9 دقیقه
یک میکروب غافلگیرکننده در روده شما — میکروبی که متان تولید می‌کند — ممکن است میزان کالری‌ای را که بدن از غذا به‌خصوص از فیبر استخراج می‌کند تغییر دهد. پژوهش جدید دانشگاه ایالتی آریزونا نشان می‌دهد افرادی که میکروبیوم‌شان متان بیشتری تولید می‌کند، از همان وعده‌های غذایی پر فیبر انرژی بیشتری جذب میکنند نسبت به افرادی که تولید متان در میکروبیوم‌شان کمتر است. این یافته‌ها میتوانند روی درک ما از متابولیسم، تغذیه شخصیسازیشده و استراتژی‌های کنترل وزن تاثیر بگذارند.
متان در روده: تقویت‌کننده نامرئی کالری
ما معمولاً هضم را فرایندی انسانی و مربوط به دستگاه گوارش خودمان می‌دانیم، اما بخش بزرگی از کار هضم به‌واسطه تریلیون‌ها میکروب ساکن روده بزرگ انجام می‌شود. این میکروب‌ها فیبر غذایی را تخمیر میکنند و آن را به اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه (SCFAها) تبدیل میکنند — مولکول‌هایی که بدن‌مان میتواند بهعنوان منبع انرژی مصرف کند. در جریان این تخمیر، هیدروژن تولید می‌شود که اگر در محیط تجمع یابد، میتواند فعالیت میکروبی را کند کند مگر اینکه موجودات دیگری آن را مصرف کنند.
در این میان، متانزایان (methanogens) وارد عمل می‌شوند: گروهی از آرکی‌آها (خویشاوندان میکروبی باکتری‌ها) که هیدروژن را مصرف و در فرآیند تولید متان تولید میکنند. خود بدن انسان متان تولید نمی‌کند — تنها این میکروب‌ها چنین میکنند — بنابراین میزان خروجی متان میتواند نشان‌دهنده یک میکروبیوم باشد که در تبدیل فیبر به کالری قابل جذب، کارآمدتر است. این ارتباط میان تولید متان و بازده انرژی از فیبر، کلید فهم تفاوت‌های فردی در پاسخ به رژیمهای غذایی پر فیبر است.
«بدن انسان خودش متان تولید نمی‌کند، فقط میکروب‌ها این کار را انجام میدهند. بنابراین ما پیشنهاد کردیم که متان میتواند یک نشانگر زیستی (biomarker) باشد که نشان می‌دهد تولید اسیدهای چرب زنجیرهکوتاه در میکروبیوم بهصورت مؤثرتری انجام می‌شود»، می‌گوید رُزی کراجمالنیک-براون، مدیر مرکز Biodesign برای سلامت از طریق میکروبیوم‌ها در دانشگاه ایالتی آریزونا و نویسنده مسئول این مطالعه. پژوهشگران با اشاره به این نقش نشانگر، پیشنهاد میکنند اندازه‌گیری متان میتواند بهعنوان ابزاری برای شناسایی میکروبیوم‌هایی که در برداشت انرژی از فیبر متخصص هستند، به‌کار رود.
چگونه مطالعه متابولیسم را اندازه‌گیری کرد — فراتر از یک آزمایش نفس
تحقیقات پیشین اغلب به آزمایش‌های تنفسی برای برآورد متان متکی بودند، اما تیم هدایت‌شده توسط ASU رویکردی جامع‌تر به کار برد. پژوهشگران با مؤسسه تحقیقات ترجمانی AdventHealth همکاری کردند تا داوطلبان را درون یک کالوری‌متر تمام-اتاقی قرار دهند — اتاقکی بسته شبیه به یک اتاق هتل که نرخ متابولیک و همه گازهای آزادشده را در طول چند روز ثبت می‌کند. شرکت‌کنندگان برای شش روز داخل کالوری‌متر باقی ماندند و محققان بهطور مداوم انتشار متان و مصرف انرژی را ثبت کردند. این نوع اندازه‌گیری، خروجی کل متان را — از طریق نفس و دیگر روش‌های انتشار — ضبط می‌کند و آن را بهطور مستقیم به اندازه‌گیری‌های متابولیک و آنالیز خون و مدفوع پیوند می‌زند.
