رژیم‌های پرپروتئین چگونه ترکیب میکروبیوم روده را ظرف یک هفته تغییر می‌دهند؟
1
باکتری‌ها، قارچ‌ها و سایر میکروارگانیسم‌های موجود در روده حیوانات نقش حیاتی در فرآیندهایی چون هضم و ایمنی بدن دارند، با این حال دانشمندان هنوز اطلاعات اندکی در مورد تأثیر غذاهای روزمره بر این اکوسیستم درونی دارند.
در مطالعه‌ای جدید که توسط محققان دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی انجام شده و توسط آلفردو بلیکلی-رویز و همکارانش منتشر شده، مشخص شده که تنها با تغییر منبع اصلی پروتئین در رژیم غذایی می‌توان ترکیب و عملکرد میکروبیوم روده را ظرف تنها یک هفته تغییر داد.
این یافته‌ها می‌توانند راهگشای پاسخ به این پرسش باشند که چرا رژیم‌های مدرن اغلب با اختلالات مزمن گوارشی مرتبط هستند و در عین حال مسیرهایی برای درمان یا پیشگیری ارائه دهند.
واکنش روده به منابع مختلف پروتئینی
روش آزمایش
برای بررسی اثر منحصربه‌فرد منبع پروتئین، پژوهشگران به موش‌ها رژیم‌هایی دقیق و تعریف‌شده دادند که در آن‌ها میزان چربی، کربوهیدرات، فیبر و مواد معدنی یکسان بود؛ اما منبع پروتئین هر هفت روز یک‌بار تغییر می‌کرد: سفیده تخم‌مرغ، برنج قهوه‌ای، سویا یا مخمر.
تکنیک بررسی میکروبیوم
پس از پایان هر مرحله از رژیم غذایی، محتویات روده موش‌ها استخراج شد و با استفاده از تکنیکی ترکیبی از متاژنومیکس و متاپروتئومیکس مورد تحلیل قرار گرفت.
این روش ترکیبی که شامل تعیین توالی DNA و طیف‌سنجی جرمی با وضوح بالا بود، نه‌تنها گونه‌های میکروبی موجود را شناسایی کرد، بلکه فعالیت پروتئینی آن‌ها را نیز بررسی نمود؛ یعنی مشخص شد که این میکروب‌ها واقعاً چه کاری انجام می‌دهند، نه فقط چه توانایی‌هایی دارند.
تغییر شدید در جامعه میکروبی روده
تغییرات پس از هر رژیم
یافته‌ها حاکی از آن است که ترکیب میکروبیوم روده به طور چشمگیری با تغییر منبع پروتئین تغییر می‌کرد. از میان رژیم‌های مختلف، سه رژیم بر پایه سفیده تخم‌مرغ، برنج قهوه‌ای و مخمر بیشترین تغییرات را در ساختار میکروبی رقم زدند.
بازنویسی مسیرهای متابولیکی
در برخی موارد، گونه‌هایی که پیش‌تر نقش جزئی داشتند به گونه‌های غالب تبدیل شدند. همچنین مسیرهای متابولیکی به‌طور کامل خاموش یا فعال شدند که نشان می‌دهد میکروب‌ها به‌سرعت دستگاه زیستی خود را برای بهره‌برداری از منبع غذایی جدید بازتنظیم می‌کنند.
تأثیر اسیدهای آمینه و قندهای پیچیده
افزایش آنزیم‌های تجزیه اسید آمینه
پیش‌بینی می‌شد که مسیرهای متابولیسم اسید آمینه تحت تأثیر قرار بگیرند، زیرا پروتئین‌ها از اسیدهای آمینه ساخته شده‌اند. در موش‌هایی که با سفیده تخم‌مرغ یا برنج قهوه‌ای تغذیه شده بودند، افزایش چشمگیری در آنزیم‌های تجزیه اسید آمینه مشاهده شد. این موضوع نشان می‌دهد که میکروب‌های روده این ترکیبات را مستقیماً از غذا جذب می‌کردند نه اینکه آن‌ها را خود بسازند.
عواقب پنهان تجزیه اسید آمینه
با اینکه این پدیده منطقی به نظر می‌رسد، اما بلیکلی-رویز هشدار داد که برخی از محصولات جانبی اسیدهای آمینه می‌توانند سمی باشند یا از طریق محور روده–مغز بر سیگنال‌دهی عصبی تأثیر بگذارند.
تغییرات شدید در آنزیم‌های قندبُر
نقش گلیکان‌ها در ساختار پروتئین‌ها
شگفت‌آورترین کشف این پژوهش، تغییرات وسیع در آنزیم‌هایی بود که گلیکان‌ها (زنجیره‌های قندی متصل به پروتئین‌ها) را تجزیه می‌کنند. رژیم‌های حاوی سویا، برنج، مخمر و به‌ویژه سفیده تخم‌مرغ باعث افزایش قابل‌توجه تولید این آنزیم‌ها شدند.
