A laboratóriumi állatok étrendjének megválasztása befolyásolja a bél egészségét

A diétaválasztás fontossága

Az állatmodellekkel végzett kísérletek megtervezésekor általában figyelmen kívül hagyják az étrendválasztás fontosságát és változatosságát, különösen, ha az étrend nem a tanulmány középpontjában áll. Ez a laboratóriumi állattudomány számos publikációjának metódusaiból kitűnik, ahol gyakran olyan homályos kifejezéseket olvasnak, mint a „szokásos étkezés” vagy a „rendszeres étrend”, amelyek nem nyújtanak hasznos információkat az olvasóknak. Számos oka van annak, hogy az étrendet minden egyes kísérletnél gondosan mérlegeljük, különös tekintettel arra, hogy az étrendi tényezők köztudottan szinte minden fenotípust befolyásolnak, beleértve az egészséget a betegség jellemzőihez.

A „standard chow” (1. ábra) általában különféle gabona- vagy gabonaalapú étrendeket, vagy röviden „chow-kat” ír le, amelyek olyan összetevőkből készülnek, mint a szójabab, őrölt kukorica, halliszt és állati melléktermékek. Nagyon kevés kivételtől eltekintve ezek a „zárt” formulák, vagyis a chow képlete - az egyes felhasznált összetevők mennyisége - saját, és nem oszlik meg a kutatóközösséggel. Ezenkívül egyes gyártók az egyes összetevők tápanyagszintjétől függően egyik tételről a másikra módosítják a chow egyik összetevőjének mennyiségét. Fontos megjegyezni, hogy az oldható és oldhatatlan rostok jellemzően nagyon magasak a chow-ban, gyakran a chow körülbelül 20% -át teszik ki, és több forrásból származnak. Ezenkívül a csirkék nem tápláló, de biológiailag aktív összetevőket, például fitoösztrogéneket és mérgező nehézfémeket, például arzént tartalmaznak biológiailag releváns 1,2-es szinten. Mivel az összetevők összetétele változhat egyik tételről a másikra, nem lehet fenntartani az egyenletes tápanyag- és nem tápanyagprofilt az adagok között, illetve az 1,2,3,4-es csirkék felhasználásával végzett vizsgálatok között. .

A szokásos chow-kat gyakran saját formulákból készítik, amelyek egyik tételről a másikra változhatnak.

A csirkékkel ellentétben a tisztított étrendeket (2. ábra) finomított összetevőkből állítják össze, és a képletek „nyitottak” a kutatók előtt, hogy megismerhessék a képlet egyes összetevőinek relatív mennyiségét. A tisztított étrend finomított összetevői lehetővé teszik tápanyag-összetételük teljes ellenőrzését. Az olyan összetevők használata, mint a kazein (főleg fehérje), a kukoricakeményítő (szénhidrát), a szójaolaj (zsír) és a cellulóz (rost) azt jelenti, hogy a kutató beszámolhat a vizsgálat étrendjének képletéről és tápanyag-összetételéről, megismételheti a készítményt tételenként szükség esetén könnyedén felülvizsgálja az étrendet. Mint ilyen, a tisztított étrend-készítmények egyedileg testre szabhatók, hogy megfeleljenek bármely kutató igényeinek. Például a gyártók szelektíven eltávolíthatják vagy módosíthatják a tisztított étrend egyes étrendi összetevőit, például a rostforrást; ez nem lehetséges a csirkéknél, tekintettel arra, hogy a rágcsák a rágcsálók többféle gabonaösszetevőből származnak.

A tisztított étrendeket nyílt formulákból, finomított összetevőkből állítják elő, amelyeket folyamatosan tartanak egyik tételről a másikra.

A tisztított étrendet az 1920-as évek óta alkalmazzák, és kulcsfontosságúak voltak a vitaminok és ásványi anyagok alapvető táplálkozási szerepének felfedezésében 5. 1976-ban egy táplálkozási kutatókból álló bizottság összeállt, hogy kifejlesszen egy nyitott, rögzített formulát egy tisztított összetevőket tartalmazó és alacsony zsírtartalmú étrendhez, amelyet egereknek és patkányoknak lehet táplálni minden életszakaszban. Ezt az étrend-formulát AIN-76A étrendnek hívják, és az 1990-es évek elején felülvizsgálták az AIN-93 diétasorozat előállítására 6. Ezek az AIN-képletek képesek voltak kielégíteni a táplálkozási és kísérleti igényeket a biológiai kutatások számos területén, és adaptálhatók és módosíthatók bármely kutatási cél elérése érdekében.

Például a rágcsálók étrend okozta elhízás (DIO) tanulmányozására szolgáló tisztított, magas zsírtartalmú étrendeket úgy állítottuk össze, hogy a szénhidrátforrásból származó kalóriákat a zsírforrásokkal helyettesítettük. A tisztított, magas zsírtartalmú étrend táplálkozási szempontból kiegyensúlyozott módszert kínál a DIO tanulmányozására, és a megfelelően illesztett alacsony zsírtartalmú étrendhez képest lehetővé teszik a kutató számára, hogy megértse a magasabb zsírtartalomnak az állat fenotípusára gyakorolt hatását. Bár rendkívül hasznosak, egyetlen tisztított étrend-formula sem tökéletes. Az étrend-összetevők hiányosságai ellenére, és néha még az ilyen tökéletlenségek miatt is, a kutatói közösség számos tisztességes felfedezést tett a laboratóriumi állatok egészségével kapcsolatban a tisztított étrend használatával.

Az étrend megválasztásának mély hatásai a bél egészségére

Köztudott, hogy az étrend mélyen befolyásolja a bél egészségét. Valójában valószínűleg a bélben kezdődik az a folyamat, amelynek során a magas zsírtartalmú tisztított étrend megindítja a rágcsálók DIO-ját és anyagcsere-betegségét. Kimutatták, hogy a DIO-val rendelkező egerekből a mikrobiota transzplantációja a csíra mentes egerek béljébe növeli ezeknek a csíramentes egereknek az elhízásra való hajlamát 7. Ezenkívül az egerek magas zsírtartalmú táplálékkal történő táplálása növeli a metabolikus endotoxémiát, a gyulladás állapotát, amelyről feltételezik, hogy megelőzi az elhízás és az inzulinrezisztencia kialakulását 8 .

A legújabb kutatások hangsúlyozták a rostok fontosságát, különösen a bél egészségének alakításában és az elhízás kialakulásában. Egy tanulmányban azok az egerek, amelyek tisztított étrendet tápláltak cellulózzal, nagyobb zsírtartalmat fejlesztettek ki, és alacsonyabb vakbél- és vastagbéltömegük volt, mint azoknál, akik chow-étrendet fogyasztottak, függetlenül attól, hogy a tisztított étrend alacsony vagy magas zsírtartalmú volt-e. Ezek a hatások több nap alatt gyorsan jelentkeztek. A bélmikrobiota fontos szerepet játszott ebben a hatásban, mivel az ivóvízben alkalmazott antibiotikum-kezelés csökkentette az zsírtartalmú tisztított étrendet tápláló egerek zsírosságát és részben helyreállította a vakbél tömegét és a vastagbél hosszát. A cellulóz hozzáadása a chow étrendhez nem okozott jelentős változásokat a vakbélben és a vastagbélben, ami azt bizonyította, hogy a cellulóz nem okozta a vakbél és a vastagbél szöveteinek zsírosodását vagy atrófiáját, amelyet a tisztított étrendet fogyasztó egereknél figyeltek meg. Ezek az eredmények inkább arra engedtek következtetni, hogy a chow tartalmaz valami védőet, ami hiányzott a tisztított étrendből.

Mivel a tisztított étrend és a csirkék között ismertek különbségek, különösen a bennük lévő rostok típusa és relatív mennyisége tekintetében, a kutatók ezt követően az alacsony és magas zsírtartalmú tisztított étrendhez vagy fermentálhatatlan rostot adtak cellulóz formájában, vagy fermentálható rost inulin formájában. Megállapították, hogy az inulin hozzáadása alacsony vagy magas zsírtartalmú tisztított étrendhez növelte a vakbél és a vastagbél súlyát, és jelentősen csökkentette az egerek testtömegét. Az inulin hozzáadása a chow-hoz szintén megnövelte a vastagbél hosszát és a vakbél tömegét a hagyományos mikrobiotával rendelkező egerekben, míg ez a hatás csíramentes egereknél hiányzott. Ez ismét azt sugallja, hogy mikrobiotára van szükség ahhoz, hogy az inulin pozitívan befolyásolja a vakbél és a vastagbél morfológiáját. Az SCFA-k drámaian magasabbak voltak a chow-val etetett egerekben, mint a tisztított étrendet, és az inulin hozzáadása a tisztított étrendhez jelentősen megnövelte egy adott SCFA, az acetát arányát. Beszélgetésük során a tanulmány szerzői azt sugallják, hogy az oldható rost bélbaktériumok általi fermentálása fenntartotta a bél egészségét, és ezt a hatást részben az SCFA-szint növekedése közvetítheti.

Ezek az adatok azt mutatják, hogy a bél morfológiája és valószínűleg a bél egészségi állapota is nagyban különbözik az alacsony zsírtartalmú chow-t tápláló egerek és az ugyanolyan alacsony zsírtartalmú tisztított étrendet tápláló egerek között, amelyek egyetlen rostforrása a cellulóz. Ezenkívül az inulin egyszerű hozzáadása a jelenlegi tisztított étrend formuláihoz sok ilyen bélváltozást megakadályozhat, miközben egyidejűleg stabil és meghatározott kontroll étrendet biztosít. Nagyon fontos, hogy a kutatók tudják és megértsék, hogy kontroll étrendjük vagy bármely más étrend rosttartalma befolyásolja a baktériumok növekedését és egészségét a laboratóriumi állatok vakbéljében és vastagbélében. Ennek eredményeként a kutatóknak nagyon körültekintően kell megválasztaniuk a kontroll étrendjüket, és ügyelniük kell arra, hogy ne hasonlítsák össze a chow étrendet és a tisztított étrendet egymással. A legmagasabb szintű ellenőrzés fenntartása érdekében a kutatóknak fontolóra kell venniük a tisztított összetevőkkel rendelkező étrend alkalmazását, amely speciális igényeiknek megfelelően formulázható.

Hivatkozások

Brown, N. M. és Setchell, K. D. A kereskedelmi forgalomban lévő fitoösztrogének által befolyásolt állatmodellek: következmények a hormonok által befolyásolt utakra. Labor. Invest. 81., 735–747 (2001).

Kozul, C.D. et al. A laboratóriumi étrend alaposan megváltoztatja a génexpressziót és megzavarja az egér májának és tüdőjének genomiális elemzését. Chem. Biol. Egymásra hat. 173, 129–140 (2008).

Jensen, M.N. & Ritskes-Hoitinga, M. Hogyan befolyásolhatja az izoflavonszint a rágcsálók étrendjében az állatmodellek értékét és a kísérleti eredményeket. Labor. Anim. 41, 1–18 (2007).

Rao, G.N. & Knapka, J.J. A kémiai toxikológiai vizsgálatokban használt patkányok és egerek természetes összetevőjének tápanyag-koncentrációi. Fundam. Appl. Toxicol. 9., 329–338 (1987).

Knapka, J.J. Állati étrendek orvosbiológiai kutatásokhoz. Lab Anim. (NY). 17., 17–18 (1988).

Reeves, P. G., Nielsen, F. H. és Fahey, G. C. AIN-93 tisztított étrend laboratóriumi rágcsálók számára: az American Institute of Nutrition végleges jelentése ad hoc író bizottság az AIN-76A rágcsáló-étrend újrafogalmazásáról. J. Nutr. 123., 939–951 (1993).

Turnbaugh, P. J. és mtsai. Az elhízással összefüggő bélmikrobiom, megnövekedett energiatermelési képességgel. Természet 444, 1027–1031 (2006).

Cani, P.D. et al. A metabolikus endotoxémia elhízást és inzulinrezisztenciát vált ki. Cukorbetegség 56, 1761–1772 (2007).

den Besten, G. és mtsai. A rövid láncú zsírsavak szerepe az étrend, a bél mikrobiota és a gazda energia-anyagcseréjének kölcsönhatásában. J. Lipid Res. 54., 2325–2340 (2013)

Chassaing, B. és mtsai. Az oldható rostok hiánya hajtja az étrend által kiváltott zsírosodást egerekben. Am. J. Physiol. Gastrointest. Máj Physiol. 309, G528 – G541 (2015).