فلورا الأمعاء: احصل على المزيد من الطاقة من الطعام الأقل

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

كشف فحص امرأة تعاني من شكاوى من الإسهال المستمر وآلام البطن الحادة عن وجود التهاب حاد في القولون ناتج عن المطثيات. نظرًا لمقاومة البكتيريا للمضادات الحيوية ، تم تقديم طريقة علاج تجريبية وفعالة للمريض - زرع الكائنات الحية الدقيقة المانحة (البكتيريا المعوية).

بعد إدخال 600 مل من معلق براز المتبرع في أمعاء المريض ، لم تعد تُلاحظ انتكاسات المرض - نجحت الميكروبات المتبرعة في إزاحة العامل الممرض واحتلت منافذها. ومع ذلك ، بعد عام ، اشتكت المرأة للطبيب من الزيادة السريعة في الوزن ، بينما كانت طوال حياتها قبل الزرع تتمتع بوزن طبيعي ومستقر. منذ لحظة إجراء العملية ، كانت الزيادة 15 كجم ، وبلغ الوزن الإجمالي للجسم 77 كجم بارتفاع 155 سم ، ورغم اللياقة والنظام الغذائي سرعان ما تجاوز وزن المريض 80 كجم. وأشار الطبيب إلى أن المتبرع السليم بشكل عام يعاني من زيادة الوزن ويسمح بإمكانية "تلوث" السمنة من خلال الجراثيم. للوهلة الأولى ، مثل هذا الافتراض الجريء لديه قاعدة أدلة قوية. في هذا المقال سأتحدث عن تأثير الجراثيم على الهضم ، ولماذا ينخفض تنوع الأنواع فيها ، كما أن التوحيد يزيد من خطر الإصابة بالسمنة.

جلاجولاس.

مقدمة

تصل احتمالية وراثة السمنة إلى 80٪ ، لكن الفروق الفردية في الجينوم النووي مسؤولة عن أقل من 2٪ من التباين في وزن الجسم لدى السكان. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تمرير الجينوم النووي إلى الطفل بشكل متساوٍ تقريبًا من كل والد ، لكن الأطفال يرثون السمنة بمعدل أعلى بكثير من أمهاتهم. غالبًا ما تُفسَّر هذه الظاهرة بالتأثير على استقلاب الميتوكوندريا ، التي لها حمضها النووي الخاص بها والتي لا توجد في رأس الحيوانات المنوية ؛ لذلك ، فإن جينوم الميتوكوندريا يرثه الجنين فقط من بويضة الأم. ومع ذلك ، فإن نتائج دراسة جينوم الميتوكوندريا تفسر عددًا أقل من حالات وراثة السمنة. وبالتالي ، إذا تم التوسط جزئيًا في وراثة هذا المرض عن طريق جينومات النواة والميتوكوندريا ، فربما تنتقل السمنة إلى الأطفال بشكل أساسي من خلال الجينوم البشري الثالث - الميكروبيوم (مجموعة من الجينات من الكائنات الحية الدقيقة) ، والتي يتم توريثها أيضًا من الأم؟

وراثة الميكروبيوم وتقلبه

يصاحب النمو داخل الرحم عقم مطلق للجنين ، والذي يتلقى لأول مرة مجهريات البقعة ، ويتغلب على قناة الولادة أثناء الولادة الطبيعية. لذلك ، فإن الأطفال المولودين بشكل طبيعي لديهم ميكروبات أكثر تنوعًا من تلك المستخرجة عن طريق العملية القيصرية. كما أظهرت الدراسات أن الأطفال الذين يولدون بعملية قيصرية أكثر عرضة للإصابة بالسمنة. ومع ذلك ، فإن تكوين الجراثيم لدى هؤلاء الأطفال يتم تطبيعه تدريجيًا في ظل حالة الرضاعة الطبيعية ، مما يضمن هيمنة البكتيريا المشقوقة والعصيات اللبنية ، التي تكبح تجمعات البكتيريا الانتهازية والمطثيات. تشكل الولادة الطبيعية والرضاعة الطبيعية العمود الفقري للميكروبات ، والتي عادة ما تستمر مدى الحياة. يعتمد إثراء الجراثيم بأنواع أخرى من البكتيريا على نمط الحياة.

