Când descompun proteine ca să se hrănească, bacteriile din intestin nu se opresc la cele venite din mâncare: experimente pe șoareci arată că le consumă și pe ale organismului în care trăiesc, inclusiv pe cele din stratul de mucus care apără intestinul.
Mucusul acesta ajută la separarea microbilor de celulele care căptușesc intestinul, iar din descompunerea proteinelor gazdei rezultă compuși potențial nocivi. În aceleași experimente, fibrele din alimentele vegetale au ajutat la frânarea acestui proces.
Consumul mai mare de alimente vegetale este asociat îndeobște cu o sănătate mai bună, dar oamenii de știință încă încearcă să afle exact de ce. Noile cercetări sugerează că fibrele sunt doar o parte a explicației. Anumite proteine vegetale care rezistă digestiei pot juca și ele un rol surprinzător de important în modelarea bacteriilor intestinale și în ceea ce ajung acestea să producă: substanțe benefice sau substanțe potențial dăunătoare.
Dietele bazate pe plante susțin sănătatea digestivă, funcția imunitară, metabolismul și sănătatea cardiovasculară. Unul dintre motive este că ajută la păstrarea unei comunități diverse de microorganisme în intestin, numită, în ansamblul ei, microbiom intestinal. Multe dintre aceste bacterii sunt benefice și contribuie la descompunerea componentelor din alimente pe care sistemul digestiv uman nu le poate procesa singur.
Fibrele contează în mod deosebit, pentru că sunt hrana microbilor intestinali. Plantele mai conțin și fitochimicale, substanțe naturale care dau adesea fructelor și legumelor culorile vii și le ajută să se apere de amenințările din mediu; și acești compuși pot contribui la sănătatea omului. Cercetătorii abia au început însă să înțeleagă interacțiunile chimice complexe care au loc atunci când bacteriile intestinale digeră alimentele de origine vegetală.
Două studii conduse de Jenna AbuSalim și Joshua Rabinowitz, de la filiala din Princeton, SUA, a Institutului Ludwig pentru Cercetarea Cancerului, al cărei director este Rabinowitz, aduc lămuriri importante. Unul, publicat în revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), arată cum fibrele vegetale și anumite proteine influențează bacteriile intestinale, favorizând producția de compuși benefici în detrimentul celor potențial dăunători. Celălalt, apărut în iunie în revista Nature Metabolism, contestă o convingere veche: aceea că mulți compuși chimici importanți care circulă în organism provin exclusiv de la microbii intestinali.
„Există un interes tot mai mare, în disciplinele medicale, pentru manipularea microbiomului uman sau pentru folosirea în scop terapeutic a produselor sale metabolice. Dieta e foarte promițătoare ca mijloc de a controla microbiomul și ceea ce produce el. Dar, ca să concepem intervenții terapeutice eficiente, trebuie să înțelegem ce anume din dietă controlează care dintre produsele microbiene”, a declarat Rabinowitz.
Din doi aminoacizi, compuși cu efecte opuse
În studiul din PNAS, cercetătorii au examinat un grup de substanțe numite metaboliți fenolici. Metaboliții sunt substanțele chimice care se formează atunci când organismul sau microorganismele descompun și procesează nutrienții. Unii sunt esențiali pentru funcțiile biologice normale, alții pot contribui la probleme de sănătate atunci când se acumulează.
Metaboliții fenolici studiați de echipa de cercetare apar când bacteriile intestinale procesează doi aminoacizi, tirozina și fenilalanina. Aminoacizii sunt elementele din care se construiesc proteinele, însă compușii în care ajung să fie transformați pot avea efecte foarte diferite asupra sănătății.
Doi metaboliți derivați din fenilalanină, fenilpropionatul și acidul hipuric, sunt asociați cu o greutate corporală sănătoasă și cu o sănătate intestinală mai bună. În schimb, doi compuși derivați din tirozină, sulfatul de p-cresol și sulfatul de fenol, au fost asociați cu o evoluție mai rea la pacienții cu cancer și cu efecte nocive asupra întregului organism la persoanele cu afecțiuni renale.
Cercetătorii au vrut să afle dacă diferitele componente ale alimentelor vegetale ar putea influența care dintre aceste substanțe ajung să fie produse de microbii intestinali.
