Acetylovaná celulóza: nové prebiotikum proti priberaniu prostredníctvom mikrobioty

Vedci z RIKEN v spolupráci so skupinami z Tokijskej univerzity a Kjótskej univerzity pod vedením Dr. Tadashiho Takeuchiho publikovali v časopise Cell Metabolism prvé komplexné hodnotenie acetylovanej celulózy (AceCel) ako prebiotika, ktoré môže významne obmedziť priberanie na váhe u myší prostredníctvom modulácie črevnej mikrobioty a metabolizmu živín.

Prečo AceCel?

Tradičné prebiotiká (inulín, oligofruktóza) vyživujú široké spektrum baktérií, ale nie selektívne. AceCel je celulóza, na ktorú sú acetylové substituenty kovalentne viazané na 1/3 hydroxylových skupín, čím vytvárajú substrát iba pre špecifické hermeneutické baktérie, najmä Bacteroides thetaiotaomicron, schopné štiepiť acetylované väzby.

Experimentálny dizajn

1. Zloženie stravy: Myšiam na 60 % tukovej strave (model DIO) bol podávaný buď 5 % AceCel, ekvimolárne nespracované celulózové plnivo, alebo žiadne prísady.
2. Monitorovanie hmotnosti a metabolizmu: telesná hmotnosť, stravovacie návyky, OGTT a merania inzulínovej rezistencie boli monitorované počas 8 týždňov.
3. Mikrobiota: Sekvenovanie 16S rRNA stolice v 2, 4 a 8 týždňoch.
4. Mechanizmus: Gnotobiotické myši zbavené mikrobioty boli následne kolonizované B. thetaiotaomicron s AceCelom a bez neho.
5. Metabolomika a transkriptomika pečene a čriev: meranie mastných kyselín s krátkym reťazcom (SCFA), acetátu a transkriptov kľúčových génov zapojených do metabolizmu sacharidov a lipidov.

Kľúčové výsledky

• Obmedzenie priberania na váhe: Počas 8 týždňov myši užívajúce AceCel pribrali iba 8 % svojej telesnej hmotnosti v porovnaní s 30 % u kontrolnej skupiny a 28 % u bežnej celulózy.
• Zlepšenie glykemického profilu: AUC sa znížila o 25 % (p < 0,01), HOMA-IR klesol o 30 % (p < 0,05).
• Mikrobiota:
  • AceCel indukoval 10-násobný nárast B. thetaiotaomicron do 4. týždňa a inhiboval rast Firmicutes.
  • Gnotobiotické experimenty potvrdili, že bez B. thetaiotaomicron sa účinok AceCelu stráca, čo zdôrazňuje kľúčovú úlohu tohto druhu.

• SCFA a acetátový anión:

  • Hladiny acetátu v stolici sa zvýšili o 40 % (p < 0,01), ale systémové koncentrácie sa znížili, čo naznačuje zvýšené bakteriálne vychytávanie.

• Metabolizmus v pečeni:

  • Transkriptomické vyšetrenia ukázali pokles expresie Gck a Pklr (glykolytických enzýmov) a zvýšenie Cpt1a a Ppara (β-oxidácia tukov).
  • Profil lipidov v pečeni sa vyznačoval 35 % poklesom triglyceridov (p < 0,05).

„AceCel demonštruje nový spôsob, ako nielen kŕmiť mikrobiotu, ale aj ju prinútiť „ukradnúť“ sacharidy od hostiteľa a tým presmerovať energetickú bilanciu,“ komentuje Dr. Takeuchi.

Bezpečnosť a perspektívy

• Experimentálne údaje neodhalili zápalovú reakciu v čreve ani v pečeni a nezmenili parametre orgánových funkcií (ALT, AST).
• Ďalšie kroky: klinické štúdie na ľuďoch na posúdenie znášanlivosti, účinkov na mikrobiotu a metabolizmus sacharidov.
• Optimalizácia prípravy: úroveň acetylácie, veľkosť frakcie a kombinácia s probiotikami ( konzumácia B. thetaiotaomicron?) sú predmetom ďalšieho skúmania.

V článku autori uvádzajú niekoľko kľúčových postrehov:

• Selektivita mechanizmu
  „AceCel vykazuje jedinečný prebiotický účinok: namiesto kŕmenia širokej skupiny mikróbov vyberá špecifický kmeň Bacteroides thetaiotaomicron, čím presmeruje sacharidy z hostiteľa na mikrobiálny metabolizmus,“ poznamenáva Dr. Tadashi Takeuchi, hlavný autor štúdie.

• Úloha mikrobioty ako „konkurenta“
  „Naše gnotobiotické experimenty jasne ukázali, že bez B. thetaiotaomicron AceCel nefunguje. To zdôrazňuje, že prebiotiká môžu pôsobiť tak, že zvyšujú konkurenciu o živiny v čreve,“ vysvetľuje spoluautor Dr. Ikeda.

• Potenciál pre ľudí
  „Hoci u myší pozorujeme silný účinok, je dôležité otestovať znášanlivosť a metabolickú dynamiku AceCelu u ľudí,“ hovorí Dr. Sato. „Ďalšie klinické skúšky by mali zahŕňať hĺbkovú analýzu mikrobioty a metabolomiky pacientov.“

• Bezpečnosť
  „V našich predklinických modeloch sa nepreukázali žiadne dôkazy o zápale alebo poškodení tkaniva v črevách alebo pečeni, čo poskytuje odôvodnenie pre pokračovanie v štúdiách na ľuďoch,“ dodáva Dr. Nakamoto.

Tieto komentáre zdôrazňujú, že AceCel je sľubné prebiotikum novej generácie, ale jeho klinické využitie si vyžaduje starostlivé vyhodnotenie bezpečnosti a mechanizmov účinku u ľudí.

AceCel pripravuje cestu pre novú generáciu prebiotík, ktoré pôsobia nielen stimuláciou prospešných baktérií, ale aj kompetitívnym zachytávaním živín, čím otvárajú možnosti presnej mikrobiálnej a nutričnej terapie obezity a metabolického syndrómu.