Home
/ Nieuws / ...
Vezelrijke voeding tegen infecties*
Al lange tijd wordt geadviseerd om voeding te eten van veel vezels, in een studie met muizen wordt nog eens aangetoond dat
vezelrijke voeding ook goed is om infecties tegen te gaan. Voeding met veel vezels zorgt voor een dikkere darmwand waardoor een betere weerstand ontstaat tegen ziekteverwekkers.
De studie.
(November 2016)
High-fiber diet keeps gut microbes from eating colon's lining, protects against infection
In experiments in germ-free mice that received a transplanted set of human gut microbes, a high-fiber diet was associated with a thick mucus layer in the colon's lining, and resistance to infection by a pathogen. But mice raised with a fiber-free diet had a much thinner, patchy mucus layer, as mucus-eating bacteria in the human microbe mix proliferated. The pathogen was able to get through to the cells of the colon wall. Credit: University of Michigan
It sounds like the plot of a 1950s science fiction movie: normal, helpful bacteria that begin to eat their host from within, because they don't get what they want.
But new research shows that's exactly what happens when microbes inside the digestive system don't get the natural fiber that they rely on for food.
Starved, they begin to munch on the natural layer of mucus that lines the gut, eroding it to the point where dangerous invading bacteria can infect the colon wall.
In a new paper in Cell, an international team of researchers show the impact of fiber deprivation on the guts of specially raised mice. The mice were born and raised with no gut microbes of their own, then received a transplant of 14 bacteria that normally grow in the human gut. Scientists know the full genetic signature of each one, making it possible to track their activity over time.
The findings have implications for understanding not only the role of fiber in a normal diet, but also the potential of using fiber to counter the effects of digestive tract disorders.
"The lesson we're learning from studying the interaction of fiber, gut microbes and the intestinal barrier system is that if you don't feed them, they can eat you," says Eric Martens, Ph.D., an associate professor of microbiology at the University of Michigan Medical School who led the research along with his former postdoctoral fellow Mahesh Desai, Ph.D., now at the Luxembourg Institute of Health.
Using U-M's special gnotobiotic, or germ-free, mouse facility, and advanced genetic techniques that allowed them to determine which bacteria were present and active under different conditions, they studied the impact of diets with different fiber content - and those with no fiber. They also infected some of the mice with a bacterial strain that does to mice what certain strains of Escherichia coli can do to humans - cause gut infections that lead to irritation, inflammation, diarrhea and more.
The result: the mucus layer stayed thick, and the infection didn't take full hold, in mice that received a diet that was about 15 percent fiber from minimally processed grains and plants. But when the researchers substituted a diet with no fiber in it, even for a few days, some of the microbes in their guts began to munch on the mucus.
They also tried a diet that was rich in prebiotic fiber - purified forms of soluble fiber similar to what some processed foods and supplements currently contain. This diet resulted in the same erosion of the mucus layer as observed in the lack of fiber.
The researchers also saw that the mix of bacteria changed depending on what the mice were being fed, even day by day. Some species of bacteria in the transplanted microbiome were more common - meaning they had reproduced more - in low-fiber conditions, others in high-fiber conditions.
A thick mucus layer, generated by the cells of the colon's wall, provides protection against invading bacteria and other pathogens. This image of a mouse's colon shows the mucus (green) acting as a barrier for the "goblet" cells (blue) that produce it. In this case, the mice were raised in a germ-free environment, then received a transplanted set of human gut microbes. When the mice were fed a high-fiber diet, the mucus layer was thick and microbes that can digest fiber flourished. But on a fiber-free diet, the mucus layer became much thinner after microbes capable of digesting mucus became more dominant. This left the goblet cells open to infection by a pathogen. Credit: University of Michigan
And the four bacteria strains that flourished most in low-fiber and no-fiber conditions were the only ones that make enzymes that are capable of breaking down the long molecules called glycoproteins that make up the mucus layer.
In addition to looking at the of bacteria based on genetic information, the researchers could see which fiber-digesting enzymes the bacteria were making. They detected more than 1,600 different enzymes capable of degrading carbohydrates - similar to the complexity in the normal human gut.
Just like the mix of bacteria, the mix of enzymes changed depending on what the mice were being fed, with even occasional fiber deprivation leading to more production of mucus-degrading enzymes.
Images of the mucus layer, and the "goblet" cells of the colon wall that produce the mucus constantly, showed the layer was thinner the less fiber the mice received. While mucus is constantly being produced and degraded in a normal gut, the change in bacteria activity under the lowest-fiber conditions meant that the pace of eating was faster than the pace of production - almost like an overzealous harvesting of trees outpacing the planting of new ones.
When the researchers infected the mice with Citrobacter rodentium - the E. coli-like bacteria - they observed that these dangerous bacteria flourished more in the guts of mice fed a fiber-free diet. Many of those mice began to show signs of illness and lost weight.
When the scientists looked at samples of their gut tissue, they saw not only a much thinner or even patchy mucus later - they also saw inflammation across a wide area. Mice that had received a fiber-rich diet before being infected also had some inflammation but across a much smaller area.
