Dieta şi microbiomul intestinal

Dieta este un factor cheie pentru specificitatea şi individualitatea compoziției microbiomului. Dovezi preliminare sugerează că obișnuințele alimentare sunt asociate cu combinații distincte de bacterii (enterotip), constituienții alimentari având capacitatea de a influența semnificativ creșterea și funcționalitatea bacteriilor benefice în intestin.
Bacteriile sunt specializate în fermentarea diferitelor substraturi, astfel încât dietele complexe pot oferi o serie de factori esențiali pentru inhibarea sau dezvoltarea acestora. În plus, produsele finale ale metabolismului bacterian, în special acizii grași cu lanț scurt (SCFA), sunt vitale pentru sănătatea umană.

Bacteriile cele mai numeroase şi rolul lor

Populația bacteriană (în număr de 10¹⁴ indivizi aparținând la cca 500-1.000 specii distincte) este clasa de microorganisme dominante în colon. Dintre cele 70 de grupe distincte, 3 grupe, respectiv Bacteroidetes (gram-negative), Firmicutes (gram-pozitive) şi Actinobacteria (gram-pozitive), reprezintă cca 90-95% din populația bacteriană.
Clasa Bacteroidetelor include genurile Bacteroides și Prevotella, organisme care posedă capacitatea de a utiliza o gamă foarte largă de substraturi și care produc preponderent propionat de etil. Deoarece sunt mai puțin specifice pentru digestia grăsimilor, se consideră că pot proteja împotriva obezității.
Firmicutele includ mai multe specii care degradează polizaharidele nedigerabile şi produc predominant butirat. Raportul crescut de Firmicutes este asociat unui risc mai mare de obezitate, ca urmare a creșterii absorbției grăsimilor.
Alte clase precum Actinobacteriiile (care includ Bifidobacterium spp.), Proteobacteriiile (inclusiv Escherichia coli) și Verrucomicrobii (inclusiv Akkermansia muciniphila) sunt de obicei prezente în număr mai mic în microbiomul intestinal sănătos, dar au un potențial considerabil de a influența sănătatea.
Numărul Actinobacteriilor este important pentru menținerea sănătății microbiomului intestinal. Astfel s-a constatat că pacienții cu psoriazis au o populație scăzută, în timp ce la persoanele cu colite ulcerative aceste bacterii sunt în număr crescut.
Pe lângă SCFA, din procesul de fermentație bacteriană a substraturilor zaharidice rezultă CO2 şi H2, produşi utilizați de alte specii (de exemplu Archaea) pentru a produce metan sau acetat.
Prin fermentația bacteriană a proteinelor şi aminoacizilor sunt produşi acizi graşi cu lanț ramificat.

De ce sunt esențiali pentru sănătate acizii graşi cu catena scurtă (SCFA)?

Butiratul este utilizat în principal ca sursă de energie pentru celulele din colon; în proporție de 70-90% este oxidat în acetil-CoA, compus care generează ATP (adenozin trifosfat), ceea ce duce la creşterea activității mitocondriilor; crește consumul de energie, prin îmbunătățirea funcției mitocondriale, reduce obezitatea, crește funcția de barieră intestinală, prevenind trecerea toxinelor în fluxul sangvin, are potențial antiinflamator, protejează împotriva obezității induse de dietă, fără a provoca în mod necesar o reducere a aportului caloric (mediat prin hormonii intestinali), crește sinteza leptinei (care reduce pofta de mâncare), previne activarea producției de glucoză intestinală, îmbunătățește sensibilitatea la insulină.
Propionatul ajunge în ficat prin circulația portală și produce glucoză, influențează obezitatea (are efect atât pro-, cât și antiobezitate, dar în general se pare că protejează împotriva obezității, deoarece reduce pofta de mâncare prin creșterea sintezei de leptină), diminuează sinteza colesterolului (prin inhibarea acetil-CoA sintetazei, enzima care transformă acetatul de la acetil-CoA), este precursor pentru producerea glucozei de către ficat (ceea ce scade sinteza colesterolului), inhibă rezistina în țesutul adipos uman.
Acetatul acționează ca un combustibil pentru crearea de grăsime și sinteza colesterolului în ficat și în alte țesuturi. Studiile la om au arătat că administrarea lactulozei (substanța metabolizată de microbiom pentru a produce cantități mari de acetat) la voluntari, timp de 2 săptămâni, a provocat o creștere semnificativă atât a colesterolului total și LDL-ului, cât şi a nivelurilor de apoproteină ApoB și de acetat în sânge.