افزایش آنزیم‌ها در حضور موکین
در گروه تغذیه‌شده با سفیده تخم‌مرغ، یک گونه خاص باکتری رشد شدیدی نشان داد و مجموعه‌ای گسترده از ژن‌های تجزیه گلیکان را فعال کرد. آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان دادند که این باکتری در حضور موکین (مخلوط لغزنده‌ای از پروتئین و قند که پوشش روده را محافظت می‌کند) نیز الگوی آنزیمی مشابهی دارد.
تضعیف سد محافظتی روده
چون ساختار قندهای موکین مشابه قندهای موجود در پروتئین‌های غذایی است، ممکن است میکروب‌هایی که قادر به تجزیه گلیکان‌های سفیده تخم‌مرغ هستند، به‌تدریج لایه موکین را نیز تخریب کرده و سد روده‌ای را تضعیف کنند. این موضوع می‌تواند به التهاب یا ورود پاتوژن‌ها منجر شود.
بلیکلی-رویز اظهار داشت: «در مطالعات آینده به‌دنبال بررسی این ارتباط احتمالی میان بیان آنزیم‌های تجزیه‌کننده گلیکان در رژیم سفیده تخم‌مرغ و تخریب موکین توسط میکروبیوم روده خواهیم بود.»
مسیرهای آینده تحقیقاتی
تفاوت رژیم‌های واقعی با رژیم‌های آزمایشگاهی
مانوئل کلاینر، استاد زیست‌شناسی گیاهی و میکروبی و نویسنده همکار مقاله، یادآور شد که رژیم‌های استفاده‌شده در این مطالعه به‌صورت مصنوعی طراحی شده‌اند. رژیم‌های واقعی شامل چندین منبع پروتئین و سایر مواد مغذی هستند که می‌توانند اثرات را تعدیل یا خنثی کنند.
سفیده تخم‌مرغ: تعدیل‌گر شدید میکروبیوم
با این وجود، نتایج نشان می‌دهند که سفیده تخم‌مرغ نقش مهمی در تغییر رفتار میکروب‌ها دارد و می‌تواند زمینه‌ساز مطالعات بیشتری درباره ترکیب پروتئین‌ها در نسبت‌های واقعی باشد.
طراحی رژیم‌های شخصی‌سازی‌شده
کلاینر گفت: «مطالعه ما نه‌تنها نشان می‌دهد چه باکتری‌هایی در روده حضور دارند و چه میزان هستند، بلکه روشن می‌سازد که دقیقاً چه کاری انجام می‌دهند.»
با ترسیم نقشه‌ای از آنزیم‌های مورد استفاده توسط میکروب‌ها در مواجهه با پروتئین‌های مختلف، پژوهشگران گنجینه‌ای از واکنش‌های متابولیکی تهیه کرده‌اند که در پروژه‌های آینده می‌توانند برای طراحی رژیم‌های غذایی یا پروبیوتیک‌های هدفمند به کار گرفته شوند.
تغذیه‌ای برای حمایت از سلامت روده
اهمیت شناخت منبع پروتئین
این یافته‌ها در زمانی منتشر شده‌اند که توجه زیادی به نقش رژیم غذایی در شکل‌گیری میکروبیوم روده و در نتیجه سلامت انسان جلب شده است. بیماری‌های گوارشی مانند سندرم روده تحریک‌پذیر و التهاب روده میلیون‌ها نفر را در سراسر جهان تحت تأثیر قرار داده‌اند و بسیاری از بیماران گزارش می‌دهند که برخی غذاها باعث تشدید علائم آن‌ها می‌شود.
نتیجه‌گیری مطالعات
مطالعه جدید نشان می‌دهد که فقط تغییر منبع پروتئین می‌تواند ظرف چند روز ترکیب میکروبی روده را تغییر دهد، فرآیند تجزیه اسیدهای آمینه را دگرگون کند و حتی به تخریب لایه محافظ موکوس منجر شود.
پژوهش‌های بیشتر در حیوانات و انسان می‌تواند نشان دهد که آیا برخی منابع پروتئینی با افزایش تولید سموم و تجزیه موکوس به بیماری منجر می‌شوند و آیا منابع جایگزین یا مکمل‌های فیبری می‌توانند روده را به وضعیت سالم‌تری بازگردانند.
پایان رویکرد یکسان برای همه
به گفته دانشمندان، نباید در زمینه مصرف پروتئین رویکرد یکسانی برای همه در پیش گرفت. شناخت تأثیر خاص هر نوع پروتئین بر متابولیسم میکروبی گام اول در جهت تغذیه شخصی‌سازی‌شده است که سلامت روده را تقویت کند، نه تخریب.
این مطالعه در ژورنال ISME منتشر شده است.