لذلك ، على سبيل المثال ، تعد زيارة رياض الأطفال عاملاً هامًا ومستقلًا في زيادة تنوع الأنواع في الكائنات الحية الدقيقة. من ناحية أخرى ، فإن الاستخدام الواسع النطاق للمضادات الحيوية والمطهرات ، فضلاً عن المعايير الصحية والنظافة الصارمة ، يقلل من معدل تبادل الجراثيم بين الناس وتنوعها (اقرأ المزيد عن تأثير المضادات الحيوية على الجراثيم ورائحة الفم الكريهة هنا).وبالتالي ، يمكننا التحدث عن وراثة وتنوع الميكروبيوم.

هيكل ميكروبيوتا

مع تقدم العمر ، يصل عدد الخلايا البكتيرية في الأمعاء تدريجيًا إلى 100 تريليون خلية ، وهو ما يتجاوز عدد خلايا الجسم في الشخص البالغ بمقدار 10 أضعاف. في الوقت نفسه ، نظرًا لصغر حجم البكتيريا ، يصل وزن الجراثيم بأكملها إلى 2 كجم وتناسب الأمعاء الغليظة.

حوالي 60٪ من محتويات المستقيم عبارة عن كائنات دقيقة ، تنمو مستعمراتها على ألياف الغذاء النباتي (السليلوز) ، وتستخدمها كغذاء وهيكل عظمي ، وبالتالي تشكل كتلة متكتلة من البراز. على الرغم من وجود عدد كبير من البكتيريا ، فإن تفاعلها مع جسم الإنسان لطالما نظر فيه العلماء بصرامة في إطار التعايش ، حيث يستفيد الكائن الدقيق من العلاقة ، ولا يتلقى الكائن الحي أي فائدة أو ضرر. ومع ذلك ، مع تطور طرق التنميط الجيني ، تغير مفهوم الجراثيم بشكل كبير.

وقد وجد أن تنوع أنواع الكائنات الحية الدقيقة يصل إلى 300-700 نوع من الكائنات الحية الدقيقة ، ويتكون إجمالي جينومها من 10 ملايين جين ، وهو ما يزيد 300 مرة عن الجينوم البشري. مثل هذا التلخيص لجينات الميكروبيوم ومقارنة عددها مع تلك الموجودة في البشر ليست مجرد كلمة رئيسية هنا. العديد من الجينات البكتيرية تكمل وظيفيًا الجينوم النووي البشري ، والتفاعل بين الكائنات الحية الدقيقة قريب جدًا بحيث لا تستطيع بعض الأنواع حرفيًا العيش بدون بعضها البعض. جعلت الاكتشافات الحديثة في هذا الاتجاه من الممكن التحدث عن علاقة المنفعة المتبادلة بين الإنسان والميكروبات ، ويطلق على مجموع جيناتها اسم الميكروبيوم أو الجينوم البشري الثالث. للتوضيح ، سأقدم مثالًا محددًا.

فسيولوجيا الميكروبيوتا

بالنسبة للأطعمة النباتية ، فإننا نستهلك بوليمرات الفركتوز (الفركتانز) ، والتي لا نملك الإنزيمات الخاصة بنا لتحطيمها إلى سكريات بسيطة. لا يتم امتصاص الفركتان غير المعالج ، وتراكمه في الأمعاء يسبب اضطرابات شديدة ، وفي تجويف الفم تستخدمه البكتيريا المسببة للتسوس لتلتصق بمينا الأسنان. تساعدنا البكتيريا المشقوقة والعصيات اللبنية ، التي تمتلك جينات إنزيمية لتقسيم الفركتانز إلى لاكتات وأسيتات. تخلق هذه المستقلبات ظروفًا حمضية أكثر تقلل من انتشار البكتيريا الانتهازية الحساسة للحمض والمسببة للإسهال. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم اللاكتات والأسيتات أنواعًا أخرى من النباتات الدقيقة الصديقة كمصدر للطاقة ، والتي تنتج مادة الزبد - المصدر الرئيسي للطاقة للخلايا الظهارية المعوية ومثبط لاختراق مسببات الأمراض داخل الخلايا ، وهذا المركب يقلل أيضًا من خطر الإصابة. تطوير التهاب القولون التقرحي وسرطان القولون. لذلك ، هناك أنواع قليلة من البكتيريا تصنع مادة علاجية من مكونات غذائية خطرة على الجسم ، وحماية مكانتها من المنافسين ، كمكافأة للشخص ، تمنع نمو مسببات الأمراض في أمعائه! تخيل الآن كيف يتم دمج العشرات والمئات من الكائنات الحية الدقيقة في سلاسل التمثيل الغذائي الأطول والأكثر تشعبًا والتي تنتج الأحماض الأمينية الأساسية والفيتامينات والمستقلبات الأخرى ، وبالتالي تعديل الهضم والمناعة وحتى سلوكنا ، بما في ذلك الطعام.

