Многонациональная команда исследователей недавно сообщила, что дети с формой генетического ожирения, известной как синдром Прадера-Вилли, имеют аналогичный дисбаланс своей микрофлоры кишечника, как у детей с обычным ожирением.

В исследовании дети с синдромом Прадера-Вилли или простым ожирением участвовали в интенсивной 12- или 4-недельной программе диетического вмешательства.

Кроме обеспечения необходимых человеку макро- и микронутриентов, эта диета была основана на цельнозерновых продуктах, традиционных китайских лекарственных продуктах и пребиотиках, она была богата также не усваиваемыми но ферментированными углеводами и фитохимическими соединениями, направленными на изменение кишечной микрофлоры.

В конце вмешательства, дети с синдромом Прадера-Вилли и простым ожирением показали лучший поведенческий контроль над аппетитом, значительное снижение веса тела, улучшение многих метаболических биомаркеров, облегчение системного воспаления, и сопутствующее снижение в плазме крови уровней провоспалительных токсинов, вырабатываемых бактериями кишечника.

Один из добровольцев с синдромом Прадера-Вилли продолжил эту диету в домашних условиях, у него наблюдалось снижение веса от 140 кг до 73 кг через почти 18 месяцев ее соблюдения, без необходимости строгих физических упражнений.

Высокопроизводительное секвенирование следующего поколения показало, что эта диета вызывала значительные структурные изменения в микрофлоре кишечника – она способствовала росту полезных бактерий, таких как бифидобактерии, и уменьшала количество вредных бактерий, которые вырабатывают провоспалительные токсины и могут превращать пищевые жиры и белки в токсические метаболиты, повышающие риск сердечно-сосудистых событий.

Исследователи также трансплантировали микрофлору человеческого кишечника в стерильный кишечник мышей и обнаружили, что микрофлора до диетического вмешательства вызывает более высокое воспаление и большее количество адипоцитов, в сравнении с микрофлорой после диетического вмешательства у тех же участников. Это укрепляет мнение, что вызванные диетой изменения кишечной микрофлоры способствуют улучшению здоровья человека-хозяина.

В предыдущих исследованиях кишечной микрофлоры и здоровья, было проведено много анализов на уровне рода и более высоких таксономических уровнях. Однако различные штаммы одного и того же вида бактерий содержат до 30% геномных различий, они могут по-разному функционировать по отношению к здоровью человека, что делает необходимым анализ на уровне штамма и генома.

С помощью нового алгоритма, это исследование собрало более чем 100 высококачественных проектов геномов распространенных кишечных бактерий непосредственно из метагеномных наборов данных, что позволило исследователям изучить ответ кишечных бактерий на уровне штамма на диетическое вмешательство.

Исследователи также проводили мониторинг изменений метаболитов в моче в течение всего диетического вмешательства. Они обнаружили значительное снижение токсических метаболитов, которые, как было известно, повышают риск сердечно-сосудистых событий.

Проведя корреляцию бактериальных изменений с изменениями метаболитов в моче, исследователи выявили специфические бактериальные геномы, которые кодируют гены для выработки связанных с ожирением токсических метаболитов путем ферментирования (брожения) пищевых жиров или белков.

Эти производители токсинов могут стать потенциальными мишенями для контроля над ожирением.

Это исследование высунуло гипотезу, что функционирование экосистем кишечной микрофлоры очень похоже на экосистемы в тропическом лесу, в которых разные виды формируют функциональные группы под названием «гильдии», что интерактивно адаптируются к изменениям окружающей среды.

Используя сетевой анализ, исследователи группировали преобладающие бактериальные геномы в кишечной микрофлоре в то, что они назвали Группы Геномного Взаимодействия (ГГВ), члены которых процветают или приходят в упадок вместе, как и «гильдии» в тропическом лесу.

Более того, в экосистеме тропического леса высокие деревья служат «основой видов» для поддержания условий окружающей среды, необходимых для процветания всех других членов экосистемы.

В этом исследовании обнаружили, что одна ГГВ, содержащая виды Bifidobacterium, стала преобладать после диетического вмешательства и имела негативную корреляцию с несколькими другими ГГВ, содержащими вырабатывающие токсины бактерии.

Эта содержащая Bifidobacterium ГГВ может функционировать в качестве основы видов для поддержания более здоровой микрофлоры кишечника после диетического вмешательства. Проведение этих анализов обеспечивает новые концептуальные рамки для дальнейшего изучения структурных и функциональных взаимоотношений комплексной кишечной микрофлоры, которые влияют на человеческое здоровье.

Это исследование продемонстрировало общий этиологический вклад дисбиотической кишечной микрофлоры в генетически предрасположенное и простое ожирение. Оно также подчеркивает важность понимания функциональных взаимодействий внутри кишечной микрофлоры на уровне штамма/генома и выявления основополагающих видов, которые выступают в качестве фундамента экосистемы здоровой кишечной микрофлоры. Эти результаты подтверждают большой потенциал разработки нацеленных на кишечную микрофлору препаратов и диетического лечения при генетическом и простом ожирении, для улучшения состояния здоровья и качества жизни детей с этими заболеваниями.

Это исследование было проведено под руководством профессора Липин Чжао из Шанхайского университета Цзяо Тун, профессора Аихуа Инь из женской и детской больницы провинции Гуандун, и профессора Хуиру Тан из Института математики и физики Китайской Академии Наук. Статья была опубликована на сайте журнала EBio Medicine.