Диеты с клетчаткой могут помочь контролировать неблагоприятное воздействие антибиотиков на кишечник

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications Journal, исследователи изучили роль диеты в контроле структуры и функции кишечника посредством модуляции химической среды. Чтобы проверить это, они исследовали влияние пищевых добавок, особенно клетчатки, на изменение вредного воздействия дисбактериоза кишечника, вызванного антибиотиками*.

В исследовании использовались мышиные модели in vivo и подходы секвенирования нового поколения для выяснения химической и механической основы своих наблюдений. Их результаты показали, что пищевая клетчатка может модулировать метаболизм кишечных бактерий, защищая от дисбактериоза посредством окислительно-восстановительного механизма.

Кроме того, клетчатка помогла сохранить большинство полезных кишечных бактерий и ускорить их восстановление после курса антибиотиков по сравнению с другими диетическими режимами и пробиотическими добавками.

С момента открытия пенициллина в 1928 году антибиотики сыграли решающую роль в лечении микробных заболеваний. Однако, учитывая их механизм действия, антибиотики часто наносят побочный ущерб полезному микробиому кишечника, что приводит к неблагоприятным состояниям, включая дисбактериоз кишечника, вызванный антибиотиками.

Дисбиоз — распространенное, а иногда и тяжелое заболевание, приводящее к воспалительным заболеваниям кишечника, инфекциям, нарушениям иммунной функции и метаболическим нарушениям.

Исследования изучали влияние пробиотических добавок и адсорберов лекарств для перорального применения на противодействие дисбактериозу. Тем не менее, эти подходы могут усилить дисбаланс кишечника (для пробиотиков) или снизить эффективность антибиотиков, что вызывает необходимость в альтернативных методах лечения дисбактериоза.

Исследования показали, что диета может оказывать существенное влияние на предсказуемые биохимические реакции, происходящие в кишечнике. Конкретный источник углерода в пище может влиять на то, какие акцепторы электронов достигают микробиоты кишечника.

Западные диеты, традиционно богатые сахаром, быстро всасываются в пищеварительном тракте хозяина. Это приводит к тому, что углерод попадает в кишечник в ограниченном количестве, за что микробы вынуждены конкурировать, изменяя способ своего действия и нацеливаясь на углерод в слизистой оболочке кишечника, повреждая кишку.

Недавние исследования показали, что изменение метаболизма может защитить микробиоту кишечника от стресса, вызванного антибиотиками. In vivo мышиные модели показали, что подавление микробного метаболизма снижает чувствительность к антибиотикам.

Исследования, посвященные роли диеты в лечении дисбактериоза, показали, что пищевые волокна, в том числе ксантановая камедь, могут снизить воздействие антибиотиков на богатство кишечного микробиома после лечения антибиотиками.

И наоборот, было показано, что западные диеты, богатые сахаром и жирами, усугубляют дисбактериоз. Однако механизмы, лежащие в основе связи между питанием и СПИДом, остаются гипотетическими и неопределенными.

В настоящем исследовании используется метагеномное и метатранскриптомное секвенирование нового поколения для изучения состава и функций кишечной микробиоты в высоком разрешении. Затем исследователи объединили эти данные с чувствительными химическими измерениями кишечной среды, чтобы выяснить обогащение наблюдаемых метаболических путей.

Четырехнедельные мыши C57BL/6 (самки, все с дисбактериозом) были разделены на группу больных и контрольную группу. Контрольную группу кормили модифицированной диетой, в которой в качестве единственного источника углерода использовалась глюкоза. Напротив, заболевшие получали диету, лишенную глюкозы, но богатую семью пищевыми волокнами (инулин, пектин, декстрин, леван, арабиноксилан, бета-глюкан и целлюлоза).

Глюкоза — это быстро усваиваемый моносахарид, который, как ожидается, вызывает углеродный стресс в микробиоме кишечника. В то же время коктейль из клетчатки медленно переваривается и, как ожидается, достигнет и подвергнется бактериальной обработке в кишечнике. 

