Исследователи из Университета Йены (Германия) раскрыли механизм, который определяет, как наш кишечный микробиом перерабатывает полезные растительные соединения.
Пищевые продукты, особенно растительные, отличаются сложным химическим составом. Тем не менее, масштабная деятельность кишечных бактерий по метаболизму фитонутриентов в значительной степени неизвестна. В работе недавно опубликованной в журнале Nature Microbiology, авторы объединили и систематизировали многочисленные базы данных, содержащие информацию о ферментативных реакциях и пользе пищевых продуктов для здоровья, а также о 3068 микробиомах людей по всему миру. Полученные результаты открывают путь для разработки индивидуальных планов питания, которые, в частности, способствуют поддержанию баланса в микробиоме.
Многие полезные растительные соединения, содержащиеся в ягодах, орехах или овощах, не сразу становятся активными в том виде, в котором мы их употребляем. Сначала они должны быть химически преобразованы бесчисленными микроорганизмами в нашем кишечнике в процессе своего рода "вторичного переваривания". Исследовательская группа систематизировала данные о 775 различных фитонутриентах и их преобразовании ферментами кишечных бактерий. В среднем 70% всех ферментов нашего микробиома потенциально участвуют в этом процессе — гораздо больше, чем было известно ранее. Однако исследование также выявило важную проблему: "химическая кулинарная книга" кишечных бактерий очень индивидуальна. Может ли человек оптимально преобразовать растительное соединение в его активную форму, зависит от того, какие специфические ферменты присутствуют в его кишечной флоре. Ферменты и их свойства варьируются не только от человека к человеку, но и в зависимости от географического происхождения и диетических привычек.
"Наши результаты показывают, насколько важна функция микробиома для эффективности здорового питания. Только благодаря сотрудничеству между биоинформатиками, химиками, специалистами по моделированию заболеваний и микробиологами мы смогли охватить все разнообразие и динамику кишечных бактерий", - рассказал соавтор исследования Джанни Панайоту. Исследователи использовали искусственный интеллект для сравнения ферментативных профилей здоровых людей и пациентов, в том числе с воспалительными заболеваниями кишечника, колоректальным раком или неалкогольной жировой болезнью печени. Результаты были очевидны: у пациентов с этими хроническими заболеваниями способность микробиома перерабатывать здоровую пищу была значительно снижена. "Мы подтвердили связь ферментов, кодируемых микробиомом, с противовоспалительной активностью обычных съедобных растений, объединив метагеномный и метатранскриптомный анализы на мышах, не имеющих специфических патогенов и микробов. Эти результаты имеют значение для разработки точных, персонализированных диет", - отметил Панайоту.
Модели искусственного интеллекта могли с высокой точностью предсказать, здоров человек или болен, основываясь на наличии определенных бактериальных ферментов. Например, у пациентов с колоректальным раком отсутствовал ключевой фермент, который в изобилии содержится в организме здоровых людей, крайне необходимый для переработки определенных растительных соединений. Эта сниженная способность к перевариванию может объяснить, почему общие диетические рекомендации часто не дают ожидаемого эффекта у хронически больных пациентов. Полученные выводы закладывают основу для диетологической медицины будущего. Вместо универсальных рекомендаций анализ микробиома человека вскоре позволит разработать точные, персонализированные планы питания. Цель состоит в том, чтобы либо снабдить микробиом нужными питательными веществами, либо "засеять" его пробиотиками, которые содержат ферменты, необходимые для оптимального преобразования полезных растительных соединений.
Исследование подчеркивает, что сбалансированный микробиом имеет решающее значение не только по своему составу, но и, особенно, по своим функциям. В данном случае это способность микробиома к химической переработке пищевых продуктов. Ученые предлагают стратегию поддержания этого баланса с помощью целенаправленных индивидуальных вмешательств.