الجراثيم والسمنة

تم توضيح التأثير الكبير للميكروبات على السمنة لأول مرة في بيئة خالية تمامًا من الكائنات الحية الدقيقة وتم تربيتها في ظل ظروف معقمة. عادةً ما تحتوي الفئران العقيمة عادةً على أنسجة دهنية أقل بنسبة 42٪ من الفئران المماثلة ذات النبتات الدقيقة. في الوقت نفسه ، تستهلك الفئران المعقمة الأقل سمكًا 29٪ طعامًا أكثر من نظيراتها الأكثر اكتمالًا مع النباتات الدقيقة. نقل الباحثون البكتيريا من الفئران العادية إلى الفئران العقيمة ولاحظوا زيادة بنسبة 57٪ في الأنسجة الدهنية في غضون أسبوعين ، على الرغم من انخفاض تناول الطعام بنسبة 27٪!

استنتج المؤلفون أن البكتيريا الدقيقة تساعد في استخراج المزيد من الطاقة من طعام أقل. في الوقت نفسه ، تزداد كفاءة الطاقة في عملية الهضم بالنباتات الدقيقة بشكل كبير بحيث يتم تخزين الفائض الناتج من السعرات الحرارية في الأنسجة الدهنية.

ترجع النتائج التي تم الحصول عليها في هذه الدراسة إلى قلة تنوع الجليكوزيدازات التي تم تصنيعها بشكل مستقل من قبل جسم الثدييات - إنزيمات لشق الروابط في جزيئات الكربوهيدرات المعقدة مثل الألياف النباتية. للمقارنة ، إذا كان في جينومنا 20 جينًا فقط لتخليق الجليكوزيدات ، فإن الأنواع البكتيرية وحدها تصنع 261 نوعًا من الجليكوزيدات ، ويحتوي الميكروبيوم بأكمله على 250000 جين لتخليق هذه الإنزيمات. وهكذا ، في حالة عدم وجود الجراثيم ، تترك الألياف الغنية بالطاقة الجسم مع البراز ، ولا تلبي احتياجات السعرات الحرارية ، لذلك تأكل الفئران العقيمة أكثر وتزن أقل من نظيراتها ذات البكتيريا الطبيعية. نتائج هذه الدراسات أدت عن غير قصد إلى ظهور فكرة طريقة لعلاج السمنة من خلال التدمير الكامل للميكروبات بالمضادات الحيوية. ومع ذلك ، فإن التطور المشترك للبشر والميكروبات قد ذهب إلى حد أن تنفيذ هذه الفكرة مستحيل ، ومن وجهة نظر إكلينيكية ، فهو خطير للغاية.

أولاً ، على عكس الفئران ، لا يمكننا تحمل العيش في ظروف معقمة. تحتوي البيئة على العديد من الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض التي ستسعد باحتلال منافذ خالية من البكتيريا الطبيعية. على سبيل المثال ، أصيبت امرأة تم الكشف عن حالتها السريرية في بداية المقال بعدوى كلوستريديا بعد علاجها من التهاب المهبل الجرثومي بجرعات عالية من المضادات الحيوية. ثانيًا ، لقد ذكرت بالفعل أنه بدون الكائنات الحية الدقيقة ، لا يمكننا تحطيم الفركتان بمفردنا ، والذي يكون تراكمه محفوفًا باضطرابات الجهاز الهضمي الشديدة. وأخيرًا ، ثالثًا ، يُظهر استخدام المضادات الحيوية في الممارسة تأثيرًا معاكسًا - حيث تتفاقم السمنة ، وتحمي الكائنات الحية الدقيقة الأكثر تنوعًا وغنى بتكوينها من السمنة.

المضادات الحيوية والسمنة

منذ منتصف القرن الماضي ، استخدمت المضادات الحيوية على نطاق واسع في الزراعة لتسريع زيادة الوزن للماشية. لهذا الغرض ، تضاف المستحضرات إلى العلف بشكل مستمر ، ونتيجة لذلك يتم إنفاق 70٪ من المضادات الحيوية المنتجة في تربية الحيوانات.

