肠道细菌挖掘膳食纤维，释放有益的营养物质
圣路易斯华盛顿大学医学院的一项新研究表明，某些人类肠道微生物可以挖掘膳食纤维，以提取人体无法获得的营养物质。这项研究发表在6月27日的杂志上细胞，说明了食品生产的纤维副产品，如水果和蔬菜的皮、皮和种子，可能是有益生物分子的未开发来源，有助于人类健康。
很多因素，包括人口增长、气候变化以及COVID-19大流行造成的社会破坏使人们的注意力集中在粮食生产上。这包括考虑在食品制造过程中产生的大量废物和通常被丢弃的潜在营养价值。这些副产品中的纤维成分反映了它们的不同来源以及在食品制造过程中应用的不同类型的步骤。
资深作者Jeffrey I. Gordon医学博士、Robert J. Glaser博士、爱迪生家族基因组科学与系统生物学中心主任说:“这些副产物流可以代表以前未被表征的生物分子的可持续和可扩展的来源，以及其他难以大量获得的已知生物分子。”“例如，2020年全球柑橘产量约为1.4亿吨。只有大约一半的加工水果被用于果汁生产，每年产生数千万吨柑橘产品废物。我们转向我们的肠道微生物作为‘生物化学家大师’，他们询问他们能够从这些纤维中解放或挖掘哪些通常无法获得的生物分子类型。”
研究人员首先研究了一组携带常见人类肠道微生物的小鼠，以及所谓的肠道微生物无菌鼠在没有任何微生物的情况下。小鼠被喂食高脂肪、低纤维的饮食，这是许多美国人的典型饮食，有或没有补充从橙子或豌豆中提取的纤维。研究人员发现n -甲基血清素是一种分子，只有当小鼠被人类肠道微生物定植，并被给予含有橙色纤维的饮食时，这种分子才会被释放出来。
他们测试了49种不同类型的人类肠道细菌，发现了一种属于一种肠道的菌株细菌种类-卵形拟杆菌(bacteroides ovatus)能够有效地从橙色纤维中提取n -甲基血清素。通过创新的分子分析，他们确定这种菌株能够产生我们人类基因组中所缺乏的酶，这种酶的功能就像分子剪刀一样，可以分解包裹在橙色纤维中的n -甲基血清素的复杂糖结构。
研究人员继续描述了n -甲基血清素的生物学效应。当给无菌小鼠饮用不含橙纤维的高脂肪美国饮食时，n -甲基血清素减少了脂肪储存，改善了肝脏中的糖代谢，并产生了更快的肠道运输时间。
研究人员随后表明，他们从小鼠临床前工作中获得的结果也适用于人类。在一项小型临床试验中，他们记录了食用含有橙色纤维的零食的人粪便样本中n -甲基血清素的含量增加。这种影响是特定于纤维的:当食用含有豌豆纤维的零食时，这种影响不会发生。此外，食用橙色纤维零食还伴随着微生物基因水平的显著增加，这些基因存在于参与者的肠道微生物群中，可以分解橙色纤维中捕获n -甲基血清素的多糖。
研究人员使用的方法强调了微生物组科学、食品科学和营养之间的关系。这项研究强调了膳食纤维不是一个实体，而是很多实体。它提出了一个框架，以确定负担得起的和可持续的纤维及其相关营养素的来源，这些来源利用了食品制造的副产品，否则这些副产品将被当作废物丢弃。
戈登说，人们对n -甲基血清素的了解相对较少，但它在结构上与血清素非常相似，血清素是一种神经递质，在情绪、睡眠和身体其他关键功能中起着重要作用。研究人员还确定，n -甲基血清素只存在于极少数类型的纤维中。测试超过130个可食用的植物包括玉米、小麦和大米等主要主食，他们只发现了少数几种辣椒(但不包括辣椒、灯笼椒或黑胡椒)含有n -甲基血清素。
“5 -羟色胺参与了身体的许多过程，从情绪、食欲到消化系统健康，”研究报告的合著者、病理学和免疫学副教授迈克尔·j·巴拉特博士说。“我们试图破译的是n -甲基血清素在多大程度上与血清素本身相似或截然不同。我们看到了给小鼠注射n -甲基血清素的潜在有益效果，但确定它是否具有不同于血清素的特征很重要。”
这项研究提出了一些可能的方法，包括在饮食中添加精选的纤维，以保留其“可开采”生物分子的宝贵内容的方式生成。这种纤维对消费者的好处部分与它们的肠道微生物组组成有关。在某些情况下，纤维和由有益纤维相关生物分子的熟练细菌矿工组成的益生菌的组合可能是个性化营养配方的一部分。
Barratt也是肠道微生物组和营养研究中心的执行主任，他说:“理想情况下，我们希望能够根据一个人的微生物组的知识，特别是它挖掘某些纤维的代谢能力，来推荐纤维。”
戈登补充说:“不同的纤维拥有独特而丰富的生物分子库。不同的肠道微生物群从不同的纤维中挖掘营养物质的能力也不同，包括已知的生物分子和尚未发现的生物分子。这里潜在的发现空间是巨大的。这项研究揭示了个性化营养的巨大潜力。”
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