هر بار که چیزی می‌خورید، تریلیون‌ها میکروب در روده‌ی شما وارد عمل می‌شوند و بقایای مواد غذایی‌ای را که بدن شما نمی‌تواند هضم کند، تخمیر می‌کنند. در عوض، آن‌ها مولکول‌های کوچکی تولید می‌کنند ـ اسیدهای چرب زنجیره کوتاه (SCFAs) ـ که وارد جریان خون شده، به آرامی بر سیستم ایمنی، اشتها و حتی خلق‌وخوی شما تأثیر می‌گذارند.
تا به امروز، هیچ‌کس دقیقاً محاسبه نکرده بود که چه میزان از این تولیدات میکروبی به بدن می‌رسد ـ اما مطالعه‌ای جدید به رهبری مارکوس آرنولدینی در ETH زوریخ، دقیق‌ترین اندازه‌گیری در این زمینه را ارائه داده است.
تبادل پنهان در روده
«یافته‌های ما تصویری دقیق از شدت تبادل مواد بین میکروبیوم روده و میزبان ارائه می‌دهند.»
ـ مارکوس آرنولدینی
محاسبه بار مولکولی پنهان روده
پژوهشگران ETH زوریخ و دانشگاه استنفورد برای محاسبه این جریان مولکولی از محاسبات ساده بر اساس رژیم غذایی و خروجی مدفوع استفاده کردند. آن‌ها با متعادل‌سازی تعداد باکتری‌هایی که روزانه دفع می‌شوند با تعداد باکتری‌هایی که باید جایگزین شوند، بودجه کربن لازم برای حفظ این اکوسیستم را محاسبه کردند.
سپس آزمایش‌های آزمایشگاهی مشخص کردند که هر گرم از توده میکروبی باید چه مقدار محصولات تخمیری تولید کند تا جرم از دست‌رفته را جبران کند.
بر اساس این محاسبات، یک فرد بزرگسال که از رژیم غذایی غربی معمول پیروی می‌کند، روزانه حدود ۴۲ گرم (۱.۵ اونس) از این اسیدها را جذب می‌کند؛ عددی بسیار بیشتر از برآوردهای پیشین.
تفاوت چشمگیر با تخمین‌های قبلی
پیش‌تر، این مقادیر از طریق آزمایش‌های غیرمستقیم مانند تست نفس یا آزمایش خون تخمین زده می‌شدند، که بسیاری از اسیدهایی را که توسط کبد به سرعت متابولیزه می‌شوند، در نظر نمی‌گرفتند. این یافته جدید نشان می‌دهد که شیمی روده یک جریان قطره‌ای نیست، بلکه جریانی پیوسته و مهم است.
فیبر، قهرمان پنهان
فیبر و تأثیر آن بر میکروبیوم روده
فیبر، مهم‌ترین عامل در تنظیم این جریان شناخته شد. زمانی که پژوهشگران داده‌های مربوط به مردم هَدزا در تانزانیا ـ که از رژیم غذایی حاوی غده‌ها و توت‌های غنی از نشاسته مقاوم استفاده می‌کنند ـ را وارد مدل کردند، میزان تولید اسیدها دو برابر شد.
در چنین شرایط نیاکانی، محصولات تخمیری می‌توانند تا ۱۰ درصد از نیاز انرژی روزانه را تأمین کنند؛ یک منبع ارزشمند در محیط‌هایی با کمبود غذا.
در مقابل، مردم غربی تنها ۲ تا ۵ درصد از کالری خود را از همین مسیر دریافت می‌کنند، زیرا غلات تصفیه‌شده و قندهای ساده کار چندانی برای میکروب‌ها باقی نمی‌گذارند.
بازنگری در مدل‌های تعادل انرژی
این یافته، تحقیقات قبلی را تأیید می‌کند که نشان می‌دهند شکارچیان و کشاورزان سنتی، جوامع میکروبی غنی‌تری دارند که برای هضم فیبر بهینه‌سازی شده‌اند. همچنین نشان می‌دهد که مدل‌های فعلی تعادل انرژی باید تغییرات در کارایی میکروبی هنگام تغییر رژیم غذایی را در نظر بگیرند.
اسیدهای میکروبی به‌عنوان پیام‌رسان
نقش سیگنال‌دهی SCFAها
این اسیدها فقط منابع انرژی نیستند، بلکه نقش پیام‌رسان نیز دارند. آن‌ها به گیرنده‌هایی در سلول‌های ایمنی، بافت چربی و سیستم عصبی متصل می‌شوند.
در آزمایش‌های حیوانی، بوتیرات باعث بهبود ترمیم دیواره روده و پروپیونات باعث تعدیل گلوکونئوژنز در کبد شده است.
در مطالعات انسانی نیز ارتباط بین سطح بالای استات در گردش خون با حساسیت بهتر به انسولین مشاهده شده است. اکنون، با در دست داشتن اطلاعات دقیق از میزان جذب روزانه، پزشکان می‌توانند مصرف را با تغییرات بیومارکری هم‌راستا کنند.