يُعزى التأثير الإيجابي للمضادات الحيوية على وزن الجسم منذ فترة طويلة إلى الوقاية من العدوى ، لأن الحيوان السليم يكتسب الوزن بشكل أسرع. لكن ثبت لاحقًا أن هذا الاعتماد يتم توسطه من خلال التغييرات في تكوين الكائنات الحية الدقيقة. كان من غير المحتمل حدوث تأثير مماثل للمضادات الحيوية على وزن جسم الإنسان ، حيث يتم استخدام العلاج بالمضادات الحيوية لفترة قصيرة ومتفرقة. في غضون ذلك ، قبل 10 سنوات في الدراسات ، وجد أنه حتى دورة واحدة من المضادات الحيوية تؤدي إلى انخفاض في تنوع الكائنات الحية الدقيقة البشرية في غضون 4 سنوات. وجد التحليل التلوي لعام 2017 للدراسات التي أجريت على ما يقرب من 500000 شخص أن استخدام المضادات الحيوية في مرحلة الطفولة زاد بشكل كبير من خطر الإصابة بالسمنة في وقت لاحق من الحياة ، مع ارتباط جرعة المضادات الحيوية بشكل إيجابي بالسمنة. وبالتالي ، لا يحدث الانخفاض المتوقع في وزن الجسم نتيجة لقمع الجراثيم ، ولكن في المستقبل ، على العكس من ذلك ، لوحظ تطور السمنة. من المفترض أن المضادات الحيوية ، التي تدمر بشكل انتقائي ممثلي البكتيريا الطبيعية الحساسة لهم ، تشكل نوعًا من "جراثيم السمنة".

مفهوم السلسلة الأيضية المستمرة و "جراثيم السمنة"

الجراثيم الكاملة هي سلسلة من التفاعلات الأيضية المستمرة التي تقسم الألياف الغنية بالطاقة إلى مركبات فقيرة بالطاقة.في هذه الحالة ، يتم استيعاب كل مستقلب وسيط لا يزال يحتوي على طاقة بواسطة البكتيريا التالية في السلسلة الأيضية ، القادرة على تخليق الإنزيمات لتحطيمها ، وامتصاص حصتها من الطاقة. المستقلبات النهائية لعمل السلسلة الأيضية المستمرة هي الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة ، والتي يتم تقويضها بشكل رئيسي بواسطة الخلايا المعوية ولا يتم تساميها في الأنسجة الدهنية ، بل إن بعضها يثبط تكوين الدهون ويثبط الشهية. وبالتالي ، فإن الكائنات الحية الدقيقة الكاملة تستخدم طاقة الألياف بشكل كامل تقريبًا وتحمي المضيف من السمنة ، حتى لو كان يسيء استخدام الكربوهيدرات السريعة.

على عكس البكتيريا الطبيعية ، فإن "جراثيم السمنة" رتيبة بسبب الأنواع المفقودة أو الأجناس أو عائلات البكتيريا بأكملها ، وبالتالي فهي غير قادرة على تكوين سلسلة أيضية مستمرة. نظرًا لأن أنواعًا مختلفة من الألياف يتم تقسيمها بواسطة العديد من ممثلي الكائنات الحية الدقيقة ، فإن غياب بعضها لا يمنع بداية سلسلة التمثيل الغذائي ويتم تقسيم الألياف الغذائية بأمان إلى مستقلبات وسيطة. بدوره ، يؤدي غياب الأنواع البكتيرية التي تحلل المستقلبات الوسيطة تحديدًا إلى تراكم الأخير في تجويف الأمعاء. على عكس الألياف ، يمكن للجسم أن يمتص المستقلبات الوسيطة ، بما في ذلك زيادة احتياطيات الأنسجة الدهنية. وهكذا ، فإن "جراثيم السمنة" تحتوي على نوع من الفجوات التي من خلالها "تتدفق" الطاقة إلى جسم الإنسان.

تم دعم "جراثيم السمنة" المزعومة من خلال تجارب على زرع البراز من أشخاص من مختلف الجسد لفئران عقيمة. لاستبعاد العوامل الأخرى ، تم تجنيد الكائنات الحية الدقيقة للزرع من 8 توائم ، الذين اختلف أزواجهم في وجود وغياب السمنة ، وعاشت الفئران ، التي تلقت الكائنات الحية الدقيقة من أشخاص ذوي أجسام مختلفة ، بشكل منفصل. كان للميكروبات المشتقة من التوائم البدينين تركيبة أنواع متفرقة مقارنة بالميكروبات الأكثر تنوعًا للتوائم العادية.

نتيجة للتجربة ، أظهرت الفئران التي تلقت "جراثيم السمنة" زيادة كبيرة في دهون الجسم بالفعل في اليوم الثامن بعد الزرع. في الوقت نفسه ، ظلت كتلة الدهون في الفئران التي تلقت مجهريات البقعة من توائم بوزن طبيعي للجسم دون تغييرات كبيرة خلال التجربة.

