Tipul de fibră consumat de copii influențează microbiomul intestinal în dezvoltare
Un studiu recent, acceptat pentru publicare în jurnalul Scientific Reports, sugerează că diferitele tipuri de fibre alimentare pot influența structura și funcția microbiotei intestinale în timpul copilăriei timpurii.
Cercetătorii au descoperit că fibrele precum xyloglucan, arabinoxylan și pectina au crescut producția de acizi grași cu lanț scurt (SCFA), în timp ce xyloglucan și arabinoxylan au ajutat la menținerea integrității barierei intestinale după o provocare inflamatorie. O combinație de xyloglucan, pectina și celuloza a diminuat, de asemenea, răspunsurile citokinelor induse de LPS într-un model celular. Dacă aceste rezultate sunt confirmate în studii viitoare, includerea unor alimente variate și bogate în fibre în mesele zilnice ar putea susține un microbiom intestinal sănătos în primele etape ale vieții.
Între aproximativ șase luni, sugarii încep să adauge alimente complementare în dieta lor, în timp ce alăptarea continuă. Această tranziție introduce surse și tipuri noi de fibre alimentare, inclusiv cele găsite în fructe, legume și cereale. Având în vedere că fibrele variază în structură, ele pot îndeplini funcții diferite. O mai bună înțelegere a modului în care diferitele tipuri de fibre afectează microbii intestinali în timpul copilăriei timpurii ar putea informa viitoarele strategii dietetice pentru susținerea dezvoltării unui microbiom sănătos.
În cadrul studiului actual, cercetătorii au realizat experimente de fermentație fecală in vitro, experimente de co-cultură celulară și analize ale datelor dintr-o cohortă observațională pentru a investiga dacă fibrele precum celuloza, arabinoxylan, xyloglucan și pectina alterează compoziția și funcția microbiotei intestinale. Celulele epiteliale intestinale Caco-2 și celulele mononucleare umane THP-1, diferențiate în celule asemănătoare macrofagelor, au fost co-cultivate pentru analiză.
Pentru a evalua impactul asupra funcției, echipa a evaluat efectele potențiale asupra producției de metaboliți și integritatea barierei epiteliale. De asemenea, cercetătorii au inclus un control fără substrat (NSC) pentru comparație. Aceștia au monitorizat rezistența electrică transepitelială (TEER) la nivelul stratului de celule Caco-2 pentru a determina dacă fibrele au influențat integritatea barierei epiteliale. Pentru a imita un răspuns inflamator, probele de fermentație au fost aplicate co-culturii timp de 24 de ore, urmate de 6 ore de expunere la lipopolizaharidă (LPS). LPS a fost adăugat în compartimentul bazal care conținea celule THP-1.
Echipa a folosit 2,0 g/L de diferite fibre, cu cantități egale din fiecare în amestecurile de fibre. Pentru a analiza efectele consumului de pectină asupra dietelor, au obținut informații de la 256 de copii cu vârste cuprinse între 6 și 36 de luni din studiul Baby Connectome Project enriched (BCP-e). Separat, experimentele de fermentație in vitro au utilizat probe fecale de la 12 sugari: șase cu vârsta de aproximativ 6 luni și șase de aproximativ 1 an. Niciunul dintre acești sugari nu a folosit antibiotice în ultimele 90 de zile și nu au avut o istorie de intervenții chirurgicale intestinale sau enterocolită necrozantă (NEC).
Echipa a utilizat secvențierea metagenomică cantitativă superficială pentru a caracteriza microbiomul, citometria de flux pentru a obține numărul de celule și cromatografia lichidă-spectrometria de masă (LC-MS) pentru analiza metabolomică. SCFA-urile au fost măsurate folosind cromatografia gazelor cu detecție prin ionizare de flacără. Aceștia au examinat relația dintre consumul de pectină și diversitatea alfa a microbiomului. În analiza in vitro, bogăția și uniformitatea speciilor au fost determinate utilizând indicii de diversitate Chao1, Shannon și Simpson reciproc, în timp ce analiza cohortelor s-a concentrat în principal pe indicele Shannon.
Producția de gaze și modificările de pH au fost înregistrate pe parcursul fermentației. Cercetătorii au calculat, de asemenea, un scor de modulație a comunității (CMS) bazat pe modificările compoziției microbiomului după incubație. Pentru analiza statistică a cohortelor, au utilizat modele mixte de efecte liniare care au luat în considerare vârsta, consumul de energie și consumul de fibre solubile.
Fermentația cu xyloglucan, pectina și arabinoxylan a crescut producția de SCFA, în timp ce diferitele tratamente cu fibre au alterat alți metaboliți, inclusiv acidul indol-3-lactic (ILA) și aminoacizii acetilați, în special la vârsta de 12 luni. În această perioadă, mai multe tratamente au alterat, de asemenea, alți metaboliți derivați din aminoacizi și compuși asociați cu vitaminele din grupul B. Nu toate modificările metabolitilor au fost neapărat benefice. TMAO a crescut, de asemenea, cu majoritatea fibrelor testate, cu excepția celulozei, deși cercetătorii au notat că acumularea în sistemul închis in vitro ar putea fi contribuită la această constatare și că implicațiile sale pentru sănătate rămân incerte.
În timp ce xyloglucan și arabinoxylan au ajutat la menținerea funcției barierei epiteliale în urma provocării cu LPS, cel mai clar efect semnificativ a fost observat cu arabinoxylan în probele de la donatorii de 6 luni. În special, tratamentul cu arabinoxylan a crescut TEER în urma provocării cu LPS. După o incubație de 24 de ore cu fibre, valorile TEER au corelat cu producția de SCFA și cu o creștere a abundenței speciilor de Bifidobacterium care produc acetat și lactat.
Mai mulți microbi intestinali au crescut mai ușor în prezența xyloglucan, pectinei și arabinoxylan in vitro. În cohorta observațională, un consum mai mare de pectină a fost asociat pozitiv cu diversitatea alfa în rândul copiilor cu vârste între 6 și 36 de luni. Cele mai multe tratamente au crescut semnificativ numărul de celule microbiene, cu cele mai puternice creșteri observate pentru AXOS, prebioticul de referință inulină și pectina. După incubație, xyloglucan și arabinoxylan au crescut abundența speciilor de Bifidobacterium de tip adult, inclusiv B. pseudocatenulatum și B. catenulatum. Printre copiii de un an, arabinoxylan a crescut abundența speciilor de tip infantil B. longum, în timp ce sub tratamentul cu pectină, Faecalibacterium prausnitzii și Phocaeicola dorei au arătat cele mai mari creșteri semnificative.
Aceste descoperiri oferă perspective valoroase asupra potențialelor efecte ale diferitelor fibre alimentare asupra microbiomului intestinal în timpul copilăriei timpurii. Deși fibrele precum xyloglucan și arabinoxylan au crescut producția de SCFA și au fost asociate cu îmbunătățirea măsurilor barierei intestinale in vitro, combinațiile de xyloglucan, pectina și celuloză au alterat eliberarea citokinelor, reducând nivelurile mai multor citokine pro- și antiinflamatorii în modelul celular. Pectina a susținut creșterea mai multor specii bacteriene. În cohorta observațională, un consum mai mare de pectin
