Indigene Mikroben und Verdauung

Der Begriff „Holobiont“ vereint den Wirtsorganismus und seine einheimischen Mikroben (Indibiom). Die Gesamtheit des genetischen Materials im Wirt-Mikroben-System liefert eine genauere Beschreibung des komplexen Systems und ermöglicht es Ihnen aufgrund der Möglichkeit von Richtungsänderungen in der Mikrobiota, die als Not charakterisierten Zustände zu korrigieren.

Laktoseintoleranz ist eine Reihe von Symptomen, die sich in Beschwerden, Blähungen, losen Stühlen und Durchfall beim Verzehr von Milch oder laktosehaltigen Produkten äußern. Symptome sind mit dem aktiven Wachstum von Bakterien im unteren Darm verbunden, wenn Laktose nicht durch das Enzym (Laktase) unseres Körpers in den oberen Abteilungen verdaut wird.

Die Untersuchung der Auswirkungen der Laktoseintoleranz (NL) führte zu Überlegungen zur Entwicklung der Verdauung, ergab das Vorhandensein von Widersprüchen in der Beschreibung durch Experten und schlug einige Lösungen zur Verbesserung der Gesundheit des Booms vor. In vielerlei Hinsicht ist NL kein gutes Modell für andere Arten von Reaktionen auf Produkte, was uns nicht daran hindert, die plausiblen Hypothesen auf der Grundlage des folgenden Materials über die Wechselwirkung der Gene unseres Körpers und der Gene von Mikroben, die unseren Darm bewohnen, aufzustellen.

Verdauung 101

Der Prozess der Verdauung von Nahrungsmitteln im menschlichen Körper beginnt im Mund mit einem Amylaseenzym, das komplexe Kohlenhydrate (Stärke) zu einfacheren Zuckern abbaut. Pepsin und andere Enzyme bauen Proteine ​​im Magen ab, und Pankreasenzyme bauen Fette im Zwölffingerdarm ab. Proteine, Kohlenhydrate und Nukleinsäuren, im nächsten Abschnitt werden die Dünndarmenzyme von den Darmzellen selbst ausgeschieden und sind für den Abbau der verbleibenden Zucker und Fette verantwortlich. Schließlich sind die Bakterien im Dickdarm am Abbau komplexer Polysaccharide (Ballaststoffe) beteiligt. Es hat sich so entwickelt, dass viele verschiedene Bakterien im Darm verwendet werden, um eine große Anzahl von Bindungsoptionen in Polysacchariden abzubauen. In der Datenbank der Enzyme für die Arbeit mit Polysacchariden ( CaZymes ) sind Bakterien führend, sie haben 12.243 verschiedene Enzyme und Eukaryoten sind nur durch 243 Enzyme vertreten. Die einfache Interpretation lautet: Pflanzen bauen ihre Zellwände auf tausende verschiedene Arten auf, und es ist für einen Makroorganismus überhaupt nicht rentabel, sich selbst zu entwickeln und für jede Pflanze ein neues Gen zu haben. Es ist viel wirtschaftlicher, ein Arsenal von Bakterien zu transportieren, deren Genomkapazität unsere Größenordnungen übersteigt, und darüber hinaus Bakterien können sich schnell teilen und daher genetisches Material horizontal mutieren und austauschen.

Laktoseintoleranz

Säugetiere verlieren aufgrund des Endes des Stillens ihre Fähigkeit, Laktose zu verdauen, wenn sie ein bestimmtes Alter erreichen. Eines der wichtigsten Ereignisse in der Entwicklung der Tiergesellschaft war der Erwerb und die Verbreitung einer genetischen Mutation, die die Verdauung von Laktose im Erwachsenenalter fördert. Die Genetik der Europäer wurde recht gut untersucht, und es wurde gezeigt, dass es in der europäischen Bevölkerung eine charakteristische genetische Mutation gibt, bei deren Vorhandensein das Gen der Laktase, das Enzym, das für die Verdauung von Laktose im Dünndarm verantwortlich ist, auch im Erwachsenenalter exprimiert wird. Nach vorliegenden Daten kann eine Laktoseintoleranz mit der Komorbidität einer Vielzahl von Krankheiten verbunden sein: von Osteoporose mit Kalziummangel bis hin zu entzündlichen Darmerkrankungen (IBD), da davon ausgegangen wird, dass eine systemische Reizung des Darms das Risiko für IBD erhöht.

Darmbakterien sind der Hauptfaktor, der die Symptome verursacht. Es wird angenommen, dass die Zusammensetzung der Mikrobiota mit der Schwere der Manifestation von NL zusammenhängt, oder umgekehrt kann eine bestimmte Zusammensetzung die Wirkungen von Laktose neutralisieren. Vorläufige epidemiologische Studien haben Assoziationen von Bakterienarten mit dem Vorhandensein von Symptomen identifiziert. In dieser Hinsicht erhält das Konzept der Wurzelmikroben (siehe Wurzelmikroben ) neue Bedeutungsfacetten.

Datenanalysefeld

Eine der Veröffentlichungen (siehe Indigene Mikroben der Vagina ) löste eine hitzige Diskussion über die Relevanz solcher Artikel über Habr aus. Ich schlage Kollegen vor, die an Datenanalyse interessiert sind, sich dem Forschungsthema anzuschließen. Es ist interessant, dass das Problem der Laktoseintoleranz systematisch nicht untersucht wurde, da LN keine Krankheit ist und größtenteils gewöhnlichen Ärzten in derselben Kategorie wie Allergien gegen einzelne Produkte gehört.

Es ist möglich, das Problem unter dem Gesichtspunkt der Daten systematisch anzugehen: einen Text der Bergbauliteratur (mehr als 3.000 Artikel) zu erstellen, alle bekannten humangenetischen Polymorphismen im Zusammenhang mit Laktosetoleranz auszuwählen (geschätzte mindestens mehrere Dutzend), eine Datenbank mit Mutationshäufigkeiten in verschiedenen ethnischen Gruppen zusammenzustellen, zu erstellen Mithilfe von Text-Mining-Ansätzen wird eine Karte des Wissensbereichs erstellt, in dem Krankheiten, Genotypen, Methoden zum Testen von NL, mikrobielle Taxa und Symptome in Beziehung gesetzt werden. Eine Analyse der Genome von Darmbakterien und metagenomische Daten kann durchgeführt werden, um eine Orthologie von Beta-Galactosidasen und deren Auftreten in Darmbakterien zu erstellen.

Nahrungsmittelallergien und Unverträglichkeiten

Die geschätzte wirtschaftliche Belastung durch Nahrungsmittelallergien und -unverträglichkeiten in den USA beträgt 25 Milliarden US-Dollar pro Jahr ( Link ), und dies gilt nur für Kinder unter 16 Jahren. Es ist notwendig, zwischen Allergien und Unverträglichkeiten zu unterscheiden. Eine Allergie impliziert, dass die Lebensmittelkomponente zu einem Antigen wird. Mit zunehmender Dosis oder Häufigkeit der Exposition gegenüber einem Allergen kann die sich entwickelnde Reaktion des Immunsystems tödlich sein. Die häufigsten Allergene sind Nüsse und Meeresfrüchte. Eine Nahrungsmittelunverträglichkeit äußert sich in Abwesenheit einer signifikanten Reaktion des Immunsystems. Aufgrund einer unvollständigen oder falschen Verdauung verursachen die Bestandteile der Produkte jedoch Symptome wie Übelkeit, Durchfall und Gasbildung. Es wird angenommen, dass eine Unverträglichkeit einzelner Komponenten viel häufiger und dosisabhängiger ist: Bis zu einer bestimmten Menge kann der Körper die Nahrungskomponente aufnehmen, und Symptome treten oberhalb einer bestimmten Schwelle auf. Das häufigste Beispiel für Nahrungsmittelunverträglichkeiten ist die Laktoseintoleranz (NL).