کاربرد در تغذیه و داروسازی
این داده‌ها برای متخصصان تغذیه جهت طراحی رژیم‌های فیبردار و برای داروسازان جهت آزمودن آنالوگ‌های مصنوعی مفید هستند. همچنین، این یافته‌ها چالش جدی برای رویکردهای فعلی محسوب می‌شود که تنها بر اندازه‌گیری اسیدهای خروجی از مدفوع تمرکز دارند؛ چراکه بیشتر این اسیدها قبل از دفع جذب شده‌اند.
تأثیر احتمالی بر خلق‌وخو
سیستم ایمنی و آرامش
اسیدهای زنجیره کوتاه سیستم ایمنی را به حفظ آرامش تشویق می‌کنند. در موش‌هایی که مستعد ابتلا به کولیت هستند، SCFAها رشد سلول‌های T تنظیم‌کننده را تقویت کرده‌اند و التهاب روده را کاهش داده‌اند.
کاربردهای درمانی در بیماری‌های التهابی روده
پژوهشگران بالینی در حال آزمایش رژیم‌های پرفیبر یا مکمل‌های بوتیرات کپسولی به‌عنوان درمان کمکی برای بیماری‌های التهابی روده هستند. اگر چارچوب ارائه‌شده توسط آرنولدینی در بیماران نیز معتبر باشد، دوزها می‌توانند شخصی‌سازی شوند.
اثر بر مغز
عصب‌شناسان نیز علاقه‌مند شده‌اند، چراکه پروپیونات می‌تواند از سد خونی–مغزی عبور کند و مسیرهای دوپامین مرتبط با انگیزه را تنظیم کند.
در آزمایش‌های کوچک، پس از مصرف مکمل‌های فیبری، بهبود در تنظیم هیجانی گزارش شده است ـ گرچه رابطه علت و معلولی هنوز در دست بررسی است.
از پروبیوتیک تا رژیم دقیق
تغذیه بهتر، نه صرفاً باکتری‌های جدید
از آنجا که ترکیب میکروبی نقشی کمتر از رژیم غذایی در تولید کل اسیدها دارد، جایگزینی پروبیوتیک‌ها به تنهایی کافی نیست. بلکه باید به میکروب‌های موجود غذا داده شود: کربوهیدرات‌های پیچیده‌ای که قابلیت تخمیر داشته باشند.
کاربرد در سرطان‌شناسی
زیست‌شناسان سرطان نیز به این اسیدها توجه دارند. بوتیرات تأثیرات ضدتکثیری بر سلول‌های اپیتلیال روده بزرگ دارد و این ویژگی، امیدها را برای استراتژی‌های پیشگیری افزایش داده است.
اکنون یک چارچوب عددی در دست است تا بررسی شود که آیا رسیدن به آستانه‌ای خاص ـ مثلاً ۲۰ گرم فیبر قابل تخمیر در روز ـ می‌تواند غلظت‌های محافظتی در روده بزرگ ایجاد کند یا نه.
دقت، رمز موفقیت در دیابت
در بیماری دیابت، مقدار دقیق اهمیت دارد: کمبود پروپیونات می‌تواند به کنترل ضعیف قند منجر شود، در حالی که زیاد بودن استات ممکن است به انباشت چربی منجر شود. بنابراین، منحنی‌های دوز–پاسخ به داده‌های واقعی نیاز دارند، که این مطالعه آن‌ها را فراهم کرده است.
آزمایش‌های آینده و پیامدهای عمومی
ترکیب بودجه کربن و تحلیل‌های متابولیکی
در آینده، پروژه‌هایی با استفاده از الیاف برچسب‌دار ایزوتوپی سعی خواهند کرد دقیقاً ردیابی کنند که آیا صبحانه با جو دوسر و سالاد شبانه، هر یک پالس جداگانه‌ای از اسید تولید می‌کنند یا یک جریان مداوم ایجاد می‌شود.
«کمی‌سازی دقیق این سیگنال‌های مولکولی، پایه‌ای مهم برای پژوهش‌های آتی فراهم می‌کند.»
ـ مارکوس آرنولدینی
آزمون بیماران مبتلا به بیماری‌های خاص
پژوهشگران قصد دارند بیماران مبتلا به کولیت اولسراتیو، سرطان روده بزرگ و چاقی را نیز بررسی کنند تا ببینند آیا بیماری، برداشت روزانه را افزایش یا کاهش می‌دهد.
آینده تغذیه بر اساس عدد و داده
برخی شرکت‌ها قبلاً فیبرهای «هوشمند» طراحی کرده‌اند که وعده آزادسازی بوتیرات هدفمند در روده بزرگ راست را می‌دهند. حالا که داده‌های عددی در دست داریم، نهادهای قانون‌گذار می‌توانند شواهد واقعی برای تطابق دوز ادعایی با واقعیات فیزیولوژیک را مطالبه کنند.
در آینده، توصیه‌های بهداشتی عمومی ممکن است مقدار فیبر توصیه‌شده را نه به‌صورت وزنی، بلکه براساس مقدار اسید زنجیره‌کوتاه تولیدشده بیان کنند ـ مشابه توصیه‌های ویتامینی که به خروجی عملکردی مرتبط می‌شوند.
چنین تغییری، میکروبیوم را از یک جعبه سیاه به شریکی قابل اندازه‌گیری در علم تغذیه تبدیل خواهد کرد.
این مطالعه در مجله Cell منتشر شده است.
