我們的食物如何讓我們控制腸道細菌

我們的食物如何讓我們控制腸道細菌
圖片來源: Flickr的

科學家們已經發現宿主會使他們的微生物營養物質飢餓,從根本上迫使我們膽汁中的微生物進行我們的競標。

我們每個人只有一半人。 另一半是微生物。 數以萬億計的病毒,真菌,細菌和其他微觀生物覆蓋著我們的皮膚並排列著我們重要的器官。 我們依靠這些微生物群落來消化食物,合成維生素,增強免疫系統,甚至維持心理健康。

新的研究結果表明,現代飲食和抗生素的過度使用可能會破壞我們作為仁慈霸主的地位,從而有利於微生物。

營養天堂

杜克大學醫學院分子遺傳學和微生物學助理教授Lawrence A. David說:“細菌和我們似乎有一種自然的順序。” “從某種程度上說,主持人應該持有更多的牌,這並不奇怪。”

每克,腸道中存在的細菌比世界上任何其他生態系統都多。

然而,大衛說,特別是腸道中微生物組的流行觀點是一個營養豐富的天堂,“那裡有豐富的食物和資源,如Willy Wonka的巧克力工廠。”每克,有更多的細菌存在於腸道比世界上任何其他生態系統都要強。

總而言之,這些腸道微生物在人體內的重量約為3磅,與肝臟或大腦的重量相當。 因此,許多科學家認為這些微生物是如此豐富,因為腸道是一個獨特的好客環境,這並不奇怪。

但最近,一些研究人員質疑這一理論,包括大衛實驗室的博士候選人Aspen Reese,他最近成為哈佛大學的首席研究員。

各種便便

作為一名訓練有素的生態學家,Reese明白,地球上幾乎所有其他生態系統都有競爭資源的成員。 腸道為什麼會有所不同? 氮或磷等營養物質通常會限制溪流或湖泊中的細菌。 Reese想知道氮氣是否也是腸道中有限的資源。

她決定測量腸道微生物組中的氮含量。 因為腸道微生物生活在大便中,這意味著收集糞便樣本。 在同事的幫助下,尤其是普林斯頓大學的Rob Pringle,Reese成功地從30採購了各種哺乳動物的糞便,包括來自肯尼亞的野生斑馬,長頸鹿和大象; 來自新澤西的家養羊,牛和馬; 來自北卡羅來納州的人類。

她將樣品磨碎併計算微生物可利用的氮和碳原子數。

“細菌是個體生物,只是試圖通過 - 並且只有很多食物可以繞過。”

Reese發現人體腸道中的微生物每10個碳原子平均只能獲得一個氮原子,而大多數自由生活的微生物享有由一個氮氣到每四個碳組成的飲食。

為了驗證氮水平實際上可以控制微生物組,Reese還給小鼠餵食富含蛋白質的飲食,這些蛋白質天然含有大量的氮。 當她增加蛋白質的量時,小鼠腸道中的細菌數量增加了十倍。

試著過去

更重要的是,當她向小鼠的血液中註入氮氣時,其中一些氮氣最終進入腸道細菌,這表明宿主可以通過腸道內的細胞分泌氮氣,從而拯救微生物免於飢餓。 調查結果出現在 自然微生物學.

“我們的研究結果支持這樣一種觀點,即我們已經發展出一種方法,通過讓它們缺乏氮來保持我們的細菌,”大衛說。 “這也解釋了為什麼西方飲食可能對我們不利。 當人們攝入過多的蛋白質時,它會淹沒宿主在小腸中吸收氮的能力,而更多的蛋白質最終會進入大腸,從而消除了我們控制微生物群落的能力。

這種情況類似於生態學家所說的富營養化,這種現像是當肥料流入池塘或湖泊,增加水中的氮或磷濃度並刺激藻類過度生長或藻類繁殖時引起的現象。

“可能更容易想像腸道比自然界的其他部分更少'牙齒和爪子的紅色',因為微生物群對人類有益,”瑞茜說,他是哈佛大學研究員的初級研究員。 。 “但細菌是個體生物,只是試圖通過 - 並且只有很多食物可以到處走。”

什麼是正確的數字?

如果理論認為人類宿主正在失去對我們微生物下屬的控制,那麼使用抗生素消滅整個微生物種群似乎是向他們展示誰是老闆的好方法。 但是里斯和大衛的另一項研究表明,這種策略是不明智的。

該團隊為10小鼠提供了為期5天的口服抗生素治療,並每天分析他們的糞便樣本。 他們的研究結果發表於6月份 e生活,表明許多能源微生物的來源依賴於 - 如硝酸鹽或硫酸鹽化學物質 - 隨著微生物的消耗而開始積累。

“我們並不真正了解腸道中'正確'的細菌數量是多少。 當然零是太少,只有細菌充滿了太多。“

在抗生素療程結束後不久,小鼠腸道中的化學環境恢復了原狀,微生物又開始繁殖。

“我們並不真正了解腸道中'正確'的細菌數量是多少,”里斯說。 “當然零是太少了,只有細菌充滿了太多。”

大衛警告說,抗生素消滅的超過一千種腸道細菌中的許多可能永遠不會再回來。 在他們的實驗中,他的研究小組發現,這些微生物能夠找到返回老鼠肚子的唯一途徑就是讓老鼠做他們通常做的事,就是吃對方的糞便。 “人們可能不會想那樣做,”他說。

許多研究表明,經過抗生素治療,人們的微生物組可以改變數月,甚至數年。 這種改變可以為病原體創造有利的滋生地。

“通常情況下,病原體很難在腸道內定殖,”大衛說。 “為了生存,他們還有數万億的其他細菌需要打敗。 但是,如果我們突然拿走微生物對資源的競爭,我們就會失去控制,而那些導致惡劣疾病的壞細菌就像 艱難梭菌 結腸炎有一條更清晰的道路。“

大衛和他的團隊正在調查我們的食物選擇 - 包括益生元和益生菌 - 如何能夠維持我們與微生物組的關係,最終保持我們的健康。

“在進化史上,我們的身體有機會把這一切都弄清楚,並建立系統來控制微生物群,”里斯說。 “但是作為生活在現代的研究人員,我認為我們仍在努力處理正確的中間價值,以及如何讓我們留在那裡。”

國家科學基金會,哈特韋爾基金會,阿爾弗雷德·斯隆基金會,塞爾學者計劃,歐洲研究理事會和奧地利科學基金會支持了這項工作。

資源: 杜克大學

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