snack, der sowohl Erbsenfasern als auch Inulin enthielt, und nach einer Auswaschphase enthielt der Snack vier Ballaststoffkomponenten: Erbse, Inulin, Orange und Gerstenkleie.

Die Forscher analysierten das Darmmikrobiom der Patienten während der verschiedenen Phasen der Studie sowie die Spiegel von mehr als 1,300 Proteinen in ihrem Blut. Gordon und seine Kollegen fanden heraus, dass viele der Komponenten des Mikrobioms, die bei den Versuchsteilnehmern auf die verschiedenen Snackfaser-Prototypen reagierten und diese verarbeiteten, dieselben waren wie diejenigen, die in ihren früheren Experimenten mit gnotobiotischen Mäusen, die mit menschlichen Darmmikroben besiedelt waren, auf dieselben Fasern reagierten . Gnotobiotische Mäuse werden unter sterilen Bedingungen geboren und aufgezogen, sodass die Natur der Darmmikroben für wissenschaftliche Studien streng kontrolliert werden kann.

Darüber hinaus fanden sie heraus, dass der Snack mit der Kombination von vier verschiedenen Fasern im Vergleich zu den Einfaser- oder Zweifaser-Snacks eine breitere Wirkung auf Mikrobiom-Gene hatte, die die Stoffwechselmaschinerie kodieren, die zur Extraktion von Nährstoffen aus den Fasern erforderlich ist. Diese Ergebnisse bestätigten die Verwendung ihrer präklinischen Modelle als eine Möglichkeit, das Screening und die Auswahl von Fasern für den Einbau in Lebensmittelprototypen zu beschleunigen.

Die Forscher entwickelten Data-Mining-Ansätze, die es ihnen ermöglichten, statistisch signifikante Veränderungen in bestimmten Gruppen von Mikrobiom-Genen zu identifizieren und sie mit Veränderungen der Konzentrationen von Gruppen von Blutproteinen in Verbindung zu bringen, die an einem bemerkenswert breiten Spektrum physiologischer Prozesse beteiligt sind, die vom Energiestoffwechsel reichen – einschließlich der Stoffwechsel von Glukose – auf Immunreaktionen, Blutgerinnung und Blutgefäßfunktion sowie auf die Biologie der Knochen und Nervenzellen.

„Wir waren ermutigt, die Auswirkungen dieser Ballaststoff-Snacks auf das Darmmikrobiom und die menschliche Physiologie selbst in diesen relativ kurzen Studien zu sehen“, sagt Erstautor Omar Delannoy-Bruno, Mitglied des interdisziplinären Teams, das diese Arbeit durchgeführt hat.

„Diese Pilotstudien wurden nicht entwickelt, um zu testen, ob die Ballaststoff-Snacks signifikante langfristige Veränderungen des Körpergewichts oder häufig gemessene Biomarker der kardiometabolischen Gesundheit bewirken können. Daher müssen die Vorteile dieser Interventionen in größeren, längeren klinischen Studien untersucht werden“, sagt Co-Autor Michael J. Barratt, außerordentlicher Professor für Pathologie und Immunologie und geschäftsführender Direktor des Center for Gut Microbiome and Nutrition Research an der Washington University. „Außerdem wurden diese kleinen Studien unter streng kontrollierten Diätbedingungen durchgeführt. Ein wichtiger nächster Schritt wird es sein, die Auswirkungen der Ballaststoff-Snacks bei Teilnehmern zu untersuchen, die wie gewohnt essen können.“

Gordon fügt hinzu: „Mit einem besseren Verständnis der Auswirkungen verschiedener Arten von Fasern Was die Komponenten des Mikrobioms angeht, hoffen wir, dass wir einen Snack liefern können, den die Menschen essen möchten und gleichzeitig zu einer gesünderen Ernährung beitragen, insbesondere für diejenigen, die ansonsten möglicherweise nur begrenzten Zugang zu nahrhaften Lebensmitteln haben.“

Die Studie erscheint in der Zeitschrift Natur.

Finanziert wurde die Arbeit von den National Institutes of Health (NIH) und von Mondelēz International.

Gordon hat einen Thought Leader Award von Agilent Technologies erhalten. Er ist auch Mitbegründer von Matatu Inc., einem Unternehmen, das die Rolle der Wechselwirkungen zwischen Ernährung und Mikrobiota für die Tiergesundheit charakterisiert. Andere Autoren berichten, dass sie Mitbegründer von Phenobiome Inc. sind, einem Unternehmen, das die Entwicklung von Computerwerkzeugen für die prädiktive Phänotyp-Profilierung mikrobieller Gemeinschaften verfolgt, sowie von Evolve Biosystems, interVenn Bio und BCD Bioscience – Unternehmen, die an der Charakterisierung von Glykanen und der Entwicklung von Kohlenhydratanwendungen für die menschliche Gesundheit. Drei Mitautoren sind Mitarbeiter von Mondelēz International.

Eine Patentanmeldung bezüglich der in diesem Bericht beschriebenen Faser-Snack-Formulierungen wurde eingereicht und veröffentlicht.

Quelle: Washington Universität in St. Louis

Über den Autor

Julia Evangelou Strait-WUSTL

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Dieser Artikel erschien ursprünglich auf Futurity

 


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