Bei einem Erwachsenen, der gut Milch aufnimmt, befindet sich das Enzym, das für die Verdauung von Laktose (Laktase) verantwortlich ist, in den Zotten der Enterozyten des Dünndarms. Im Fall von NL wird das Enzym nur in seltenen Enterozyten innerhalb derselben Zotten nachgewiesen. Die Möglichkeit der Laktoseverdauung wird hauptsächlich durch das Ausmaß der Genexpression bestimmt, was bedeutet, dass es genetisch bestimmt wird.

Genetik der Laktoseintoleranz

Die Häufigkeit der NL und das Alter ihrer Manifestation hängen von der ethnischen Gruppe ab (Heyman, 2006; Swallow, 2003). Bei den Spaniern liegt die Häufigkeit bei bis zu 8%, bei den Aschkenasier bei 60-80%, bei den Asiaten und amerikanischen Ureinwohnern bei bis zu 100%. Die gegenteilige Situation hat sich bei den nordeuropäischen ethnischen Gruppen entwickelt (Johnson, 1981), wo NL in 2% gefunden wird. In den meisten Studien wurde festgestellt, dass der gleiche Polymorphismus für die Aufrechterhaltung eines hohen Laktase-Spiegels verantwortlich ist (C / T-13910). Dieser Polymorphismus, der sich bei 13,9 Tausend Basenpaaren stromaufwärts des Laktasegens im Genom befindet, erklärt die meisten Fälle von Laktosetoleranz in der europäischen Bevölkerung (Enattah et al., 2007). Gegenwärtig sind mindestens 8 einzigartige Nukleotidpolymorphismen, die für die eine oder andere Rasse charakteristisch sind, mit einer Laktoseintoleranz verbunden (Torniainen et al., 2009).

Trotz der Tatsache, dass die Symptome selbst verschwinden, wenn Sie sich weigern, Milch zu konsumieren, ist die American Society of Gastroenterologists der Ansicht, dass die erhaltenen Komorbiditätsindikatoren die Bedeutung der Forschung zum Thema NL anzeigen.

Es gibt Hinweise auf einen Zusammenhang zwischen NL und Krankheiten, insbesondere Osteoporose, Depression, Bauchschmerzen, Reizdarmsyndrom und Fructose-Intoleranz (Schiffner et al., 2016).

Bestimmung der Laktoseintoleranz

Klinische Methoden zur Bestimmung der Laktoseintoleranz umfassen die folgenden Methoden:

1. Laktoseintoleranztest. Der Blutzucker wird zwei Stunden nach dem Trinken eines Getränks mit Laktose gemessen. Wenn der Glukosespiegel nicht angestiegen ist, wird Laktose nicht verdaut.
2. Wasserstoff-Atemtest. Nach dem Trinken eines Getränks mit Laktose wird die Wasserstoffkonzentration in der Ausatemluft gemessen. Im Falle einer Intoleranz werden die Werte erhöht, weil Laktose wird im Dickdarm zu Wasserstoff metabolisiert, der dann über die Atmung ausgeschieden wird.
3. 13C-Test - Ein Test für die Konzentration von modifiziertem Kohlenstoff, der nach dem Trinken eines Getränks mit 13C-markierter Laktose durchgeführt wird. Wenn es im Dünndarm verdaut wird, kann 13C-markierte Glucose im Blut nachgewiesen werden.
4. Kot-Säuretest. Für Kinder, die die oben genannten Tests aufgrund eines sehr jungen Alters nicht bestehen können, wird ein Kot-Säuretest verwendet. Die Fermentation von Laktose im Dickdarm führt zur Ansäuerung von Kot (aufgrund von Milchsäure).