Martens notes that in addition to the gnotobiotic facility, the research was possible because of the microbe DNA and RNA sequencing capability built up through the Medical School's Host Microbiome Initiative, as well as the computing capability to plow through all the sequence data.
"Having all the resources here was the key to making this work, and the fact that it was all across the street from our lab allowed us to pin it all together," he says. He also notes the role of U-M colleagues led by Gabriel Nunez and Nobuhiko Kamada in providing the C. rodentium pathogen model, and of French collaborators from the Aix-Marseille Université in studying the enzymes in the mouse gut.
Going forward, Martens and Desai intend to look at the impact of different prebiotic fiber mixes, and of diets with more intermittent natural fiber content over a longer period. They also want to look for biomarkers that could tell them about the status of the mucus layer in human guts - such as the abundance of mucus-digesting bacteria strains, and the effect of low fiber on chronic disease such as inflammatory bowel disease.
"While this work was in mice, the take-home message from this work for humans amplifies everything that doctors and nutritionists have been telling us for decades: Eat a lot of fiber from diverse natural sources," says Martens. "Your diet directly influences your microbiota, and from there it may influence the status of your gut's mucus layer and tendency toward disease. But it's an open question of whether we can cure our cultural lack of fiber with something more purified and easy to ingest than a lot of broccoli."
De
door de computer vertaalde Engelse tekst (let op: gelet op de vaak technische
inhoud van een artikel kunnen bij het vertalen wellicht vreemde en soms niet
helemaal juiste woorden en/of zinnen gevormd worden)
Vezelrijk dieet houdt gut microben van het eten voering dikke darm's, beschermt tegen infecties
In experimenten in de kiem-vrije muizen die een getransplanteerde set van de menselijke darm microben ontvangen, werd een vezelrijk dieet in verband met een dikke laag slijm in de voering van de dikke darm, en de weerstand tegen infectie door een pathogeen. Maar muizen verhoogd met een fiber-vrij dieet had een veel dunnere, fragmentarisch slijmlaag, as-slijm eten bacteriën in het menselijk microbe mix verspreid. De ziekteverwekker kon door te dringen tot de cellen van de darmwand. Credit: University of Michigan
Het klinkt als de plot van een 1950 science fiction film: normaal, nuttige bacteriën die beginnen aan hun gastheer te eten van binnenuit, omdat ze niet krijgen wat ze willen.
Maar nieuw onderzoek toont aan dat is precies wat er gebeurt als microben in het spijsverteringsstelsel niet de natuurlijke vezel die ze vertrouwen op te eten.
Uitgehongerd, beginnen ze Munch de natuurlijke slijmlaag die lijnen de darm, eroderen aan het punt waar gevaarlijke binnendringende bacteriën de darmwand kunnen infecteren.
In een nieuw papier in Cell, een internationaal team van onderzoekers tonen de impact van de vezel achterstand op het lef speciaal verhoogd muizen. De muizen werden geboren en getogen zonder gut microben van hun eigen, dan kreeg een transplantatie van 14 bacteriën die normaal groeien in de menselijke darm. Wetenschappers weten de volledige genetische handtekening van elk, waardoor hun activiteit in de tijd bij.
De bevindingen hebben implicaties voor het begrijpen niet alleen de rol van vezels in een normaal dieet, maar ook mogelijkheden voor het gebruik vezel om de effecten van spijsverteringsstoornissen tegengaan.
"De les die we leren van het bestuderen van de interactie van vezels, gut microben en de intestinale barrière systeem is dat als je ze niet te voeden, kunnen ze je eet", zegt Eric Martens, Ph.D., een universitair hoofddocent microbiologie aan de Universiteit van Michigan Medical School die het onderzoek leidde, samen met zijn voormalige postdoc Mahesh Desai, Ph.D., nu bij de Luxemburgse Institute of Health.
Met behulp van speciale gnotobiotische UM, of kiemvrij, muis faciliteit en geavanceerde genetische technieken die manier konden ze om te bepalen welke bacteriën aanwezig en actief onder verschillende omstandigheden waren, bestudeerden ze de impact van diëten met verschillende vezelgehalte - en mensen met geen vezels . Ze geïnfecteerd ook enkele van de muizen met een bacteriële stam die doet aan muizen welke bepaalde stammen van Escherichia coli kan de mens - oorzaak darm infecties die leiden tot irritatie, ontsteking, diarree en meer.
Het resultaat: de slijmlaag bleef dik, en de infectie niet volledig wacht niet te nemen, bij muizen die een dieet dat was ongeveer 15 procent vezels uit minimaal bewerkte granen en planten ontvangen. Maar wanneer de onderzoekers gesubstitueerd een dieet zonder vezels daarin, zelfs voor een paar dagen, een deel van de microben in de darmen begonnen Munch het slijm.
Ze probeerden ook een dieet dat rijk is aan prebiotische vezels was - gezuiverde vormen van oplosbare vezels vergelijkbaar met wat een aantal verwerkte voedingsmiddelen en supplementen momenteel bevatten. Deze voeding resulteerde in gelijke erosie van de slijmlaag zoals waargenomen in het gebrek aan vezels.
