I ricercatori hanno identificato ingredienti per prototipi di snack formulati per modificare deliberatamente il microbioma intestinale in modi che possono essere collegati alla salute.

Traducendo i risultati di modelli animali, gli scienziati hanno dimostrato in due studi pilota sull'uomo su partecipanti in sovrappeso che gli snack contenenti combinazioni di tipi di fibre specificamente selezionati influenzano gli elementi del microbioma coinvolti nel metabolismo dei componenti delle fibre.

Questo cambiamento nel microbioma è stato collegato ai cambiamenti nei gruppi di proteine ​​del sangue che sono biomarcatori e regolatori di molti aspetti della fisiologia e del metabolismo. Queste proteine ​​del sangue si sono modificate in modi che potrebbero migliorare la salute a lungo termine.

"La cattiva alimentazione è un problema urgente e complesso in tutto il mondo che è guidato da molti fattori, tra cui una sovrabbondanza di cibi ricchi di grassi e poveri di fibre nelle tipiche diete occidentali", afferma l'autore senior dello studio Jeffrey I. Gordon, professore e direttore del Edison Family Center for Genome Sciences & Systems Biology presso la Washington University School of Medicine.

"Dal momento che gli snack sono una parte popolare delle diete occidentali, stiamo lavorando per aiutare a sviluppare una nuova generazione di formulazioni di snack che alle persone piacerà mangiare e che supporteranno un microbioma intestinale sano che influisce su molti aspetti del benessere".

L'intestino umano ospita un microbioma composto da decine di trilioni di microbi contenenti milioni di geni diversi che svolgono funzioni che non sono fornite dai circa 20,000 geni codificanti proteine ​​nel genoma umano. Secondo i ricercatori, il valore nutrizionale degli alimenti è determinato in parte dai prodotti del metabolismo unico degli alimenti da parte del microbioma intestinale.

Gordon e i suoi colleghi si stanno concentrando sulla caratterizzazione di quali componenti alimentari interagiscono con quali componenti del microbioma intestinale e in che modo questa interazione modella le diverse caratteristiche della biologia umana. L'obiettivo è quello di annunciare una nuova era della scienza nutrizionale che produca alimenti convenienti e più nutrienti da fonti sostenibili che possono essere utilizzati per trattare o prevenire varie forme di malnutrizione, che si tratti di denutrizione o obesità nei bambini o negli adulti.

Le diete ricche di grassi e povere di fibre consumate negli Stati Uniti e in altri paesi occidentali non riescono a supportare un microbioma intestinale diversificato e sano. Inoltre, le diete con febbre alta sono associati a minori rischi di malattie croniche come malattie cardiovascolari, diabete di tipo 2 e obesità. Tuttavia, le fibre alimentari sono composte da miscele complesse e diverse di biomolecole, molte delle quali il corpo umano non può scomporre da solo. La natura di queste miscele varia a seconda della fonte delle fibre e del modo in cui vengono lavorate una volta incorporate negli alimenti.

Il lavoro passato del team di Gordon ha identificato fibre vegetali specifiche che erano convenienti e disponibili in grandi quantità da fonti sostenibili, come bucce, bucce e bucce che altrimenti sarebbero state scartate, e che hanno aumentato le prestazioni di alcuni microbi intestinali benefici che sono sottorappresentati in molti adulti obesi che consumano diete occidentali.

In questo nuovo rapporto, i ricercatori hanno analizzato i dati di soggetti arruolati in due studi che erano in sovrappeso o obesi e ai quali sono stati forniti pasti che imitavano una tipica dieta occidentale. Queste diete sono state integrate con una delle tre contenenti fibre prototipi di snack. Uno conteneva solo fibre recuperate dai piselli. Un altro conteneva una combinazione di fibra di pisello e inulina (una fibra presente in numerosi frutti e verdure, tra cui grano, cipolle, banane, asparagi, carciofi e radice di cicoria). Un terzo spuntino conteneva fibre di piselli e inulina, nonché fibre della polpa di arance e crusca d'orzo. Gli snack sono stati sviluppati in collaborazione con Mondel?z International, un'azienda globale di snack food.