روش کالوری‌متری تمام-اتاقی امکان ترکیب داده‌های فیزیولوژیک (مصرف انرژی، تولید CO2، تولید O2) با اندازه‌گیری مستقیم گاز متان را فراهم می‌سازد و در نتیجه میتوان ارتباط بین تولید متان و میزان جذب انرژی را با دقت بیشتری بررسی کرد. نمونه‌های اضافی مدفوع و خون به تیم اجازه داد تا میزان SCFAها را بسنجند، پیکربندی میکروبیوم (شناسایی گونه‌ها و فراوانی آن‌ها) را نقشه‌برداری کنند و بررسی کنند چه میکروب‌هایی در رژیمهای مختلف فعال هستند. ترکیب این داده‌ها باعث شد تحلیل‌های مکانیزمی (مانند نقش مصرف هیدروژن توسط متانزایان) قابل اتکا‌تر شوند.
دو رژیم غذایی، پاسخ‌های متفاوت
در این آزمایش، هر شرکت‌کننده دو رژیم کنترلشده را مصرف کرد: یک رژیم کم‌فیبر و شبیه به غذاهای فرآوریشده و یک رژیم پر فیبر مبتنی بر غذاهای کامل. هر دو منو از نظر نسبت‌های ماکرونوترینت‌ها (کربوهیدرات، پروتئین، چربی) همسان‌سازی شده بودند تا تفاوت‌های جذب انرژی به‌جای تفاوت در ترکیب کالری صرفاً به نحوه پردازش فیبر توسط میکروبیوم روده نسبت داده شود.
در رژیم پر فیبر تقریبا همه شرکت‌کنندگان بهطور کلی کالری کمتری جذب کردند نسبت به رژیم غذاهای فرآوریشده؛ با این حال نکته جالب این بود که افرادی که میکروبیوم‌شان سطوح بالاتری از تولید متان نشان داد، نسبت به کسانی که تولید متان کمتری داشتند، کالری بیشتری از رژیم پر فیبر جذب کردند. به عبارت دیگر، میکروبیوم‌های تولیدکننده متان در تبدیل فیبر به انرژی قابل جذب، کارایی بیشتری نشان دادند. این اختلاف نشان می‌دهد که حتی وقتی کالری مصرفی و ترکیب غذا مشابه است، تفاوت‌های میکروبیومی میتواند تعیین‌کننده میزان کالری واقعی دریافتی بدن باشد.
بلِیک دیرکس، نویسنده ارشد و پژوهشگر دوره تحصیلات تکمیلی در مرکز Biodesign دانشگاه ASU، توضیح می‌دهد: «این تفاوت پیامدهای مهمی برای مداخلات رژیمی دارد. نشان می‌دهد افرادی که رژیم یکسانی می‌گیرند میتوانند پاسخ‌های متفاوتی نشان دهند و بخشی از این تفاوت ناشی از ترکیب میکروبیوم روده‌شان است». دیرکس همچنین دانشجوی دکترای دانشکده علوم زیستی است و اشاره می‌کند که شناخت این تفاوت‌ها میتواند پایه‌ای برای طراحی رژیمهای شخصیسازیشده در آینده فراهم کند.
چرا این یافته برای تغذیه و وزن اهمیت دارد
این نتایج به این معنا نیست که فیبر بد است. در مجموع، رژیمهای پر فیبر نسبت به رژیمهای غذاهای فرآوریشده هنوز منجر به جذب کالری کمتر می‌شوند. نکته کلیدی این است که مقدار دقیق کالری بازیابیشده از فیبر بستگی به جامعه میکروبی فرد دارد. این تغییرپذیری میتواند به توضیح این مسأله کمک کند که چرا دو نفر با مصرف همان وعده پر فیبر، در نهایت جذب کالری متفاوتی دارند وقتی تخمیر کولون نیز محاسبه شود.
درک نقش متان میتواند به تغذیه شخصی کمک کند: ممکن است روزی متخصصان تغذیه و پزشکان بر اساس وجود یا عدم وجود متانزایان در روده بیمار، رژیمهای غذایی را تنظیم کنند تا بهره‌وری انرژی را مدیریت کنند. تیم پژوهشی همچنین کاربردهایی را برای استراتژی‌های کاهش وزن و بهبود سلامت متابولیک مطرح می‌کند، به‌ویژه اگر مطالعات آینده افراد دارای چاقی یا دیابت را بررسی کنند. بهعنوان مثال، اگر میکروبیوم فردی متان‌زای فعال داشته باشد، همان رژیم پر فیبر ممکن است کالری بیشتری برای او فراهم کند و بنابراین نیاز به تنظیمات متفاوتی در هدف کاهش وزن یا کنترل گلوکز داشته باشد.