De onderzoekers hebben ook gezien dat de combinatie van bacteriën veranderd afhankelijk van de muizen werden gevoed, zelfs dag. Sommige soorten bacteriën in de getransplanteerde microbiome kwamen vaker voor - wat betekent dat ze meer hadden gereproduceerd - in low-fiber omstandigheden, anderen in vezelrijk omstandigheden.
Een dikke slijmlaag, geproduceerd door de cellen van de wand van de dikke darm, biedt bescherming tegen binnendringende bacteriën en andere pathogenen. Dit beeld van de dikke darm een muis toont het slijm (groen) fungeren als een barrière voor de "goblet" cellen (blauw) dat het te produceren. In dit geval werden de muizen opgegroeid in een kiem-vrije omgeving, ontving toen een getransplanteerde set van de menselijke darm microben. Toen de muizen werden gevoed een vezelrijk dieet, de slijmlaag was dik en microben die vezels kan verteren bloeide. Maar op een vezel-vrij dieet, de slijmlaag werd veel dunner na microben kunnen verteren slijm dominanter werd. Dit liet de beker cellen open voor infectie door een pathogeen. Credit: University of Michigan
En de vier bacteriestammen die het meest in lage-fiber en no-fiber voorwaarden bloeide waren de enigen die enzymen die in staat zijn van het afbreken van de lange moleculen genaamd glycoproteïnen die deel uitmaken van de slijmlaag zijn te maken.
Naast kijken naar de bacteriën op basis van genetische informatie, kan de onderzoekers welke vezels enzymen de bacteriën maakten. Ze ontdekt meer dan 1600 verschillende enzymen kunnen afbreken koolhydraten - vergelijkbaar met de complexiteit van de normale menselijke darm. Net als de mix van bacteriën, de combinatie van enzymen veranderd afhankelijk van de muizen werden gevoed met maar incidenteel vezel deprivatie leidt tot meer productie van mucus-afbrekende enzymen.
Beelden van de slijmlaag en de "beker" cellen van de darmwand die het slijm continu produceren, vertoonden de laag dunner was het minder vezels de muizen kregen. Terwijl slijm wordt voortdurend geproduceerd en afgebroken in een normale darm, de verandering van de bacterie activiteit in het kader van de laagste-fiber omstandigheden betekende dat het tempo van het eten was sneller dan het tempo van de productie - bijna als een overijverige oogsten van bomen sneller dan de aanplant van nieuwe degenen.
Toen de onderzoekers besmette muizen met Citrobacter rodentium - de E. coli-achtige bacteriën - zij opgemerkt dat deze gevaarlijke bacterie bloeide meer in de darmen van muizen gevoed een fiber-vrij dieet. Veel van die muizen begon tekenen van ziekte vertonen en lichter zijn.
Wanneer de onderzoekers gekeken naar voorbeelden van hun darmweefsel, zagen zij niet alleen een veel dunnere of vlekkerig mucus later - ze zagen ook een ontsteking in een groot gebied. Muizen die een vezelrijk dieet voordat ze ook besmet had ontvangen had wat een ontsteking, maar over een veel kleiner gebied.
Martens wijst dat naast de gnotobiotische faciliteit, het onderzoek was mogelijk door de microbe DNA en RNA Sequencer van opgebouwd door de host Medical School Microbiome Initiative, en de rekencapaciteit te ploegen door alle sequentiegegevens.
"Het hebben van alle middelen die hier was de sleutel tot het maken van dit werk, en het feit dat het allemaal aan de overkant van ons lab konden we het allemaal samen pin," zegt hij. Hij merkt ook op de rol van de U-M collega's onder leiding van Gabriel Nunez en Nobuhiko Kamada in het verstrekken van de C. rodentium ziekteverwekker model, en van de Franse medewerkers van de Aix-Marseille Université in het bestuderen van de enzymen in de muis darm.
Going forward, Martens en Desai van plan om te kijken naar de impact van verschillende prebiotische vezels mixen, en diëten met meer intermitterende inhoud natuurlijke vezel over een langere periode. Ze willen ook kijken naar biomarkers die hen over de status van de slijmlaag in de menselijke ingewanden kon vertellen - zoals de overvloed van slijm verteren bacteriestammen, en het effect van lage fiber op chronische ziekten, zoals inflammatoire darmziekten.
"Hoewel dit werk was bij muizen, de take-home boodschap van dit werk voor de mens versterkt alles wat artsen en diëtisten hebben ons verteld decennia: Eet veel vezels uit diverse natuurlijke bronnen," zegt Martens. "Uw dieet direct invloed op uw microbiota, en van daaruit kunnen zij de status van uw darmen slijmlaag en de neiging in de richting van de ziekte te beïnvloeden. Maar het is een open vraag of we onze culturele gebrek aan vezels met iets meer gezuiverd en makkelijk in te nemen dan kan genezen veel broccoli. "
Printen
Reacties: