Триптофан — ключевая аминокислота в рационе человека, которая расщепляется кишечными микроорганизмами, которые превращают его в многочисленные метаболиты, оказывающие различное воздействие на здоровье человека. Недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature Microbiology, изучает метаболизм триптофана в ответ на увеличение потребления пищевых волокон.
Содержание
Метаболизм триптофана в кишечнике
В желудочно-кишечном тракте триптофан расщепляется на индол, индолмолочную кислоту (ILA) или индолпропионовую кислоту (IPA). Высокий уровень индола связан с хроническими заболеваниями почек, в то время как ILA оказывает защитное действие против пищевой аллергии. ИФА обратно пропорционально связан с сахарным диабетом 2 типа и, как было показано, улучшает целостность слизистой оболочки кишечника и снижает риск атеросклероза.
Другие метаболиты триптофана поддерживают эпителиальные барьеры и иммунологическую функцию, регулируют воспаление и ключевые метаболические пути, а также обеспечивают защиту от инфекционных заболеваний. И наоборот, некоторые молекулы, такие как индол, метаболизируются печенью в токсин, который накапливается при хроническом заболевании почек, впоследствии усугубляя это состояние. Высокий уровень индола в кишечнике также увеличивает риск персистирующей Clostridiodes difficile инфекции толстой кишки.
Индол является наиболее распространенным метаболитом триптофана у людей и мышей, поскольку он составляет до 75% всех метаболитов триптофана. Многочисленные микроорганизмы катаболизируют триптофан до индола через триптофаназу или до ILA / IPA другими путями.
Несколько исследований показали преимущества пищевых волокон в снижении расщепления белка микробами толстой кишки до токсичных побочных продуктов. Пищевые волокна также ускоряют прохождение пищи через кишечник, что увеличивает доступность углеводов в толстой кишке, в конечном итоге предотвращая катаболизм белков.
Недавние исследования показали потенциальную связь между потреблением ферментируемых волокон и метаболизмом триптофана. Текущее экспериментальное исследование направлено на изучение роли ферментируемых углеводов в метаболизме триптофана в кишечнике.
Об исследовании
Исследователи провели эксперименты на мышах in vitro и in vivo , чтобы оценить конкуренцию между кишечными микробами за триптофан в качестве субстрата и конечные продукты его метаболизма.
C. sporogenes, P. anaerobius, B. thetaiotaomicron и E. coli были выбраны в качестве репрезентативных штаммов бактерий для изучения микробиома кишечника в искусственной среде in vitro . Затем эти результаты были сопоставлены с экспериментами, проведенными с использованием сложных микробных сообществ, выделенных из образцов фекалий человека.
Что показало исследование?
В модели с тремя сообществами эксперименты как in vivo, так и in vitro показали, что E. coli конкурирует с C. Sporogenes за метаболизм триптофана. E. coli производит индол, тогда как C. sporogenes производит ILA и IPA.
Добавки с углеводами, даже в низких концентрациях, подавляют активность триптофаназы E. coli в два-четыре раза, впоследствии снижая выработку индола. C. sporogenes не употребляли углеводы, даже когда добавляли глюкозу в пяти-десятикратной концентрации, что указывает на их предпочтение аминокислотам.
Эти результаты показывают, что на конкуренцию между E. coli и C. sporogenes влияет доступность углеводов в питательной среде, а не обилие бактерий, метаболизирующих триптофан.
Хотя простые сахара в рационе не попадают в толстую кишку, они образуются в результате расщепления пищевых волокон. Когда в питательную среду добавляли пектин, сложный углевод, Bacteroides thetaiotamicron расщеплял пектин до простых сахаров, тем самым перекрестно питая кишечную палочку.
Добавки с пектином активируют гены E. coli , регулируя утилизацию продуктов распада клетчатки в 16-64 раза. Это привело к снижению уровня индола без каких-либо изменений в количестве E. coli , поскольку E. coli предпочитала простые сахара по сравнению с триптофаном.
В то время как количество C. sporogenes уменьшалось с потреблением пектина, уровни ILA и IPA повышались по мере того, как C. sporogenes получал больше триптофана. Более того, ингибирование выработки индола значительно увеличило доступность триптофана для других метаболических путей в кишечнике.
Посевы фекалий человека показали аналогичные явления, что подтверждает наблюдение о снижении уровня индола при увеличении потребления пищевых волокон. Когда мышам с гнотобиотиком пересадили фекальную микробиоту, результаты были аналогичными, демонстрируя, что пищевые волокна подавляют выработку индола несколькими видами кишечника.
Последствия для здоровья человека
Наши результаты объясняют, почему потребление ферментируемых волокон подавляет выработку индола, но способствует образованию других метаболитов триптофана, связанных с пользой для здоровья.”
Доступность микробных субстратов и ферментируемых углеводов в кишечнике влияет на направление метаболизма триптофана. В результате изменяется относительное содержание метаболитов триптофана в результате их воздействия на определенные виды бактерий.
Результаты исследования имеют серьезные последствия для диетических рекомендаций, направленных на улучшение здоровья кишечника и предотвращение развития метаболических нарушений. Повышенное потребление ферментируемых волокон может привести к изменению метаболизма кишечных микробов, что увеличивает выработку метаболитов, поддерживающих целостность слизистой оболочки кишечника, иммунитет и метаболическое здоровье.