Die Rolle der Mikrobiota

Die Rolle von Mikrobiota bei der Entwicklung und Schwere der Symptome ist nicht vollständig verstanden. Es wird angenommen, dass unverdaute Laktose vom Dünndarm in den Dickdarm gelangt und von der Darmmikrobiota fermentiert wird. Während des Fermentationsprozesses werden kurzkettige Fettsäuren, Wasserstoff, Methan und Kohlendioxid gebildet, wodurch der Darmdruck und die Darmtransitzeit erhöht werden. Die Ansäuerung des Dickdarminhalts und eine Erhöhung der osmotischen Belastung führen zu einer Erhöhung der Sekretion von Elektrolyten und Flüssigkeit, was zu losen Stühlen und Durchfall führt.
Es gibt Studien, die einen Anstieg der Zytotoxizität von Fäkalienwasser bei Personen mit NL zeigen (Windey et al., 2015). Campbells Gruppe in Großbritannien entwickelt eine Theorie spezifischer bakterieller Toxine (Campbell et al., 2010), die darauf hinweist, dass eine bestimmte Mikroflorazusammensetzung beim Eintritt einer hochenergetischen Ressource wie Laktose zur Produktion von niedermolekularen oder hochmolekularen bakteriellen Toxinen führt, die Symptome verursachen .
Die ersten epidemiologischen Studien zeigten (Kurilshikov et al 2016) einen Zusammenhang zwischen genetischem Polymorphismus, Mikrobiota-Zusammensetzung und Symptomen. Im Allgemeinen wurde das Problem des Einflusses der Zusammensetzung von Mikrobiota als Faktor bei der Manifestation von NL-Symptomen jedoch nicht untersucht.

Sauermilchprodukte

Eine interessante Möglichkeit, einheimische Mikroben zu beeinflussen, besteht darin, die Fähigkeit von Menschen mit NL zu erklären, Milchprodukte zu verdauen. Die meisten fermentierten Milchprodukte (Kefir, Joghurt) unterscheiden sich nicht wesentlich von Laktose in Milch, aber ihre Verwendung selbst in Gegenwart von NL führt nicht zu Symptomen.

Wichtiger Hinweis.
Da das Thema in Lehrbüchern nicht behandelt wird, geben Kollegen häufig unbegründete Aussagen ohne Beweise ab und glauben, dass Sie nur durch das Fehlen von Laktose Kefir trinken können.
Zum Beispiel wird in der Zeitschrift „Chemistry and Life“ www.hij.ru/read/articles/all/5394 angegeben, dass Kefir keine Laktose enthält. Darüber hinaus trollt die angesehene Zeitschrift auch nach Malyshev (wir haben bereits eine gemeinsame Vergangenheit mit ihr auf Habr ( Link )).
Wenn man eine Frage an „Dr. Google“ stellt, kann man im Prinzip auf verschiedene Interpretationen stoßen. Die meisten Kollegen glauben anscheinend, dass Kefir keine Laktose enthält, da Kefir keine Reaktion hervorruft.
Eigentlich gibt es.
Originalartikel mit Maß (Milch 5 g Laktose, Kefir 3,7 g) ( Link )
Die meisten Arbeiten zitieren Renner und Renz-Schaven, 1986 oder Hallé et al., 1994, wo 100 g Kefir 4 g Lactose.
Schlussfolgerung : Kefir enthält genügend Laktose.

Ehrlich gesagt war ich selbst überrascht, dass das fermentierte Milchprodukt so viel Laktose enthält. Umso interessanter war es, die Details herauszufinden. Die Arbeit (de Verse et al., 2001) enthüllt einen Mechanismus, nach dem die in fermentierten Milchprodukten enthaltene mikrobielle Beta-Galactosidase die Verdauung im Magen verhindert, da sie sich in der Zellmembran von Bakterien befindet und beim Eintritt in den oberen Darm Laktose hydrolysiert.

Noch einmal. Mikroben aus fermentierten Lebensmitteln geben uns ihre Enzyme und bringen sie in den oberen Darm ihres Körpers. Im Dünndarm helfen uns bakterielle Enzyme, Laktose zu verdauen, und sie gelangt nicht in den Dickdarm. Daher gibt es keine Symptome von NL.