„Studiile noastre au arătat că atât fibrele, cât și proteinele nedigerabile din plante – pe care le numim «proteine care imită fibrele», sau Prif – înclină balanța metaboliților fenolici dinspre cei nocivi, produși din tirozină, spre varianta benefică, derivată din fenilalanină”, a declarat AbuSalim.
Proteinele care scapă digestiei lucrează alături de fibre
Beneficiile fibrelor alimentare pentru sănătate au fost studiate pe larg. Proteinele vegetale care trec prin sistemul digestiv fără să fie descompuse complet au primit, în schimb, mult mai puțină atenție din partea oamenilor de știință.
Cercetătorii au descoperit că aceste proteine nedigerabile, pe care le numesc Prif, pot ajunge până la microbiomul intestinal și pot servi acolo drept materie primă pentru metabolismul bacterian. În felul acesta, ele influențează ce microorganisme se dezvoltă și ce compuși chimici sunt produși.
Important este că proteinele acestea nu acționează singure. Împreună cu fibrele vegetale, ele schimbă modul în care bacteriile intestinale procesează nutrienții și le îndreaptă activitatea spre producerea de metaboliți fenolici benefici.
Descoperirea sugerează că valoarea nutrițională a alimentelor vegetale ar putea depinde de mai mult decât de concentrațiile cunoscute de fibre, vitamine și minerale. La felul în care un aliment influențează microbiomul intestinal ar putea contribui și cantitatea, și tipul proteinelor care scapă digestiei.
Fără fibre, bacteriile se pot hrăni cu mucusul care apără intestinul
Una dintre cele mai intrigante descoperiri privește sursa din care bacteriile intestinale își iau materia primă pentru metaboliții nocivi.
Ca să o afle, cercetătorii au marcat proteinele cu izotopi stabili (neradioactivi), o tehnică prin care moleculele primesc o semnătură chimică detectabilă, fără să devină radioactive. Au putut urmări astfel cu exactitate, în sistemul digestiv al șoarecilor, drumul parcurs de proteine și felul în care acestea au fost procesate.
Experimentele au scos la iveală o diferență importantă între sursele celor două tipuri de fenoli. Cei potențial nocivi proveneau din proteinele gazdei, descompuse de bacteriile intestinale, inclusiv din cele aflate în stratul de mucus care acoperă intestinele și care face parte din sistemul natural de apărare al organismului. Fenolii benefici, în schimb, au fost produși aproape în totalitate din proteinele nedigerabile aduse de alimente.
Alimentele vegetale pot influența, așadar, chimia intestinului pe două căi care se completează. Fibrele au ajutat la frânarea procesului prin care bacteriile descompun mucusul protector și au redus astfel producția de fenoli nocivi. Prif-urile, la rândul lor, le-au adus bacteriilor mai multe proteine din alimente: o sursă alternativă de nutrienți, care le-a încurajat să producă în schimb compuși benefici.
„Credem că Prif-urile reprezintă o clasă emergentă de nutrienți alimentari, care modelează compoziția microbiomului intestinal și ar putea avea o influență de amploare asupra sănătății metabolice”, a afirmat AbuSalim.
Implicațiile ar putea ajunge, cu timpul, până la etichetele nutriționale și la recomandările dietetice. „S-ar putea ca, în viitor, pe ambalajele alimentelor Prif să fie trecut chiar sub fibre”, a spus Rabinowitz.
O presupunere pe care se sprijină probioticele
Al doilea studiu, cel din revista Nature Metabolism, a pus la îndoială altceva: că bacteriile intestinale ar fi într-adevăr cele care produc toți metaboliții puși în mod tradițional pe seama lor.
Pe lângă metaboliții fenolici, cercetătorii au examinat aici și metaboliții indolici, care se formează din triptofan, un alt aminoacid prezent în proteinele alimentare.
Substanțele acestea au stârnit un interes științific considerabil, pentru că participă la procese biologice legate de inflamație, de activitatea imunitară și de boli. Cercetătorii au studiat cum sunt implicate în bolile inflamatorii intestinale, în tulburările neurodegenerative și în cancer. Despre unii metaboliți indolici s-a descoperit și că influențează răspândirea cancerului și capacitatea sistemului imunitar de a ataca tumorile.
Oamenii de știință au presupus, în general, că sursa acestor compuși sunt bacteriile intestinale. Convingerea a încurajat eforturile de a dezvolta probiotice și intervenții alimentare care să sporească producția de metaboliți indolici potențial benefici.
