Microbiomul influențează obezitatea și diabetul

Schlehe, Julia S .; Ussar, Siegfried

O dietă variată este importantă pentru a menține un microbiom intestinal sănătos și divers, care susține sănătatea metabolică.

Atât obezitatea, cât și diabetul de tip 2 sunt boli multifactoriale și se bazează pe o interacțiune strânsă de predispoziție genetică și o serie de influențe asupra mediului. Nutriția joacă un rol central ca „factor de mediu” în dezvoltarea acestor boli. În ultimii ani s-a demonstrat că o dietă dezechilibrată nu poate duce doar la aportul de exces de calorii, ci are și un impact dramatic asupra microorganismelor care colonizează tractul gastrointestinal uman.

O investigație sistematică a microbiomului intestinal - întregul microorganismelor care trăiesc în intestin - folosind secvențierea ADN și metode bioinformatice a permis între timp numeroase studii să stabilească legătura strânsă între modificările microbiotei intestinale și dezvoltarea unei largi varietăți de boli; aceasta include și obezitatea și diabetul de tip 2 (1). Microbiota intestinală reprezintă un ecosistem complex alcătuit dintr-un număr mare de bacterii, dar și arha și viruși cu o masă de aproximativ 1,5 kg și o diversitate enormă (1).

Provocări la înțelegerea funcțională

Până în prezent, au fost descrise mai mult de 1.000 de specii bacteriene, dintre care doar aproximativ 160 formează un microbiom de bază care poate fi identificat între indivizi (2-4). Genomul combinat al acestor peste 1.000 de microbiote depășește genomul uman de aproximativ 100 de ori (2). Această diversitate și complexitate ridicată a microbiomului și faptul că doar o fracțiune din microbiota poate fi cultivată în afara corpului reprezintă încă una dintre cele mai mari provocări pentru o înțelegere funcțională a microbiomului intestinal. Cu toate acestea, mai multe studii clinice au avut succes, atât în Obezitatea și diabetul de tip 2 pentru a identifica semnăturile specifice ale microbiotei sau ale metaboliților săi, care pot reprezenta cel puțin baza pentru analize funcționale ulterioare (4-7). Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că compoziția microbiomului între indivizi depinde foarte mult de vârstă, sex și etnie, ceea ce face dificilă aplicarea acestor rezultate ale studiului la o populație largă.

Microbiota intestinală are potențialul de a regla greutatea corporală

Investigațiile pe șoareci fără germeni au arătat că, în absența microbiotei intestinale, există o creștere mai mică în greutate în comparație cu șoarecii colonizați în mod convențional cu bacterii dacă acești șoareci sunt hrăniți cu hrană bogată în grăsimi (8). Bazându-se pe aceasta, microbiota intestinală de la gemeni, care diferă în ceea ce privește obezitatea, au fost transplantate la șoareci aseptici (9). Chiar și atunci când au fost hrăniți cu o dietă bogată în materie vegetală și săracă în grăsimi, șoarecii care au primit microbiota gemenilor obezi s-au îngrășat mai mult decât șoarecii care au primit microbiota gemenilor slabi. Acest lucru a permis să se demonstreze că modificările microbiotei intestinale nu sunt doar consecința obezității, ci, dimpotrivă, sunt implicate în mod semnificativ și în reglarea creșterii în greutate (9).

Cu toate acestea, transferabilitatea acestor experimente la oameni trebuie privită cu prudență, deoarece același studiu ar putea arăta, de asemenea, că socializarea șoarecilor cu microbiota „groasă” și „subțire” duce la șoarecii „groși” ca fiind microbiota „ Subțire ”presupus astfel încât diversitatea microbiotei lor ar putea crește și câștiga mai puțin în greutate. Acest lucru sugerează că microbiota intestinală are practic potențialul de a regla greutatea corporală, dar că efectele reale depind foarte mult de condițiile de mediu complexe.

Practic, s-a stabilit că diversitatea microbiotei este de o mare importanță pentru un microbiom intestinal „sănătos” și că nu neapărat se modifică tipurile individuale de bacterii, ci mai degrabă schimbări în relațiile dintre tulpinile bacteriene apar împreună cu modificări patologice (1).

De exemplu, atunci când creșteți în greutate, există o creștere foarte mare a Firmicutes în comparație cu Bacteroides, care împreună combină aproximativ 90% din tipurile cunoscute de bacterii (1, 4). Funcțional, acest lucru se reflectă la rândul său într-o schimbare în producția de acizi grași cu lanț scurt, prin care se formează mai mult propionat la subiecții supraponderali, în timp ce butiratul predomină la subiecții slabi (10). În plus, un număr mare de studii au identificat tipuri individuale de bacterii care se corelează cu diferiți factori, cum ar fi greutatea corporală, zahărul din sânge, dar și parametri inflamatori diferiți, inclusiv, de exemplu, Akkermansia muciniphila, Lactobacillus gasseri și Faecalibbacterium prausnitzii (1).

Interpretarea acestor rezultate este totuși mai dificilă, deoarece speciile bacteriene individuale nu trebuie privite izolat, ci întotdeauna ca parte a unui ecosistem în care schimbările dintr-o specie bacteriană schimbă întregul ecosistem și, prin urmare, influențează și abundența altor specii bacteriene. Din acest motiv, a fost introdus conceptul de enterotipuri, care trebuie înțeles ca un grup de bacterii care se corelează împreună cu fenotipuri metabolice definite sau le influențează direct.