Corelația între dietă şi microbiom

Pe baza analizelor metagenomice se consideră că predominante în comunitatea intestinală umană sănătoasă sunt Prevotella, Bacteroides și Ruminococcus spp.
În studiile pe animale şi pe oameni care au urmărit corelația dintre microbiom şi obezitate s-a constatat că persoanele obeze au o diversitate scăzută a microbiomului, un procent ridicat de Firmicute şi Actinobacterii şi un procent scăzut de Bacteriodes, Verrucomicrobia şi Faecalibacterium prausnitzii.
Studiile au arătat că aportul alimentar influențează semnificativ compoziția microbiomului. Astfel s-a constatat că persoanele ale căror fecale conțin mai multe Prevotella au tendința de a consuma mai multe fibre, în timp ce cele care au predominant Bacteroides tind să consume mai multe proteine și grăsimi.
Câteva studii observaționale au investigat diferența de compoziție a microbiomului (conținut în fecale) între vegetarieni și omnivori. Rezultatele acestor studii indică faptul că microbiomul omnivorilor este bogată în bacterii din genul Clostridium (bacterii care produc butirat), aceştia având şi un nivel crescut de butiril-CoA CoA-transferază. În grupul vegetarienilor s-a raportat existența proporțiilor crescute ale grupului Bacteroidetes (Prevotella, Bacteroides thetaiotaomicron, Clostridium clostridioforme și Faecalibacterium prausnitzii).

Consumul de fibre alimentare

Studiile ce au urmărit influența consumului de fibre alimentare asupra organismului au evidențiat o gamă largă de beneficii pentru sănătate, inclusiv îmbunătățirea homeostaziei glucozei, profilurilor de lipide din sânge, a greutății corporale, precum şi un risc redus de cancer de colon. Fibrele alimentare, amidonul, oligozaharidele constituie principalele substraturi pentru dezvoltarea bacteriilor în colon, dat fiind metabolizarea acestora şi producerea de acizi grași cu lanț scurt (SCFA), precum şi de alți metaboliți, cum ar fi lactat, piruvat, etanol, hidrogen și succinat.
În majoritatea cazurilor, produsele rezultate din metabolismul unei specii bacteriene servesc ca substrat de creştere pentru o altă specie. Cele mai mari consumatoare de polizaharide sunt bacteriile din genul Bacteroides, dar studiile au evidențiat şi dezvoltarea specii de Bifidobacterium, Ruminococcus, Eubacterium, Lactobacillus și Clostridium.
Cerealele integrale conțin o cantitate mare de fibre alimentare. Organismul uman nu are toate enzimele necesare digerării acestor structuri şi prin urmare, fibrele ajung la colon, unde sunt metabolizate de microbiom, afectând creșterea diferitelor grupuri de bacterii.
Un studiu controlat a arătat că, după 3 săptămâni de consum de cereale pe bază de porumb, la micul dejun, nivelurile de bifidobacterii au fost crescute în fecalele voluntarilor.
Creşterea speciilor de Bifidobacterium și a grupului Lactobacillus/Enterococcus a fost evidențiată a fi mult mai pregnantă după consumul de cereale integrale, față de cel de tărâțe de grâu. În ceea ce priveşte diferența microbiomul după consumul de pâine albă de grâu şi pâine de secară, un studiu comparativ a evidențiat scăderea numărului de Bacteroidetes şi creşterea nivelului de Clostridium, Collinsella și Atopobium spp.
Cercetări similare au urmărit influența consumului zilnic de orez brun sau fulgi de orz, toate studiile conluzionând că administrarea cerealelor integrale creşte diversitatea microbiomului intestinal, favorizează creşterea Firmicutelor și reducerea Bacteroidetelor.
În ceea ce priveşte influența dietelor conținând fibre alimentare (amidon, inulină, celuloză, fructo-oligozaharide, galacto-oligozaharide, beta-glucani etc.), dat fiind interacțiunile complexe determinate atât de prezența unui anumit substrat de fibre (cu un anumit grad de polimerizare), cât şi a diversității microbiene existente şi a timpului de tranzit intestinal, rata, raportul şi amploarea producției de SCFA sunt variate.
Studii recente au arătat că ingerarea unor oligozaharide, cum ar fi fructo-oligozaharidele, ar putea modifica compoziția bacteriană a florei dominante prin creșterea bifidobacteriilor (bacterii care hidrolizează polizaharidele, transformându-le în zaharuri simple precum: glucoză, galactoză, fructoză).

Consumul de fructe şi nuci

În ceea ce priveşte consumul de fructe şi de nuci, studiile au evidențiat că fructele de pădure (care conțin antociani) determină creşterea Bifidobacterium spp. (în special Lactobacillus acidophilus), dar nu au nici un efect asupra Bacteroides spp., Prevotella spp., Enterococcus spp.
După consumul de vin roșu și must din struguri negri s-a evidențiat abundența de Bifidobacterium şi Enterococcus, mult mai pronunțată fiind creşterea determinată de consumul vinului, fapt ce a fost explicat prin sinergismul de acțiune între alcool şi ceilalți constituenți din vin.
Consumul de fistic a avut un impact mai puternic asupra compoziției microbiotei decât consumul de migdale, o mai mare capacitate de producție de butirat.
Consumul de găsimi
Datele preliminare din studiile pe subiecți umani sugerează că grăsimile alimentare modulează indirect compoziția microbiomului intestinal prin efectul său asupra secreției şi compoziției acizilor biliari.
Este bine cunoscut faptul că aportul crescut de grăsimi stimulează secreția acizilor biliari și a crește concentrațiile fecale ale acizilor biliari secundari, cum ar fi acidul dezoxicolic (DCA). Datorită activității antimicrobiene selective, aceştia pot determina modificări ale microbiomului intestinal.
Wu și colab. au concluzionat că creşterea populației de Bacteroides este corelată proporțional cu aportul de grăsimi saturate, în timp ce grăsimile alimentare totale scad Prevotella. Într-un studiu recent pe termen scurt, dieta bogată în grăsimi de origine animală a crescut în mod semnificativ concentrațiile de DCA (în fecale) și a determinat modificarea compoziției microbiomului, prin creşterea bacteriilor tolerante la acizii biliari. Aceste rezultate confirmă legătura dintre grăsimile alimentare, metabolismul acizilor biliari și modificările microbiomului intestinal.

