纖維可能是對腸道細菌有益的零食的關鍵

藍色背景中綠​​色豆莢中的豌豆

研究人員已經確定了休閒食品原型的成分,這些成分旨在以與健康相關的方式有意改變腸道微生物群。

科學家們在對超重參與者進行的兩項試驗性人體研究中,將動物模型的結果轉化為研究結果表明,含有特定纖維類型組合的零食會影響參與纖維成分代謝的微生物組元素。

微生物組的這種變化與血液蛋白質組的變化有關,這些蛋白質是生理學和新陳代謝許多方面的生物標誌物和調節劑。 從長遠來看,這些血液蛋白質的變化可以改善健康。

該研究的資深作者、該研究的教授兼主任杰弗裡·I·戈登 (Jeffrey I. Gordon) 說:“營養不良是世界範圍內一個緊迫而復雜的問題,它受多種因素驅動,包括典型西方飲食中過多的高脂肪和低纖維食物華盛頓大學醫學院愛迪生基因組科學與系統生物學家庭中心。

“由於零食是西方飲食的一個受歡迎的部分,我們正在努力幫助開發人們喜歡吃的新一代零食配方,這將支持影響健康的許多方面的健康腸道微生物群。”

人類腸道是由數万億微生物組成的微生物組的家園,其中包含數百萬種不同的基因,這些基因執行人類基因組中大約 20,000 個蛋白質編碼基因所不具備的功能。 據研究人員稱,食物的營養價值部分取決於腸道微生物群對食物進行獨特代謝的產物。

Gordon 和他的同事專注於表徵哪些食物成分與腸道微生物組的哪些成分相互作用,以及這種相互作用如何塑造人類生物學的不同特徵。 其目標是開啟營養科學的新時代,從可持續來源生產出價格合理、更有營養的食物,可用於治療或預防各種形式的營養不良——無論是兒童或成人的營養不良還是肥胖。

美國和其他西方國家消費的高脂肪、低纖維飲食無法支持多樣化和健康的腸道微生物群。 此外,飲食中含有 高纖維 內容與降低心血管疾病、2 型糖尿病和肥胖等慢性病風險有關。 然而,膳食纖維由複雜多樣的生物分子混合物組成,其中許多生物分子不能自行分解。 這些混合物的性質取決於纖維的來源以及它們在加入食物時的加工方式。

Gordon 團隊過去的工作確定了特定的植物纖維,這些纖維可以負擔得起,並且可以從可持續來源大量獲得——例如來自果皮、外皮和外殼,否則這些纖維將被丟棄——並且提高了某些有益腸道微生物的性能,這些微生物在許多肥胖的成年人食用西方飲食。

在這份新報告中,研究人員分析了參加兩項研究的受試者的數據,這些受試者超重或肥胖,並提供模仿典型西方飲食的膳食。 這些飲食補充了三種 含纖維 休閒食品原型。 一種只含有從豌豆中回收的纖維。 另一種含有豌豆纖維和菊粉(一種存在於多種水果和蔬菜中的纖維,包括小麥、洋蔥、香蕉、蘆筍、朝鮮薊和菊苣根)。 第三種零食含有豌豆纖維和菊粉以及來自橙子和大麥麩皮的纖維。 這些零食是與全球休閒食品公司億滋國際合作開發的。

在第一項研究中,參與者吃了 10 天高脂肪、低纖維的食物,然後在他們的飲食中添加含有豌豆纖維的零食兩週,然後兩週,參與者繼續吃高脂肪的食物,不含纖維零食的低纖維飲食。 在第二項研究中,使用了類似的設計,但補充的是同時含有豌豆纖維和菊粉的零食,經過一段時間的清洗後,零食含有四種纖維成分:豌豆、菊粉、橙子和大麥麩。

研究人員在研究的各個階段分析了患者的腸道微生物組以及血液中 1,300 多種蛋白質的水平。 Gordon 和他的同事發現,在試驗參與者中對不同零食纖維原型做出反應和處理的微生物組的許多成分與他們在早期使用人​​類腸道微生物定植的無菌小鼠進行的實驗中對相同纖維做出反應的成分相同. 無菌小鼠是在無菌條件下出生和飼養的,因此可以嚴格控制腸道微生物的性質以進行科學研究。

此外,他們發現,與單纖維或兩纖維零食相比,四種不同纖維組合的零食對編碼從纖維中提取營養所需的代謝機制的微生物組基因有更廣泛的影響。 這些發現驗證了使用他們的臨床前模型作為加速篩选和選擇纖維以納入食品原型的一種方式。

研究人員開發了數據挖掘方法,使他們能夠識別特定微生物組基因組的統計顯著變化,並將它們與涉及非常廣泛的生理過程的血液蛋白質組的水平變化聯繫起來,從能量代謝——包括葡萄糖的代謝——免疫反應、凝血和血管功能,以及骨骼和神經細胞生物學。

“即使在這些相對較短的研究中,我們也很高興看到這些纖維零食對腸道微生物組和人體生理學的影響,”第一作者、進行這項工作的跨學科團隊成員 Omar Delannoy-Bruno 說。

“這些試點研究並非旨在測試纖維零食是否會導致體重或心臟代謝健康的常用生物標誌物產生顯著的長期變化。 因此,必須在更大、更長的臨床試驗中研究這些干預措施的益處,”共同作者、華盛頓大學腸道微生物組和營養研究中心的病理學和免疫學副教授兼執行主任邁克爾 J.巴拉特說。 “此外,這些小型研究是在嚴格控制的飲食條件下進行的。 下一步重要的工作將是調查纖維零食對可以像往常一樣自由進食的參與者的影響。”

戈登補充說:“通過更好地了解不同類型的影響 纖維 關於微生物組的組成部分,我們希望我們能夠提供一種人們想要吃的零食,同時也有助於更健康的飲食,特別是對於那些可能無法獲得營養食品的人。”

該研究出現在雜誌上 性質.

這項工作的資金來自美國國立衛生研究院 (NIH) 和億滋國際。

Gordon 是安捷倫科技思想領袖獎的獲得者。 他還是 Matatu Inc. 的聯合創始人,該公司的特點是飲食與微生物群之間的相互作用在動物健康中的作用。 其他作者報告是 Phenobiome Inc. 的聯合創始人,該公司致力於開髮用於微生物群落預測表型分析的計算工具,以及 Evolve Biosystems、interVenn Bio 和 BCD Bioscience——參與聚醣表徵和開發的公司碳水化合物對人類健康的應用。 三名合著者是億滋國際的員工。

與本報告中描述的纖維零食配方相關的專利申請已提交並公佈。

資源: 聖路易斯華盛頓大學

關於作者

Julia Evangelou 海峽-WUSTL

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