رژیمهای غذایی گیاهی از چندین جهت به سلامت کمک میکنند، از جمله مزایایی برای روده، سیستم ایمنی، متابولیسم و سیستم قلبی-عروقی. بخشی از این اثر به دلیل تشویق جمعیت متنوعی از باکتریها در روده است. دانشمندان مدتهاست میدانند که فیبر غذایی به این مزایا کمک میکند زیرا میکروبهای روده به تجزیه آن کمک میکنند. گیاهان همچنین حاوی «فیتوکمیکالهای» رنگی هستند که به محافظت از آنها در برابر تهدیدات محیطی کمک میکنند و ممکن است بر سلامت انسان تأثیر بگذارند. با این حال، محققان هنوز در حال تلاش برای درک دقیق چگونگی پردازش اجزای مختلف غذاهای گیاهی توسط باکتریهای روده و چگونگی ایجاد اثرات مفید توسط این تعاملات هستند.
دو مطالعه به رهبری جنا ابوسلیم از لودویگ پرینستون و جاشوا رابینوویتز، مدیر این مؤسسه، بینش جدیدی در مورد این فرآیند ارائه میدهند. یکی از این مطالعات در شماره فعلی مجله آکادمی ملی علوم منتشر شده است، در حالی که دیگری در ژوئن در نیچر متابولیسم منتشر شد. مطالعه اول نشان داد که فیبر گیاهی و برخی پروتئینهای گیاهی میتوانند متابولیسم میکروبی را به گونهای تغییر دهند که متابولیتهای مفید را افزایش و متابولیتهای مضر را کاهش دهند. مطالعه دوم نشان داد که چندین متابولیت مهم بیولوژیکی که معمولاً به میکروبهای روده نسبت داده میشوند، میتوانند به مقدار قابل توجهی توسط متابولیسم پستانداران نیز تولید شوند.
رابینوویتز گفت: «در رشتههای مختلف پزشکی علاقه فزایندهای به دستکاری میکروبیوم انسانی یا استفاده از محصولات متابولیک آن برای درمان وجود دارد. رژیم غذایی نویدبخش کنترل میکروبیوم و خروجیهای آن است. اما برای طراحی مداخلات درمانی مؤثر، باید بدانیم کدام جنبههای رژیم غذایی کدام خروجیهای میکروبی را کنترل میکنند.»
چگونه غذاهای گیاهی متابولیتهای روده را تغییر میدهند
در مطالعه PNAS، رابینوویتز، ابوسلیم و همکارانشان بررسی کردند که چگونه غذاهای گیاهی بر متابولیتهای فنل تأثیر میگذارند. باکتریهای روده این ترکیبات را هنگام هضم اسیدهای آمینه تیروزین و فنیلآلانین ایجاد میکنند، اما متابولیتهای حاصل میتوانند اثرات بسیار متفاوتی بر سلامت داشته باشند.
فنیلپروپیونات و اسید هیپوریک زمانی تولید میشوند که باکتریها فنیلآلانین را پردازش میکنند و با سلامت روده و وزن سالم بدن مرتبط هستند. در مقابل، سولفات پاراکرزول و سولفات فنل از تیروزین میآیند و با پیامدهای بدتر در بیماران سرطانی و همچنین سمیت سیستمیک در افراد مبتلا به بیماری کلیوی مرتبط بودهاند.
ابوسلیم گفت: «مطالعات ما نشان داد که هم فیبر و هم پروتئینهای غیرقابل هضم گیاهان - که ما آنها را "پروتئینهای تقلیدکننده فیبر" یا Prif مینامیم - تعادل متابولیتهای فنل را از نوع مضر ساخته شده از تیروزین به نوع سالم مشتق شده از فنیلآلانین تغییر میدهند.»
فیبر مدتهاست که به عنوان بخش مهمی از یک رژیم غذایی سالم شناخته شده است، اما پروتئینهای گیاهی غیرقابل هضم توجه بسیار کمتری دریافت کردهاند. ابوسلیم، رابینوویتز و همکارانشان دریافتند که این پروتئینها توسط میکروبهای روده پردازش میشوند و میتوانند هم ترکیب میکروبیوم و هم متابولیسم میزبان را تغییر دهند. این پروتئینها همراه با فیبر گیاهی غیرقابل هضم میتوانند فعالیت متابولیک باکتریهای روده را به گونهای تغییر دهند که تولید فنلهای مفید را افزایش دهد.
وقتی باکتریهای روده به پوشش روده روی میآورند
برای ردیابی منشأ این ترکیبات، محققان پروتئینها را با ایزوتوپهای پایدار (غیر رادیواکتیو) نشانهگذاری کردند و هضم آنها را در روده موش دنبال کردند. آنها دریافتند که فنلهای «بد» زمانی تولید میشوند که باکتریها پروتئینهای میزبان، از جمله پروتئینهای موجود در لایه مخاطی روده را مصرف میکنند. در مقابل، فنلهای خوب تقریباً به طور کامل از پروتئینهای غیرقابل هضم رژیم غذایی (Prif) میآیند.