Обе группы получали соответствующий рацион в течение недели, прежде чем им был назначен курс антибиотика амоксициллина.

Настоящее исследование показало, что диета с высоким содержанием клетчатки обеспечивает защиту от антибиотиков и, следовательно, от дисбактериоза, до, во время и после лечения антибиотиками. На всех этапах диета с высоким содержанием клетчатки приводила к снижению потери разнообразия микробиома и улучшению восстановления после лечения.

«Эти наблюдения подразумевают, что тонкая модификация диеты может повлиять на восстановление микробиома после лечения антибиотиками. С точки зрения трансляции особенно полезно, чтобы добавки во время введения антибиотиков были столь же эффективны, как и до лечения».

Метатрансциптомное и метагеномное секвенирование показало, что клетчатка напрямую уменьшает симптомы дисбактериоза, в то время как диета, богатая глюкозой, усугубляет состояние. Гистопатология кишечника и бактериальная нагрузка были одинаковыми в группе больных на пятый день после лечения антибиотиками, что объясняет защитное действие клетчатки.

Напротив, у контрольных мышей, получавших глюкозную диету, наблюдалось значительное снижение альфа-разнообразия как в первый день, так и, в более значительной степени, в пятый день лечения. Кроме того, было замечено, что глюкозная диета изменяет видовой состав микробов кишечника, увеличивая протеобактериальную нагрузку. Предыдущая работа обнаружила связь между протеобактериями и дисбактериозом, подразумевающую ухудшение состояния.

Метатранскриптомические данные показали, что диеты с высоким содержанием клетчатки приводят к тому, что микробиомы кишечника смещают свои метаболические пути в сторону метаболизма жирных кислот, покоя и фиксации углерода. Напротив, диеты с высоким содержанием глюкозы переместили пути к тем, кто участвует в дыхательном метаболизме.

«В целом, активный метаболизм связан с повышенной восприимчивостью, в то время как метаболический сон обеспечивает защиту. Это еще раз дополняет данные, показывающие, что добавление глюкозы способствует созданию аэробной воспалительной среды в желудочно-кишечном тракте».

Анализ биохимических процессов показал, что клетчатка в рационе может усиливать ферментативный метаболизм и буферизировать окислительно-восстановительный потенциал кишечника. Напротив, глюкозная диета продемонстрировала усиление транскрипции путей, включающих нитрат и кислород в качестве конечных акцепторов электронов.

Эти результаты подразумевают, что клетчатка может способствовать защитному ферментативному метаболизму за счет снижения окислительно-восстановительного потенциала кишечника, тем самым защищая от повреждения респираторного метаболизма, связанного с лечением антибиотиками.

Это исследование показывает, что диеты с высоким содержанием клетчатки могут сохранить богатство микробиоты кишечника и изменить ассоциации их биохимических путей на те, которые способствуют ферментации и покою, обеспечивая защиту от побочных эффектов пост-антибиотической терапии дисбактериоза.

Напротив, было обнаружено, что диеты, богатые глюкозой, уменьшают альфа-разнообразие микробиома и смещают биохимические пути в сторону тех, которые способствуют окислительному дыханию, повреждая слизистую оболочку кишечника и усугубляя дисбактериоз.

«Эта работа делает важные шаги в связи изменений окислительно-восстановительного потенциала, вызванного диетой, и, как следствие, микробной активности с дифференциальной чувствительностью к антибиотикам. Следующими важными шагами являются установление причинно-следственной связи между изменениями окислительно-восстановительного потенциала и чувствительностью к антибиотикам в контексте хозяина. Будущие исследования могут нацелить исследование на влияние диеты непосредственно на метаболизм клеток-хозяев, поскольку оно связано с изменениями микробиома, и определить, отражаются ли наблюдаемые различия на самцах мышей».

* Информация представлена исключительно в ознакомительных целях и не служит рекомендацией для лечения заболеваний