Consumul de proteine

Efectul proteinei asupra compoziției microbiomului uman este mai puțin studiat. O dietă bogată în proteine şi săracă în carbohidrați s-a dovedit a afecta microbiomul intestinal. Astfel, rezultă creșterea acizilor grași cu catenă ramificată, scăderea producției de butirat, creşterea microorganismelor rezistente la acizii biliari (Alistipes, Bilophila și Bacteroides) şi descreşterea nivelului de Firmicutes, care metabolizează polizaharidele (Roseburia, Eubacterium rectale şi Ruminococcus bromii). Creșterea abundenței și activitatea crecută a Bilophila wadsworthia asociată dietei pe bază de produse animale susține legătura între grăsimile alimentare, acizii biliari și creșterea excesivă a microorganismelor capabile de declanșarea bolii inflamatorii intestinale.

Dietă vegetariană sau dietă cu produse din carne

În ceea ce priveşte stabilitatea compoziției microbiomului intestinal, studiile observaționale indică faptul că aportul alimentar obișnuit de grăsimi și fibre este asociat cu apariția unor tulpini bacteriene specifice. Dietele pe termen scurt (10 zile), bogate în grăsimi şi cu conținut scăzut de fibre sau cele cu conținut scăzut de grăsimi, dar cu aport ridicat de fibre au dus la schimbări în compoziția microbiomului începând din primele 24 de ore, dar magnitudinea efectului a fost relativ mică.
La vegetarienii care au început să consume produse din carne s-a constatat că bacteriile intestinale au modificat expresia genetică (au activat gene) care să permită fragmentarea proteinelor. În schimb, bacteriile intestinale ale grupului de consumatori de carne care au ținut o dietă bazată exclusiv pe plante au activat gene care au permis fermentarea carbohidraților. Diferențele dintre bacteriile intestinale ale persoanelor ce au diete vegetariene şi diete bazate pe proteine şi grăsimi animale reflectă de fapt diferențele dintre mamiferele erbivore și carnivore.
Totodată, studiile au evidențiat că la vegetarieni sunt mai puține schimbări în ceea ce priveşte abundența speciilor bacteriene din intestine, decât la persoanele care au o dietă pe bază de proteine şi grăsimi animale. Acest lucru ar putea fi justificat prin faptul că oamenii produc acizi biliari ca răspuns la consumul de produse de origine animală și acizii biliari, la rândul lor, influențează dezvoltarea bacteriilor.
Davenport și colab. au observat că compoziția microbiomului suferă fluctuații sezoniere. Astfel, în timpul verii a crescut raportul de Bacteroidetes şi a scăzut raportul de Actinobacteria și Firmicute, ceea ce poate fi atribuit consumului de fructe şi legume proaspete.
În prezent sunt folosite două strategii principale pentru a manipula compoziția microbiană intestinală şi a stimula selectiv creșterea și activitatea anumitor specii şi anume administrarea de suplimente alimentare conținând prebiotice (inulină, fructo-oligozaharide, galacto-oligozaharide, glucomanani, beta-glucani etc.) şi probiotice (bacterii vii).

În mod concertat, aceste rezultate demonstrează că microbiomul intestinal poate răspunde rapid la schimbările de dietă şi că o cunoaştere profundă a mecanismelor care influențează balanța bacteriană și o înțelegere a importanței menținerii echilibrului dintre speciile bacteriene pot să conducă la utilizarea dietelor individualizate ca mijloc de modulare a microflorei bacteriene în scopul profilaxiei sau tratamentului pentru o serie largă de afecțiuni.

Sursa:

• selfhacked.com/2016/03/21/how-your-gut-microbiota-can-make-you-fat-or-thin/
• ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22064556
• ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22064556
• ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3827442/
• journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0035240
• medicaldaily.com/gut-bacteria-rapidly-changes-diet-gut-microbiome-more-sensitive-previously-believed-264899
• sciencenews.org/blog/scicurious/low-fiber-diets-make-gut-microbes-poop-out
• nature.com/nature/journal/v529/n7585/full/nature16504.html
• foodandnutritionresearch.net/index.php/fnr/article/viewFile/1801/1708
• lifeextension.com/magazine/2015/11/the-microbiome-of-aging-and-age-related-disease-conference/page-01
• fasebj.org/content/29/1_Supplement/1006.1
• nature.com/ijo/journal/v39/n9/full/ijo201584a.html
• https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304394016300775
• ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4756104/
• microbewiki.kenyon.edu/index.php/Firmicutes_and_Obesity