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Nature:低纤维饮食或使后代机体肠道微生物群落多样性发生不可逆地耗竭

来源:生物谷 2016-01-18 18:24

图片来源:medicalxpress.com

2016年1月18日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,一项刊登在国际著名杂志Nature上的研究论文中,来自斯坦福大学医学院的研究人员通过研究发现,工业化社会里低纤维饮食引发机体肠道细菌不可逆的耗竭或将遗传给后代,研究者利用小鼠进行研究,结果表明低纤维饮食不仅会降低哺乳动物机体中的复杂微生物生态系统,还会引发3代或4代人机体肠道中微生物生态多样性的不可逆缺失。

研究者Justin Sonnenburg说道,从20世纪中期开始,几乎无纤维的加工方便食品的增加使得工业化社会人群中的人均纤维消费量大约每天15克,这是狩猎和及农村农业人口摄入量的十分之一,而这些区域居住的条件和饮食摄入方式和我们祖先非常相似。通常情况下成千上万种不同的细菌栖息在健康机体的大肠中,没有这些细菌我们难以生存下去,其可以帮助机体抵御病原体入侵,增强免疫系统的功能来帮助机体维持健康状态。

研究者对栖息在人类机体中的微生物群落进行调查发现,“居住”在狩猎及农村人群机体中的细菌种类的多样性远超于居住在现代工业化社会的人群;研究者Erica Sonnenburg说道,很多因素都可以帮助解释为何现代化社会人群中机体微生物群落多样性会降低,比如抗生素的使用、频繁的剖宫产术及较低频率的母乳喂养等,我们应该问问自己是否传统和现代社会饮食摄入的改变导致了上述问题的发生。

随后研究人员对特殊的在无菌环境下生长的幼年小鼠尽心研究,这些小鼠并不像普通小鼠那样,其肠道中缺少天然的微生物群落,当给予这小鼠来自人类机体的微生物群落后,研究者将其分为两个研究小组,其中一组喂食富含植物纤维的饮食,另外一组喂食和前者含有相同蛋白质、脂肪和卡路里的饮食,但这种饮食中缺乏纤维成分;在实验进行中研究者对研究对象的粪便样本进行分析,两组小鼠机体肠道的细菌表现刚开始并没有任何区别,但慢慢就开始变得不同了,在两周研究后,研究者就观察到了明显的区别,低纤维饮食组小鼠机体肠道中的细菌种类明显降低了,有超过一半的细菌种类的数量都降低了超过75%,而且很多细菌群落都消失了。在7周研究后,摄入低纤维饮食的小鼠慢慢转向高纤维饮食疗法,疗法周期为4周,随后研究者发现,小鼠肠道中的细菌群落发生了部分恢复,这可能是由于某些细菌的活力得到了恢复,然而细菌种类的恢复仅仅是部分,尽管进行了高纤维的饮食,仍然有三分之一的细菌群落并没有恢复。

研究者表示,暴露于微生物的小鼠仅和其父母有接触,而且每一代小鼠的肠道细菌生态系统多样性都会降低,当遗传至第四代时,细菌菌群的缺失就会达到一个点,即在曾祖代亲本机体场中寄居的细菌种类中几乎有四分之三都在后代中缺失了;而当对这些小鼠喂食高纤维饮食后,在第一代祖先肠道中鉴别出的细菌种类中也有超过三分之二不能够恢复,这就表明饮食中纤维剥除后会使得第四代后代机体中的细菌种类数几乎完全消失。

从一方面来讲,粪便移植或许可以使得失去的细菌种群得到恢复,而将第四代高纤维膳食小鼠机体中的分辨内容物引入到低纤维饮食的小鼠,同时给这些小鼠喂食高纤维的饮食2周时间,或许就可以完全恢复细菌的特性,进行高过程10天内,小鼠机体肠道中细菌的组成和多样性就和对照组小鼠几乎没有区别了。

本文研究对于进行人类机体研究具有一定意义,而且对于开发新型膳食疗法来有效改善机体肠道微生物群落,进而改善机体健康或将带来一定希望和思路。(生物谷Bioon.com)

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Diet-induced extinctions in the gut microbiota compound over generations

Erica D. Sonnenburg, Samuel A. Smits, Mikhail Tikhonov, Steven K. Higginbottom, Ned S. Wingreen & Justin L. Sonnenburg

The gut is home to trillions of microorganisms that have fundamental roles in many aspects of human biology, including immune function and metabolism1, 2. The reduced diversity of the gut microbiota in Western populations compared to that in populations living traditional lifestyles presents the question of which factors have driven microbiota change during modernization. Microbiota-accessible carbohydrates (MACs) found in dietary fibre have a crucial involvement in shaping this microbial ecosystem, and are notably reduced in the Western diet (high in fat and simple carbohydrates, low in fibre) compared with a more traditional diet3. Here we show that changes in the microbiota of mice consuming a low-MAC diet and harbouring a human microbiota are largely reversible within a single generation. However, over several generations, a low-MAC diet results in a progressive loss of diversity, which is not recoverable after the reintroduction of dietary MACs. To restore the microbiota to its original state requires the administration of missing taxa in combination with dietary MAC consumption. Our data illustrate that taxa driven to low abundance when dietary MACs are scarce are inefficiently transferred to the next generation, and are at increased risk of becoming extinct within an isolated population. As more diseases are linked to the Western microbiota and the microbiota is targeted therapeutically, microbiota reprogramming may need to involve strategies that incorporate dietary MACs as well as taxa not currently present in the Western gut.

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