بالإضافة إلى ذلك ، قرر مؤلفو هذه الدراسة اختبار مدى عدوى السمنة. لهذا ، تم وضع الفئران التي تم الحصول عليها نتيجة زرع مجهريات مختلفة في قفص مشترك بعد 5 أيام. أظهر التحكم في وزن الجسم وتكوين الجسم في اليوم العاشر من التعايش أن الفئران التي تلقت "جراثيم السمنة" اكتسبت دهونًا أقل من الفئران المماثلة في الجزء الأول من التجربة (تعيش في عزلة) ، ولم تختلف عمليًا عن التعايش الفئران التي تلقت مجهريات البقعة من التوائم ذوي اللياقة البدنية الطبيعية. أظهر تحليل الميكروبيوم زيادة في تنوع الكائنات الحية الدقيقة في الفئران التي تلقت في البداية "جراثيم السمنة" الموحدة. الأهم من ذلك ، أن الفئران النحيفة التي تلقت في البداية مجموعة متنوعة من الميكروبات لم تصاب بالسمنة من رعاياها.

أظهر تحليل المستقلبات في القناة الهضمية أنه بعد التعايش في الفئران التي تلقت في البداية "جراثيم السمنة" ، كان هناك انخفاض في السكريات وزيادة في الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة. وهكذا ، وجد أن الكائنات الحية الدقيقة المتنوعة تحمي من تطور السمنة ، وأن الزرع أو النقل الطبيعي لمثل هذه الجراثيم إلى الفئران البدينة يؤدي إلى تطبيع وزن الجسم.

استنتاج

وتجدر الإشارة إلى أن الفئران عبارة عن تكاثرات ، مما يسهل بشكل كبير التبادل الطبيعي للميكروبات بين المتعايشين. ومع ذلك ، يمكن أيضًا تفسير نتائج الدراسات حول الجراثيم وعلم الأوبئة للسمنة لدى البشر من خلال تبادل البكتيريا من خلال التفاعلات الاجتماعية.أعلاه ، لقد تحدثت عن كيف أن الذهاب إلى رياض الأطفال يزيد من تنوع الجراثيم ، ولكن يمكن أن يحدث تبادل البكتيريا أيضًا من خلال الروابط الاجتماعية الأخرى ويحتمل أن يؤثر على خطر السمنة. على سبيل المثال ، أتاح تحليل السجلات الطبية لـ 1،519 أسرة من أفراد الجيش الأمريكي إثبات أن مؤشر كتلة الجسم لأفراد الأسرة بعد تعيينهم في مركز عمل جديد في غضون 24 شهرًا قد تغير وفقًا لمؤشرات السكان المنطقة. يشير مؤلفو هذه الدراسة و 45 دراسة أخرى مماثلة إلى أن الاختلافات في أجسامنا عن تلك الموجودة في البيئة المباشرة يمكن أن تزيد من الانزعاج النفسي ، وهذا بدوره يؤثر على سلوك الأكل والنشاط البدني. ومع ذلك ، فإن محاولات إثبات هذه العلاقة السببية باءت بالفشل حتى الآن. وفي الوقت نفسه ، يمكن أن يفسر تبادل الكائنات الحية الدقيقة من خلال البيئة والاتصالات المباشرة هذه الظاهرة.

في هذا السياق ، يمكن أن تكون تجربتي الحياتية ممتعة أيضًا. أنا نفسي ما زلت مصابًا بالحيوية وقول "ليس لتغذية الخيول" هو عني! ومنذ أن قابلت زوجتي ، بدأت تفقد وزنها من سنة إلى أخرى. صحيح أنها لم تكن تعاني من السمنة قط ، ولكن منذ بداية علاقتنا فقدت وزنها بشكل ملحوظ. حتى عندما كنت طالبة ، قالت مازحة إنني أصابها بالديدان ، لكن بمجرد حصولي على وظيفة في المختبر ، فحصت كل شيء ولم أجد شيئًا من هذا القبيل. ثم ، ولأول مرة ، اقترحت أن الأمر قد يكون في خصوصيات الميكروبات الخاصة بي ، والتي اعتمدتها زوجتي تدريجياً. لسوء الحظ ، من المستحيل دراسة هذه الميزات في مختبرنا ، لذلك أرسلت عينة من "العالم الداخلي" إلى Atlas لتحليلها. سأكتب عن نتائج التحليل في المقال التالي الذي سأتحدث فيه بالتفصيل عن طرق تصحيح الجراثيم من أجل إنقاص وزن الجسم (محدث: قصة عن النتائج).