En ny undersøgelse i mus hjælper med at forklare, hvorfor tarmmikrobiomer hos ammede spædbørn kan afvige meget fra dem hos spædbørn, der får modermælkserstatning.
Undersøgelsen, "Dietary Sphinganine Is Selectively Assimilated by Members of the Mammalian Gut Microbiome", blev offentliggjort i juli i Journal of Lipid Research.
Sphinganine from milk Johnson Lab/Provided En ny teknik gør det muligt for forskere at spore specifikke næringsstoffer, når de optages af tarmmikrober i en muss fordøjelseskanal. Billedet viser visse mikrober (røde), der indtager et næringsstof, der er almindeligt i modermælk, kaldet sphinganin; blå mikrober har ikke taget det ind.
Avisen beskriver en innovativ teknik udviklet af Cornell til at spore skæbnen for metabolitter - næringsstoffer dannet i eller nødvendige for metabolisme - gennem en muss fordøjelseskanal og identificere, hvordan de interagerer med specifikke tarmmikrober.
"Vi mener, at metoderne kan udvides til mange forskellige mikrobiomsystemer," sagde seniorforfatter Elizabeth Johnson, assisterende professor i ernæringsvidenskab ved College of Agriculture and Life Sciences. Hun bemærkede, at forskere, der undersøger virkningerne af en diæt med højt fedtindhold versus fedtfattigt, eller en keto-diæt, kan bruge teknikken til at spore metabolitter.
Metodologien kunne afsløre, hvordan specifikke metabolitter fremmer specifikke bakterier. Dette kunne gøre det muligt for ernæringseksperter at ordinere, at patienter spiser fødevarer, der indeholder specifikke metabolitter for bevidst at ændre sammensætningen af deres mikrobiomer, sagde Johnson.
Menskemælk og mange andre fødevarer indeholder en klasse af lipidmetabolitter kaldet sphingolipider. Tidligere forskning antydede, at disse metabolitter hjælper med at forme et spædbarns mikrobiom, men det var ikke kendt, om de faktisk interagerer med mikrobiomet.
Undersøgelsen identificerede to typer tarmmikrober, Bacteroides og Bifidobacterium, der bruger sphingolipider til deres eget stofskifte.
Mens meget lidt er kendt om tarmmikrobernes specifikke roller i menneskers sundhed, er Bacteroides blevet impliceret i både gavnlige og knap så gavnlige virkninger, afhængigt af konteksten. De er generelt forbundet med mikrobiomer af sunde ammede spædbørn. Bifidobacterium, der for første gang i denne undersøgelse er vist at behandle sfingolipider i kosten, betragtes som de essentielle gavnlige bakterier, der omfatter op til 95 % af ammede spædbørns mikrobiom.
De er også et meget populært probiotikum i håndkøb.
"Vores laboratorium er meget interesseret i, hvordan kosten interagerer med mikrobiomet for virkelig at forstå, hvordan du bedst kan modulere det til at have positive virkninger på sundheden," sagde Johnson. "I denne undersøgelse var vi i stand til at se, at ja, disse diætlipider, der er en stor del af [ammede] spædbørns kostvaner, interagerer ganske robust med tarmmikrobiomet."
Sphingolipider stammer fra tre hovedkilder: diæt; bakterier, der kan producere dem; og de fleste værtsvæv.
Johnson skabte sammen med førsteforfatteren Min-Ting Lee, en ph.d.-studerende, og Henry Le, en postdoc-forsker, begge i Johnsons laboratorium en teknik til specifikt at spore diætsfingolipider, når de passerede gennem musens tarm.
"Vi brugerdefinerede syntetiserede sphingolipid, vi tilføjede til kosten," sagde Johnson. "Det er næsten identisk med dem, der stammer fra modermælk, men med et lille kemisk mærke, så vi kunne spore placeringen af sphingolipidet, når det først blev indtaget af musene."
Lee brugte derefter en fluorescerende etiket, der var knyttet til celler eller mikrober, der absorberede det mærkede lipid, sådan at alle bakterier, der havde optaget sphingolipider, lyste rødt. Mikrober fra musenes mikrobiomer blev derefter isoleret og analyseret. Populationer med røde mikrober blev adskilt fra de andre, og disse blev derefter genetisk sekventeret for at identificere bakteriearten.
Med yderligere undersøgelse var Le i stand til at identificere de metabolitter, som Bacteroides og Bifidobacterium producerer, når de udsættes for sfingolipider i kosten. Yderligere undersøgelser er i gang for at afgøre, om disse mikrobielt producerede metabolitter er gavnlige for spædbørns sundhed.
Johnson modtog for nylig en femårig, $1,9 millioner Maximizing Investigators' Research Award fra National Institutes of He alth (NIH) for at udvide dette arbejde for bedre at forstå, hvordan lipid-afhængige vært-mikrobe-interaktioner påvirker menneskers sundhed..