Abordarea se sprijină însă pe o presupunere importantă: că microbii intestinali produc cea mai mare parte sau chiar totalitatea compușilor pe care cercetătorii vor să îi influențeze. Dacă propriile celule ale organismului produc cantități substanțiale din acești metaboliți, modificarea microbiomului s-ar putea să nu fie cea mai eficientă cale de a le controla nivelurile.
Organismul își produce singur o parte din compușii atribuiți bacteriilor
Pentru a verifica presupunerea, cercetătorii au folosit urmărirea izotopică la șoareci, la șobolani și în celule umane, ca să vadă cum sunt produși diferiți metaboliți.
Rezultatele au contrazis ideile încetățenite: celulele mamiferelor erau capabile să producă numeroși metaboliți fenolici și indolici independent de bacteriile intestinale. Printre ei se numărau indol-3-lactatul și indol-3-acetatul, doi compuși importanți din punct de vedere biologic, socotiți până atunci produse ale metabolismului microbian.
Cercetătorii au urmărit și ce se întâmplă atunci când antibioticele perturbă microbiomul intestinal. Dacă anumiți metaboliți ar fi depins în totalitate de bacteriile intestinale, concentrațiile lor ar fi trebuit să scadă brusc pe măsură ce bacteriile erau eliminate.
Mulți metaboliți au rămas însă la niveluri substanțiale în sângele șoarecilor tratați cu antibiotice. Un tipar asemănător a apărut în probele prelevate de la pacienți care primeau antibiotice, între care și persoane aflate sub tratament împotriva cancerului.
Alți compuși s-au purtat altfel. Indol-3-propionatul și sulfatul de p-cresol, compuși produși exclusiv de microbi, au scăzut după tratamentul cu antibiotice.
Rezultatele au adus astfel dovezi în plus că unii metaboliți depind de bacteriile intestinale, în timp ce alții pot fi produși și prin procesele metabolice proprii organismului. Distincția contează, pentru că ar putea schimba felul în care cercetătorii dezvoltă tratamente menite să crească metaboliții benefici sau să îi reducă pe cei nocivi.
Chimia intestinului ține și de bacterii, și de organism
Puse alături, cele două studii arată mai limpede cum lucrează împreună ce mâncăm, microbii din intestin și propriul metabolism al organismului.
Primul spune că plantele nu fac bine doar prin fibre. Cu ajutorul fibrelor, bacteriile consumă mai puțin din mucusul care apără intestinul, iar proteinele vegetale care scapă digestiei, neglijate până acum, le dau altceva de consumat. Împreună, ar putea înclina balanța spre mai puține substanțe dăunătoare și mai multe benefice.
Al doilea demonstrează că nu tot ce se punea pe seama bacteriilor intestinale vine de la ele: mulți dintre acești compuși pot fi produși chiar de organism.
Ambele descoperiri contează pentru cercetarea bolilor metabolice, a sănătății digestive, a cancerului și a altor afecțiuni în care este implicat microbiomul. Consecința e una practică: cine încearcă să schimbe chimia intestinului prin dietă, probiotice sau alte terapii va trebui să țină seama nu doar de bacterii, ci și de ceea ce produce organismul singur.
„Dincolo de asta, o imagine mai clară a felului în care diferitele alimente interacționează cu microbiomul și modulează producția de metaboliți bacterieni va ajuta la îmbunătățirea recomandărilor pe care nutriționiștii și medicii le pot da oamenilor pentru prevenirea și tratarea bolilor”, a spus Rabinowitz.
O mai bună înțelegere a relației dintre diferitele componente ale alimentelor și metabolismul microbian ar putea, cu timpul, să facă recomandările nutriționale mai precise și să îi ajute pe cercetători să identifice noi strategii terapeutice. Deocamdată, însă, o mare parte din dovezile experimentale provine din studii pe animale și din studii de laborator, așa că va fi nevoie de cercetări suplimentare pentru a stabili cum influențează aceste mecanisme sănătatea oamenilor pe termen lung.
Ce s-a mai descoperit în Știință?
Nu un singur grup de strămoși, ci o adevărată rețea: ce dezvăluie ADN-ul despre primii oameni
Cercetătorii de la MIT transformă celulele imune în „ucigași” ai cancerului în interiorul organismului
Adolf Hitler se deosebea foarte mult de populația generală: cercetătorii i-au analizat ADN-ul și au descoperit o afecțiune rară
Cafeaua are un efect surprinzător asupra îmbătrânirii, arată un nou studiu
