Microbiologie in hapklare porties
De omzetting van xylitol in de dikke darm van de mens.
Door het populaire concept ‘zero sugar’ in de voedselindustrie, zijn onderzoek naar- en toepassing van suikervervangers een lange tijd aantrekkelijk voor R&D. Xylitol is een van die suikervervangers, dat van nature voorkomt in groenten, fruit en zemelen, maar in kleine hoeveelheden.
Wanneer xylitol terecht komt in het menselijke spijsverteringsstelsel, kan alleen een kleine hoeveelheid opgenomen worden door de dunne darm. Hierdoor komt meer dan de helft van de geconsumeerde xylitol terecht in de dikke darm. Echter is er onvoldoende studie gedaan naar de effecten van xylitol op de gezondheid van de dikke darm.
Om erachter te komen wat deze (tot dusver) onbekende effecten van xylitol zijn, voerden Xiang et al., muizen met verschillende concentraties (2% en 5%) xylitol in hun eten voor 3 maanden. De onderzoekers hielden natuurlijk wel rekening met het feit dat het microbioom van een muis anders is dan die van een mens. Sommige onderzoekers waren voor het idee om een humaan microbiota transplanteren in gnotobiotische muizen voor gebruik, helaas zijn deze muizen zeer prijzig (bekijk ons artikel over HMA models om er meer over te leren).
In plaats daarvan maakte de onderzoeksgroep gebruik van een kosten-reducerende techniek – het in vitro colon simulatie systeem (CDMN) – om het effect van xylitol op de humane darmmicrobiota te onderzoeken. CDMN is een fermentatie systeem dat bestaat uit 3 bioreactoren, die de verschillende delen van de menselijke darm vertegenwoordigen, met een gecontroleerde pH. Fecale microbiota waren gebruikt als inoculum om een humane darmmicrobiota compositie te simuleren. Door het tekort aan gastheerfactoren in het CDMN, kan deze techniek niet gebruikt worden voor gastheer-microbiota onderzoek. Gelukkig is deze techniek zeer geschikt voor de studie van microbiële voedselvertering in de darm, aangezien 88% van de darmmicrobiota vertegenwoordigd zijn in de CDMN microbiota.
Opvallend genoeg stelden de onderzoekers vast dat xylitol niet in de muis als de in vitro experimenten significante veranderingen veroorzaakte in darmmicrobiota-compositie. Vervolgens meten ze de hoeveelheid ‘short chain fatty acids’ (SCFA’s), zoals acetaat, propionaat en butyraat. Deze moleculen hebben een positief effect op de gastheer door hun pathogeen inhiberende, anti-inflammatoire en anti-oncogene eigenschappen. De onderzoekers ontdekten dat de hoeveelheid SCFA’s in beide omstandigheden toenam, vooral nam propionaat in de darmlumen van de muis en het CDMN. Propionaat wordt vooral gemetaboliseerd in de lever en remt na absorptie de cholesterolsynthese. Daarnaast is ook aangetoond dat propionaat het micro-ecosysteem in de darmen in balans brengt. Andere onderzoeken laten echter zien dat muizen met te veel propionaat consumptie de neiging hebben om nerveus of angstig gedrag te tonen.
Om te achterhalen welke enzymen en bacteriën verantwoordelijk zijn voor de afbraak van xylitol, analyseerden de onderzoekers het meta-transcriptoom. De darmmicrobiota codeert voor een complex polysacharide-afbreek-gen, dat veel groter is dan zijn menselijke tegenhanger. Op moleculair niveau ontdekten ze dat xylitol dehydrogenase, xylulokinase en xylulose fosfaat isomerase, een rol spelen in het xylitol-metabolisme. De enzymen waren aanwezig in bacteriën van de Bacteriodes en Lachnospriaceae families. Xylitol wordt achtereenvolgens omgezet in D-xylulose, D-xylulose-5-fosfaat en D-ribulose-5-fosfaat. Daarom worden de Bacteriodes en de Lachnospiraceae beschouwd als de belangrijkste bacteriën bij de vertering van xylitol.
Cross-feeding is een relatie waarin een organisme de metabolieten consumeert die uitgescheiden zijn door een ander. Dit kan er voor zorgen dat bepaalde bacteriën samen gaan werken om metabolieten af te breken of te produceren. De resultaten van de enzymverdeling in de menselijke darm betrokken bij vertering van xylitol, toonden aan dat er mogelijks cross-feeding optreedt tijdens het verteringsproces. Om dit te bevestigen, testten ze de vijf vertegenwoordigende darmbacterie soorten. Xylitol-gemedieerde cross-feeding werd waargenomen tussen Lactobacillus reuteri, Bacteroides fragilis en Escherichia coli.
Dit onderzoek verkent als eerste de rol van de darmmicrobiota bij de afbraak van xylitol in de menselijke dikke darm. Bovendien kan het beschouwd worden als een referentie voor toekomstige onderzoeken naar xylitol, de mechanismen van prebiotica en de modulatie van de darmmicrobiota.
Link to the original post:
Featured image: (Image created by author)
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 