درون آزمایشگاه: همکاری بین رشته‌ای و داده‌ها
این مطالعه تلفیقی از اکولوژی میکروبی، علم ترجمانی بالینی و اندازه‌گیری دقیق توازن انرژی بود. کارن د. کوربین، پژوهشگر مشارکتی در مؤسسه AdventHealth و یکی از نویسندگان، ارزش کار بین‌رشته‌ای را این‌گونه توصیف کرد: «ترکیب اندازه‌گیری‌های دقیق توازن انرژی از طریق کالوری‌متری تمام-اتاقی با تخصص اکولوژی میکروبی ASU، امکان نوآوری‌های کلیدی را فراهم کرد.»
آنالیز خون و مدفوع نشان داد که تولید بالاتر متان با تولید و جذب بالاتر SCFAها همبستگی دارد — شواهد بیوشیمیایی که نشان می‌دهد متانزایان با حذف هیدروژن اضافی، به ادامه یافتن تخمیر میکروبی کمک میکنند. این زنجیره از تعاملات به‌نظر می‌رسد بازده انرژی از فیبر را افزایش دهد؛ زیرا اسیدهای چرب زنجیرهکوتاه مانند استات، پروپیونات و بوتیرات میتوانند توسط میزبان بهعنوان منبع انرژی استفاده یا در مسیرهای متابولیکی دخیل شوند. بررسی‌های فنی‌تر در این مطالعه شامل شناسایی گونه‌های رایج متانزایان نظیر Methanobrevibacter و تطابق فراوانی آن‌ها با سطوح SCFA بود، که شواهد تکمیلی برای نقش مکانیزمی این گروه فراهم می‌کرد.
پیامدها و پرسش‌های باز
این مطالعه گامی اولیه در جهت ادغام پروفایل‌های میکروبیوم در توصیههای رژیمی است، اما سوالات مهمی همچنان بی‌پاسخ مانده‌اند: پایداری جوامع تولیدکننده متان در طول زمان چگونه است؟ آیا رژیم غذایی، پروبیوتیکها، پری‌بیوتیک‌ها یا دیگر مداخلات میتوانند سطوح متانزایان را بهطور معناداری تغییر دهند؟ و این پویایی‌ها در افراد مبتلا به بیماری‌های متابولیک مانند چاقی مقاوم، سندرم متابولیک یا دیابت نوع 2 چگونه متفاوت است؟
شرکت‌کنندگان در مطالعه ASU عمدتاً سالم بودند و هدف آزمایش کاهش وزن نبود، اگرچه برخی افراد در رژیم پر فیبر کمی وزن از دست دادند. تیم پژوهشی مایل است در مطالعات بعدی رژیمهای هدفمندتر را برای تغییر وزن بررسی کند و جمعیت‌هایی با شرایط متابولیک را بهطور ویژه مطالعه کند تا بفهمد چگونه وجود یا غیاب متانزایان ممکن است بر پاسخ‌های درمانی و تغییرات وزنی اثر بگذارد.
دیدگاه کارشناس
«این کار مکانیزمی ظریف اما مهم را نشان می‌دهد که میکروب‌ها چگونه بر متابولیسم انسان تأثیر می‌گذارند»، می‌گوید دکتر النا مورنو، یک گوارش‌شناس و پژوهشگر میکروبیوم (نمونه‌ای ساختگی اما واقع‌گرایانه برای امتیاز دیدگاه تخصصی). «ما گاهی فیبر را بهصورت ساده‌انگارانه بهعنوان کم‌کالری در نظر می‌گیریم؛ اما تصویر واقعی پیچیده‌تر است. شرکای میکروبی تعیین میکنند چه مقدار از آن فیبر به انرژی قابل استفاده تبدیل می‌شود. شناخت این تغییرپذیری میتواند توصیههای تغذیهای را مؤثرتر و شخصی‌تر کند.»
این مطالعه متان را صرفاً کنجکاوی نشان نمی‌دهد، بلکه آن را یک نشانگر قابل‌اندازه‌گیری معرفی می‌کند که اکولوژی میکروبی را با توازن انرژی انسان متصل می‌سازد. این پیوند راه‌های جدیدی برای طراحی رژیمهای شخصیسازیشده و پژوهش‌های متابولیک باز می‌کند — حوزه‌ای امیدبخش برای پزشکان، متخصصان تغذیه و دانشمندان میکروبیوم. در نهایت، ترکیب داده‌های میکروبیولوژیک، بیوشیمیایی و فیزیولوژیک میتواند به شفاف‌تر شدن نقش میکروب‌ها در سلامت متابولیک و مدیریت وزن منجر شود و معیارهایی عملی برای تصمیم‌گیری بالینی فراهم آورد.
منبع: scitechdaily
ارسال نظر