Nel primo studio, i partecipanti hanno consumato i pasti ricchi di grassi e a basso contenuto di fibre per 10 giorni, prima di aggiungere uno spuntino contenente fibre di piselli alla loro dieta per due settimane, seguite da due settimane in cui i partecipanti hanno continuato a mangiare i pasti ricchi di grassi , dieta povera di fibre senza lo spuntino di fibre. Nel secondo studio è stato utilizzato un design simile, ma l'integrazione era con lo snack contenente sia fibra di pisello che inulina e, dopo un periodo di washout, lo snack contenente quattro componenti in fibra: pisello, inulina, arancia e crusca d'orzo.

I ricercatori hanno analizzato i microbiomi intestinali dei pazienti durante le varie fasi dello studio, nonché i livelli di oltre 1,300 proteine ​​nel sangue. Gordon e i suoi colleghi hanno scoperto che molti dei componenti del microbioma che hanno risposto e processato i diversi prototipi di fibre snack nei partecipanti allo studio erano gli stessi che hanno risposto alle stesse fibre nei loro precedenti esperimenti utilizzando topi gnotobiotici colonizzati con microbi intestinali umani. . I topi gnotobiotici nascono e crescono in condizioni sterili, quindi la natura dei microbi intestinali può essere rigorosamente controllata per studi scientifici.

Inoltre, hanno scoperto che rispetto agli snack a una o due fibre, lo snack con la combinazione di quattro diverse fibre ha avuto un effetto più ampio sui geni del microbioma che codificano il macchinario metabolico necessario per estrarre i nutrienti dalle fibre. Questi risultati hanno convalidato l'uso dei loro modelli preclinici come un modo per accelerare lo screening e la selezione delle fibre da incorporare nei prototipi di alimenti.

I ricercatori hanno sviluppato approcci di data mining che hanno permesso loro di identificare cambiamenti statisticamente significativi in ​​specifici gruppi di geni del microbioma e di associarli a cambiamenti nei livelli di gruppi di proteine ​​del sangue coinvolti in una gamma notevolmente ampia di processi fisiologici, che vanno dal metabolismo energetico, incluso il metabolismo del glucosio, alle risposte immunitarie, alla coagulazione del sangue e alla funzione dei vasi sanguigni, nonché alla biologia delle cellule nervose e delle ossa.

"Siamo stati incoraggiati a vedere l'impatto di questi snack in fibra sul microbioma intestinale e sulla fisiologia umana anche in questi studi relativamente brevi", afferma il primo autore Omar Delannoy-Bruno, un membro del team interdisciplinare che ha condotto questo lavoro.

“Questi studi pilota non sono stati progettati per verificare se gli snack in fibra potrebbero produrre alterazioni significative a lungo termine nel peso corporeo o biomarcatori comunemente misurati della salute cardiometabolica. Pertanto, i benefici di questi interventi dovranno essere studiati in studi clinici più ampi e più lunghi", afferma il coautore Michael J. Barratt, professore associato di patologia e immunologia e direttore esecutivo del Center for Gut Microbiome and Nutrition Research presso la Washington University. “Inoltre, questi piccoli studi sono stati condotti in condizioni dietetiche rigorosamente controllate. Un importante passo successivo sarà studiare gli effetti degli snack in fibra nei partecipanti che sono liberi di mangiare come farebbero normalmente».

Gordon aggiunge: "Con una migliore comprensione dell'impatto dei diversi tipi di fibre sui componenti del microbioma, siamo fiduciosi di poter offrire uno spuntino che le persone vorranno mangiare contribuendo anche a una dieta più sana, soprattutto per coloro che altrimenti potrebbero avere un accesso limitato a cibi nutrienti”.

Lo studio appare nella rivista Natura.

Il finanziamento per il lavoro è arrivato dal National Institutes of Health (NIH) e da Mondel?z International.

Gordon ha ricevuto il Thought Leader Award da Agilent Technologies. È anche co-fondatore di Matatu Inc., una società che caratterizza il ruolo delle interazioni dieta-microbiota nella salute degli animali. Altri autori riferiscono di essere co-fondatori di Phenobiome Inc., una società che persegue lo sviluppo di strumenti computazionali per la profilazione fenotipica predittiva delle comunità microbiche, nonché di Evolve Biosystems, interVenn Bio e BCD Bioscience, società coinvolte nella caratterizzazione dei glicani e nello sviluppo di applicazioni dei carboidrati per la salute umana. Tre coautori sono dipendenti di Mondel?z International.

È stata depositata e pubblicata una domanda di brevetto relativa alle formulazioni di snack in fibra descritte in questo rapporto.

Fonte: Università di Washington a St. Louis

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Questo articolo è apparso originariamente su Futurity