Acetylated cellulose: isang bagong prebiotic laban sa pagtaas ng timbang sa pamamagitan ng microbiota

Ang mga siyentipiko mula sa RIKEN, sa pakikipagtulungan sa mga grupo mula sa Unibersidad ng Tokyo at sa Unibersidad ng Kyoto na pinamumunuan ni Dr. Tadashi Takeuchi, ay naglathala sa Cell Metabolism ng unang komprehensibong pagsusuri ng acetylated cellulose (AceCel) bilang isang prebiotic na maaaring makabuluhang limitahan ang pagtaas ng timbang sa mga daga sa pamamagitan ng modulasyon ng gut microbiota at nutrient metabolism.

Bakit AceCel?

Ang mga tradisyunal na prebiotics (inulin, oligofructose) ay nagpapakain ng malawak na hanay ng mga bakterya, ngunit hindi pili. Ang AceCel ay cellulose kung saan ang mga acetyl substituent ay covalently na nakakabit sa 1/3 ng mga hydroxyl group, na lumilikha ng isang substrate para lamang sa mga partikular na hermeneutic bacteria, pangunahin ang Bacteroides thetaiotaomicron, na may kakayahang mag-clear ng mga acetylated bond.

Eksperimental na disenyo

1. Komposisyon sa diyeta: Ang mga daga sa isang 60% fat diet (modelo ng DIO) ay dinagdagan ng alinman sa 5% AceCel, equimolar untreated cellulose filler, o walang mga additives.
2. Pagsubaybay sa timbang at metabolismo: ang timbang ng katawan, gawi sa pagkain, OGTT at mga sukat ng resistensya sa insulin ay sinusubaybayan sa loob ng 8 linggo.
3. Microbiota: 16S rRNA na pagkakasunud-sunod ng mga dumi sa 2, 4 at 8 na linggo.
4. Mekanismo: Ang mga gnotobiotic na daga na pinagkaitan ng microbiota ay pagkatapos ay kolonisado ng B. thetaiotaomicron, kasama at walang AceCel.
5. Metabolomics at transcriptomic ng atay at bituka: pagsukat ng mga short-chain fatty acid (SCFA), acetate, at mga transcript ng mga pangunahing gene na kasangkot sa metabolismo ng carbohydrate at lipid.

Mga Pangunahing Resulta

• Paglilimita sa Pagtaas ng Timbang: Sa loob ng 8 linggo, ang mga daga sa AceCel ay nakakuha lamang ng 8% ng kanilang timbang sa katawan, kumpara sa 30% sa mga kontrol at 28% sa regular na selulusa.
• Pagpapabuti ng glycemic profile: Ang AUC ay bumaba ng 25% (p<0.01), ang HOMA-IR ay bumaba ng 30% (p<0.05).
• Microbiota:
  • Ang AceCel ay nagdulot ng 10-tiklop na pagtaas sa B. thetaiotaomicron sa ika-4 na linggo at pinigilan ang paglaki ng Firmicutes.
  • Kinumpirma ng mga eksperimento ng Gnotobiotic na kung wala ang B. thetaiotaomicron ay mawawala ang epekto ng AceCel, na nagbibigay-diin sa kritikal na papel ng species na ito.

• SCFA at acetate anion:

  • Ang mga antas ng faecal acetate ay tumaas ng 40% (p<0.01), ngunit bumaba ang mga systemic na konsentrasyon, na nagpapahiwatig ng pagtaas ng bacterial uptake.

• Hepatic metabolism:

  • Ang transcriptomics ay nagpakita ng pagbaba sa expression ng Gck at Pklr (glycolytic enzymes) at pagtaas ng Cpt1a at Ppara (β-oxidation of fats).
  • Ang profile ng lipid ng atay ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang 35% na pagbaba sa triglycerides (p <0.05).

"Ang AceCel ay nagpapakita ng isang bagong paraan upang hindi lamang pakainin ang microbiota, ngunit upang gawin itong 'nakawin' na carbohydrates mula sa host at sa gayon ay i-redirect ang balanse ng enerhiya," komento ni Dr. Takeuchi.

Kaligtasan at Mga Prospect

• Ang pang-eksperimentong data ay hindi nagpahayag ng isang nagpapasiklab na tugon sa bituka o atay at hindi nagbago ng mga parameter ng function ng organ (ALT, AST).
• Mga susunod na hakbang: mga klinikal na pag-aaral ng tao upang masuri ang tolerability, mga epekto sa microbiota at metabolismo ng carbohydrate.
• Pag-optimize ng paghahanda: antas ng acetylation, laki ng fraction at kumbinasyon sa mga probiotics ( B. thetaiotaomicron consumption?) ay napapailalim sa karagdagang pagsisiyasat.

Sa artikulo, ang mga may-akda ay gumawa ng ilang mahahalagang komento:

• Selectivity ng mekanismo
  "Ang AceCel ay nagpapakita ng isang natatanging prebiotic na epekto: sa halip na pakainin ang isang malawak na grupo ng mga microbes, pinipili nito ang isang partikular na strain ng Bacteroides thetaiotaomicron, na nagre-redirect ng mga carbohydrates mula sa host patungo sa microbial metabolism," ang sabi ni Dr. Tadashi Takeuchi, senior author ng pag-aaral.

• Ang Papel ng Microbiota bilang isang 'Kakumpitensya'
  "Malinaw na ipinakita ng aming mga gnotobiotic na eksperimento na walang B. thetaiotaomicron, hindi gumagana ang AceCel. Itinatampok nito na ang mga prebiotic ay maaaring kumilos sa pamamagitan ng pagpapahusay ng kumpetisyon para sa mga sustansya sa bituka," paliwanag ng co-author na si Dr. Ikeda.

• Potensyal para sa mga Tao
  "Habang nakikita natin ang isang malakas na epekto sa mga daga, mahalagang subukan ang tolerability at metabolic dynamics ng AceCel sa mga tao," sabi ni Dr. Sato. "Ang mga susunod na klinikal na pagsubok ay dapat magsama ng malalim na pagsusuri ng microbiota at metabolomics ng mga pasyente."

• Kaligtasan
  "Walang katibayan ng pamamaga o pinsala sa tissue sa mga bituka o atay sa aming mga preclinical na modelo, na nagbibigay ng katwiran para sa pagsulong sa mga pagsubok ng tao," dagdag ni Dr. Nakamoto.

Itinatampok ng mga komentong ito na ang AceCel ay isang promising na susunod na henerasyong prebiotic, ngunit ang klinikal na pagsasalin nito ay nangangailangan ng maingat na pagsusuri sa kaligtasan at mga mekanismo ng pagkilos sa mga tao.

Ang AceCel ay nagbibigay daan para sa isang bagong henerasyon ng mga prebiotic na kumikilos hindi lamang sa pamamagitan ng pagpapasigla ng mga kapaki-pakinabang na bakterya kundi pati na rin sa pamamagitan ng mapagkumpitensyang pagkuha ng mga nutrient na substrate, na nagbubukas ng prospect ng precision microbial-nutrient therapy para sa obesity at metabolic syndrome.