Az elhízás megoldása: A mikrobák manipulálása kínálhat-e alternatívát a súlycsökkentő műtétek számára?

A már globális járványnak számító emberi elhízás továbbra is növekszik. A Centers for Disease Control szerint az Egyesült Államok lakosságának több mint 40% -a elhízott.

Az elhízással járó káros egészségügyi hatások széles skálája kiterjed, beleértve az olyan pusztító betegségeket, mint a 2-es típusú cukorbetegség, a koszorúér-betegség, agyvérzés, az alvási apnoe és a rák bizonyos formái. A betegek gyakran depresszióban szenvednek, csökkent a mobilitás, a társadalmi elszigeteltség és a munkaképtelenség.

Mivel az Egyesült Államokban a költségek megközelítik az évi 316 milliárd dollárt, az elhízás visszaszorításának megértése nemcsak az egészségesebb népességet eredményezi, hanem hozzájárulhat az elszabadult orvosi költségek csökkentéséhez is.

Annak ellenére, hogy egyre nagyobb szükség van az elhízás kezelésére, az okokat nem nagyon értik. A kutatók általában egyetértenek abban, hogy a genetikai és a bélmikrobiom összetétele és aktivitása fontos tényező annak meghatározásában, hogy ki elhízott és ki nem.

Amint az emberi mikrobiom iránti érdeklődés és megértés növekszik, a kutatók egyre inkább a bélben keresik azokat a válaszokat, amelyek új, hatékonyabb diagnosztikához és terápiákhoz vezethetnek.

Az emberi bélben lévő mikrobák billiói a test kritikus funkcióinak széles skáláját látják el, és még a hangulatban és a viselkedésben is érintettek. A mikrobák kritikus feladatai közé tartozik a tápanyagok mikro-kezelése az általunk megemésztett élelmiszerekben - az egyik oka a testtömeg szabályozásában betöltött központi szerepüknek.

Egy új tanulmányban: "Az emberi bél mikrobiómájának és metabolomjának időbeli térbeli elmozdulása a gyomor bypass műtétje után" nemrégiben megjelent npj Biofilmek és mikrobiomák, Zehra Esra Ilhan, az ASU kutatója, Rosa Krajmalnik-Brown, az ASU Biodesign professzora, valamint a Mayo Klinika és a Csendes-óceáni Északnyugati Nemzeti Laboratórium kutatói újabb lépést tettek annak megértésében, hogy a gyomor bypass műtét (más néven Roux-en-Y gyomor bypass) után hogyan változik a bél. sebészet).

"Eredményeink kiemelik a nyálkahártya és a széklet mikrobiómáinak azon változásainak fontosságát, amelyek a műtét után a bél anyagcseréjére utalnak" - mondta Ilhan. A műtét utáni mikrobiális változások a széklet fermentációjában és az epesav anyagcserében fennálló tartós változásoknak feleltek meg, amelyek mindkettő javított anyagcsere-eredménnyel jár. "

A gyomor bypass műtét után az elhízással összefüggő társbetegségek várható súlycsökkenése és javulása mellett a kutatók megfigyelték, hogy a műtét hatása nem korlátozódik a székletközösségekre; a nyálkahártya-közösségek is megváltoznak. A mikrobiom változásai az elágazó láncú zsírsavak (aminosav-fermentációs termékek) megnövekedett koncentrációihoz és az ürülékminták primer és szekunder epesav-koncentrációjának általános csökkenéséhez kapcsolódtak. Az epe lúgos folyadék, amely elősegíti az emésztést.

"Az embereken végzett korábbi bariatrikus műtét-mikrobiómás vizsgálatok nagyrészt székletmintákra támaszkodtak, mivel a bélnyálkahártyán keresztül történő mintavétel invazív eljárást igényel" - mondta Ilhan, a kutatás vezető kutatója. A vizsgálat idején Ilhan doktorandusz volt Krajmalnik-Brown laboratóriumában. Jelenleg kutatást végez az INRAE-Francia Nemzeti Mezőgazdasági, Élelmiszer- és Környezetvédelmi Intézetben.

A bariatrikus műtét egy olyan művelet, amely az embereknek az emésztőrendszer megváltoztatásával fogyást okoz. Ezek a változások fiziológiai és kémiai jellegűek, és magukban foglalják a gyomor korlátozását, a felszívódási zavarokat, az epesav anyagcserét és a kémiai jelátvitelt.

"A nyálkahártya kritikusan fontos hely a gazda-mikroba kölcsönhatásokban. Megértettük, hogy a székletmintavétellel alulreprezentált képet kaptunk arról, hogy a nyálkahártya-közösségek hogyan lépnek kölcsönhatásba a gazda immunrendszerével és a hámsejtekkel" - mondta Ilhan. (A hámsejtek olyan sejtek, amelyek testének felszínét szegélyezik.)

Noha a gyomor bypass műtét sok kóros elhízásban szenvedő beteg számára sikeres volt, ez egy komoly, invazív eljárás, amely nem mentes a kockázattól és a költségektől. Ezenkívül néhány beteg visszanyeri az elveszített súlyt, talán azért, mert hiányzik belőlük a tartós fogyáshoz szükséges kedvező mikroba.

"A bélben lévő mikrobiális viselkedés megértése potenciálisan egy probiotikum létrehozásához vezethet, amely helyettesítheti a műtétet - vagy egy jobb mutatóval a műtét és a tartós fogyás legjobb jelöltjeinek azonosítására" - mondta Krajmalnik-Brown.

A longitudinális vizsgálat során az alanyok székletmintákat és végbélnyálkahártya-mintákat szolgáltattak. A végbél nyálkahártya mintáit szedálatlan rugalmas sigmoidoszkópiával vettük ki a kiinduláskor, és ismét a gyomor bypass műtét után 12 hónappal. A kutatók a székletből és a nyálkahártyából vett mintákból kivont mikrobiális DNS-t elemezték. A széklet metabolitjait nagy áteresztőképességű metabolomikai módszerekkel elemezték.

Az elhízott betegek patológiájának visszajelzőjét a bélben találták, ahol a mikrobiális közösségek jelentősen alacsonyabb változatosságát figyelték meg. A bélmikrobák sokfélesége elengedhetetlen a jó egészséghez.

Krajmalnik-Brown kutatócsoportja 2009-ben mutatta be először, hogy a gyomor bypass műtét mély változásokat eredményezett a bélben lévő mikrobaközösségek összetételében. A műtét utáni gyomor bypass betegek bélflóra jelentős különbséget mutatott az elhízott és a normál testsúlyú betegekétől.

Egy 2017-es tanulmányban a csapat újabb lépést tett annak összehasonlításával, hogy a mikrobák és az anyagcsere (a metaboloma egy szervezetben, sejtben vagy szövetben jelen levő metabolitok teljes száma) hogyan változik a gyomor bypass műtéte és a szalagműtét után.

A 2017-es tanulmány kimutatta, hogy a gyomor bypass műtéte a bél drámai átszerveződését okozta, ami növeli a mikrobiális sokféleséget. A bélmikrobiotában az ölszalag műtéttel kapcsolatos változások (más néven laparoszkóposan beállítható gyomorszalagozás) enyhék voltak, és a kísérő fogyás kevésbé volt kifejezett. Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy a zsír csökken és a fogyás akkor vált ki, amikor a csíra mentes egerek széklettranszplantációt kapnak olyan egerektől, akiket gyomor bypass műtéten estek át.

Krajmalnik-Brown csapata jelenleg az Országos Egészségügyi Intézet által finanszírozott projekten dolgozik, amelynek fő célja a mikrobiom hozzájárulása a fogadó energiaháztartásához. Ennek a projektnek az a célja, hogy elmozdítsa a terepet az asszociációkról az ok-okozati összefüggésekre, és segítsen azonosítani, hogy a mikrobák és a metabolitok miként harcolhatnak az elhízás ellen.

Krajmalnik-Brown az ASU Fenntartható Mérnöki és Épített Környezet-tanszékének professzora és az Élettudományi Kar oktatója. A Biodesign Intézetben a Swette Környezeti Biotechnológiai Központ részeként gyakorol.

Krajmalnik-Brown arról is ismert, hogy kutat a mikrobiom szerepéről az autista spektrumzavarban szenvedőknél.

A kiadványban közölt kutatásokat az Országos Egészségügyi Intézetek Országos Cukorbetegség, Emésztési és Vese Betegség Intézete támogatta R01DK090379 díjszámon.

Több információ: Zehra Esra Ilhan és munkatársai, Az emberi bél mikrobiómájának és metabolomjának időbeli térbeli elmozdulása a gyomor bypass műtétje után, npj Biofilmek és mikrobiomák (2020). DOI: 10.1038/s41522-020-0122-5