Rețea funcțională în locul arborelui genealogic filogenetic

Această nouă abordare are sens din cauza numărului tot mai mare de date de secvențiere a genomului de la diferiți microbiomi, deoarece clasificarea taxonomică în specii bacteriene, tulpini etc. nu mai este în prim-plan, ci mai degrabă o grupare funcțională bazată pe funcții genetice comune sau complementare. Cu această abordare, care câștigă popularitate, o rețea funcțională se află în prim plan în locul arborelui genealogic filogenetic.

Indiferent de această abordare, un microbiom intestinal cât mai divers poate influența pozitiv sănătatea metabolică a gazdei și reprezintă astfel o abordare terapeutică atractivă în sindromul metabolic.

Colonizarea inițială a intestinului are loc în timpul nașterii de către bacterii de la mamă și atinge un echilibru stabil de la aproximativ vârsta de 3 ani (11, 12). La bătrânețe, stabilitatea microbiomului scade din nou din cauza utilizării medicamentelor și a altor factori de mediu (13).

Colonizarea normală a intestinului, dar și a pielii și a cavității bucale, are loc în timpul și după naștere prin microbiota vaginală a mamei și diferă în cazul unei nașteri prin cezariană, deoarece aici are loc în principal colonizarea de către bacteriile pielii materne, ceea ce duce la o diversitate redusă. a microbiomului inițial. Interesant este că această diversitate redusă este asociată cu un risc crescut de a dezvolta obezitate (14).

Motivele exacte ale acestei legături cu obezitatea morbidă, care apare mult mai târziu în viața copiilor, nu au fost încă cercetate în mod adecvat. Cu toate acestea, într-un studiu publicat recent, s-a arătat că expunerea copiilor născuți prin cezariană la lichidul vaginal al mamei este suficientă pentru a stabili un microbiom similar cu cel al copiilor născuți vaginal (15). Prin urmare, va fi foarte instructiv să vedem dacă această expunere are consecințe pozitive pe termen lung.

Pe lângă tipul nașterii, factori precum genetica copilului, alăptarea versus hrănirea cu biberonul și utilizarea antibioticelor joacă, de asemenea, un rol important în dezvoltarea inițială a diversității microbiomului intestinal (1, 4, 14, 16). În plus, tipul dietei nu numai că afectează compoziția microbiomului în primii câțiva ani de viață, dar pune și o presiune constantă și puternică asupra bacteriilor intestinale pe tot parcursul vieții. O schimbare a dietei la adulți poate duce la modificări măsurabile ale microbiotei intestinale în termen de trei zile, care sunt reversibile pe termen scurt (17).

Cu toate acestea, dacă anumite substanțe nutritive sau fibre alimentare nu sunt consumate pentru o lungă perioadă de timp, apar modificări ireversibile ale microbiotei intestinale (18). Din acest motiv, trebuie avut în vedere și faptul că reducerea zahărului și amidonului în tratamentul diabeticilor ar trebui să fie însoțită de adăugarea de carbohidrați nedigerabili pentru a contracara o reducere a diversității microbiene.

În general, diversitatea microbiotei intestinale este mai mare la vegetarieni decât la cohortele mixte - deși renunțarea la nutrienții animalelor poate duce și la o reducere selectivă a microbiotei individuale. Indiferent de tipul dietei, a existat o reducere bruscă a varietății de alimente în ultimii 50 de ani (19), ceea ce, în mod interesant, se corelează cu creșterea bruscă și obezitatea și diabetul de tip 2. O dietă variată este, de asemenea, importantă pentru a menține un microbiom intestinal sănătos și divers, care susține sănătatea metabolică.

Utilizarea transplanturilor de scaun pentru tratamentul diferitelor boli datează de mai bine de 1.000 de ani și provine din China. Astăzi este utilizat pentru infecțiile cu Clostridium difficile (20), deși o aplicație standardizată suficient testată trebuie încă dezvoltată aici.

Mai ales datorită evoluțiilor tehnice în secvențierea genomului și bioinformatica, în sfârșit începem să înțelegem ecosistemul complex al microbiomului intestinal.
Efectele microbiomului intestinal nu sunt în nici un caz limitate la tractul gastro-intestinal, ci o parte importantă a reglării întregului organism.
Rămâne de dovedit în ce măsură enterotipurile specifice pot fi utilizate pentru combaterea obezității sau diabetului de tip 2 și în ce măsură acestea sunt mai bune sau mai eficiente pe termen lung decât probioticele care sunt deja disponibile în contextul acestor boli metabolice.
Influențele deja cunoscute ale microbiomului asupra obezității și diabetului arată, totuși, în ce măsură interacțiunea dintre genetică și influențele de mediu ne influențează sănătatea. ▄

Centrul de gene și școala postuniversitară pentru biștiințe cantitative
München, Universitatea Ludwig Maximilians

JRG Adipocite și metabolism, Institutul pentru diabet și obezitate, Centrul de diabet Helmholtz de la Helmholtz Zentrum Mьnchen

Centrul German pentru Cercetarea Diabetului (DZD)

Conflict de interese: Nu există conflicte de interese.