Argumentation

Die gleiche Überlegung gilt für viele fermentierte Produkte, für die die Fermentationsbedingungen während der Entwicklung der Menschheit ausgewählt wurden. Am häufigsten können pflanzliche Lebensmittel durch Indibiom fermentiert werden, das direkt auf den Blättern lebt, wie z. B. Sauerkraut. Die Fermentation ist eine externe (in Bezug auf den Menschen) Verdauung, und mehr fermentierte Lebensmittel enthalten eine Mischung von Enzymen für die beste Aufnahme von Lebensmitteln in unserem Darm.

Eine weitere Beobachtung: Bakterien sind ein Faktor, der die Nahrungsmittelunverträglichkeit sowohl positiv als auch negativ beeinflussen kann. Und anscheinend gibt es eine optimale Kombination aus Darmmikrobiom und Produktmikrobiom, bei der keine negativen Reaktionen auftreten.

Fazit

Das oben beschriebene Problem wird größtenteils nicht ausreichend berücksichtigt, da NL offiziell nicht als Krankheit angesehen wird und die Daten zu wirtschaftlicher Belastung, Komorbidität und Krankheitsstatistik recht fragmentiert sind. Während viele Probleme heute von nationalen oder internationalen Gesellschaften oder Konsortien angesprochen werden, wird das Problem der Laktoseintoleranz nicht angesprochen. Eine verwandte Tatsache ist die Dissoziation von Forschern und Forschung: Es werden verschiedene Bewertungstechnologien oder NL-Bewertungsprotokolle verwendet, einzelne Polymorphismen werden berücksichtigt, es gibt keinen standardisierten validierten Fragebogen und keine Koordination in Richtung epidemiologischer Studien.

Warum ist das wichtig?

Die Fähigkeit, Milch für Lebensmittel zu verwenden, wird als starker evolutionärer Impuls für die Entwicklung der Menschheit angesehen. Das Auftreten einer Mutation, die die Verdauung von Laktose nach Berechnungen ermöglicht (Bersaglieri, T. et al. 2004), erhöhte die Anzahl gesunder Nachkommen durch ihre Besitzer. Bisher liegen keine Daten vor, aber es ist offensichtlich, dass sich der mikrobielle Teil des Holobionten auch zusammen mit der menschlichen Verdauung entwickelt hat, was möglicherweise auch den Mangel an Laktase bei Personen mit NL kompensiert. Die Entschlüsselung der Mechanismen der mikrobiellen Anpassung im Fall von NL würde es uns ermöglichen, mit der Untersuchung von Koevolutionsprozessen fortzufahren.

Daten zur Komorbidität zeigen auch die Bedeutung von LD für die Pathogenese multifaktorieller Erkrankungen. Hier würde eine mikrobielle Kompensation und eine ordnungsgemäße Überwachung der Intoleranz zu direkten wirtschaftlichen Konsequenzen führen - einer Zunahme der Zahl der arbeitsfähigen Menschen.

Eine Studie über fermentierte Lebensmittel ermöglicht möglicherweise die Korrektur von Mikrobiota ohne den Einsatz von Medikamenten oder Lebensmittelzusatzstoffen. Die Arbeit mit Lebensmittelunverträglichkeiten mit fermentierten Produkten liegt zweifellos nicht nur im Interesse des Gesundheitswesens, sondern auch der Pharma- und Lebensmittelunternehmen.

Laktoseintoleranz ist ein gutes Modell für die Untersuchung und Lösung von Nahrungsmittelunverträglichkeitsproblemen im Allgemeinen. Obwohl sich die Mechanismen bei anderen Unverträglichkeiten unterscheiden können, kann der Ansatz zur Untersuchung des Problems auf andere Probleme ausgedehnt werden: Erkennung genetischer Abhängigkeiten, Bestimmung der Mechanismen zur Regulierung der Enzymaktivität, Suche nach Beziehungen zur Darmmikrobiota und Korrektur der Mikrobiota, um die negativen Auswirkungen der Intoleranz zu verringern.