فیبر تجزیه باکتریایی لایه مخاطی روده را کاهش داد و به نوبه خود تولید فنلهای مضر را کاهش داد. Prif مقدار پروتئین رژیم غذایی را که به میکروبهای روده میرسید افزایش داد و مواد بیشتری برای تولید فنلهای مفید در اختیار آنها قرار داد.
ابوسلیم گفت: «ما فکر میکنیم Prifها نشاندهنده یک کلاس نوظهور از مواد مغذی رژیمی هستند که ترکیب میکروبیوم روده را شکل میدهند و میتوانند تأثیر گستردهای بر سلامت متابولیک داشته باشند.»
رابینوویتز گفت: «ممکن است در نهایت بستهبندی مواد غذایی Prif را درست زیر فیبر فهرست کند.»
بازنگری در منشأ متابولیتهای روده
مطالعه نیچر متابولیسم بر منشأ متابولیتهای فنل و همچنین متابولیتهای ایندول که از اسید آمینه تریپتوفان تولید میشوند، متمرکز بود. مانند فنلها، ایندولها نیز به دلیل ارزش درمانی بالقوهشان در حال بررسی هستند.
متابولیتهای ایندول با طیف گستردهای از بیماریها از جمله بیماری التهابی روده، اختلالات عصبی-تخریبی و سرطان مرتبط بودهاند. در تحقیقات سرطان، مشخص شده است که آنها بر فرآیندهایی از جمله متاستاز سرطان و پاسخهای ایمنی ضد تومور تأثیر میگذارند.
دانشمندان عموماً فرض میکردند که فنلها و ایندولها فقط توسط باکتریهای روده تولید میشوند. ابوسلیم، رابینوویتز و همکارانشان تصمیم گرفتند این فرض را آزمایش کنند. محققان به ویژه به رویکردهای غذایی و پروبیوتیکی که ممکن است متابولیتهای مفید ایندول را افزایش دهند، علاقهمند بودهاند. اما اگر متابولیسم پستانداران، نه میکروبها، مسئول بخش زیادی از آنچه در بدن در گردش است باشد، ممکن است این استراتژیها نیاز به بازنگری داشته باشند.
محققان با استفاده از ردیابی ایزوتوپی در موشها، موشهای صحرایی و سلولهای انسانی دریافتند که متابولیسم پستانداران میتواند بسیاری از متابولیتهای ایندول و فنل را به تنهایی تولید کند. این متابولیتها شامل ترکیبات مهمی مانند ایندول-۳-لاکتات و ایندول-۳-استات بودند.
در موشها، سطح این متابولیتها در گردش حتی پس از درمان آنتیبیوتیکی که میکروبیوم را مختل کرد، بالا باقی ماند. الگوی مشابهی در نمونههای بیمارانی که آنتیبیوتیک مصرف میکردند، از جمله بیماران سرطانی، ظاهر شد. در همان زمان، متابولیتهایی که منحصراً توسط میکروبها ساخته میشوند، از جمله ایندول-۳-پروپیونات و سولفات پاراکرزول، پس از درمان آنتیبیوتیکی کاهش یافتند.
سرنخهای جدید برای رژیم غذایی و درمانهای میکروبیوم
در مجموع، این دو مطالعه تصویر واضحتری از اینکه متابولیتهای فنل و ایندول از کجا میآیند و چگونه تولید میشوند ارائه میدهند. یافتهها میتوانند بر توسعه درمانهایی که برای افزایش یا کاهش متابولیتهای خاص طراحی شدهاند، تأثیر بگذارند.
آنها همچنین جزئیات مهمی به درک دانشمندان از نحوه تعامل رژیم غذایی با میکروبیوم اضافه میکنند. دانستن اینکه کدام غذاها بر محصولات میکروبی خاص تأثیر میگذارند، میتواند در نهایت به محققان در طراحی مداخلات غذایی، پروبیوتیکی یا متابولیک دقیقتر کمک کند.
رابینوویتز گفت: «فراتر از آن، تصویر واضحتر از اینکه چگونه غذاهای مختلف با میکروبیوم تعامل میکنند تا تولید متابولیتهای باکتریایی را تعدیل کنند، به تیزتر شدن راهنماییهایی که متخصصان تغذیه و پزشکان میتوانند به مردم برای پیشگیری و درمان بیماری ارائه دهند، کمک خواهد کرد.»
این مطالعات توسط مؤسسه لودویگ برای تحقیقات سرطان، مؤسسه ملی بهداشت، مؤسسه ملی دیابت و بیماریهای گوارشی و کلیوی، اتحاد پرینستون برای تحقیقات و نوآوری مشترک و دانشگاه پرینستون تأمین مالی شد.
جاشوا رابینوویتز علاوه بر سمت خود به عنوان مدیر شعبه پرینستون مؤسسه لودویگ برای تحقیقات سرطان، استاد گروه شیمی و مؤسسه لوئیس-زیگلر برای ژنومیکس یکپارچه و عضو مؤسسه سرطان راتگرز است.