Ny terapeutisk mad øger vigtige vækstfremmende tarmmikrober hos underernærede børn

En ny type terapeutisk mad, specielt designet til at reparere tarmmikrobiomer hos underernærede børn, er bedre end standardterapi i et indledende klinisk forsøg udført i Bangladesh.

Et tværfagligt team af efterforskere fra Washington University School of Medicine i St. Louis og International Center for Diarrheal Disease Research i Dhaka, Bangladesh, har taget en ny tilgang til håndtering af det presserende globale sundhedsproblem med underernæring i barndommen. Deres tilgang fokuserer på selektivt at øge vigtige vækstfremmende tarmmikrober ved hjælp af ingredienser, der findes i overkommelige, kulturelt acceptable fødevarer.

Deres arbejde understøtter forestillingen om, at sund vækst af spædbørn og børn er ubønhørligt forbundet med en sund udvikling af deres tarmsamfund efter fødslen. Resultaterne af deres forskning er beskrevet i to rapporter offentliggjort 12. juli i tidsskriftet Videnskab.

"Vi fandt ud af, at børn, der er underernærede, ufuldstændigt har dannet tarmmikrobielle samfund sammenlignet med deres raske kolleger," siger seniorforfatter Jeffrey I. Gordon, MD, Dr. Robert J. Glaser Distinguished University Professor og direktør for Edison Family Center for Genome Sciences &Systems Biology på School of Medicine. "Derfor, vi gik i gang med at designe terapeutiske fødevarer for at reparere denne umodenhed og for at afgøre, om en sådan reparation ville genoprette sund vækst. "

Det kliniske forsøg, som blev ledet af et team ledet af Tahmeed Ahmed, Ph.d., International Center for Diarrheal Disease Research's direktør for ernæring og kliniske tjenester, inkluderet 63 børn fra Bangladesh, 12-18 måneder gammel, diagnosticeret med moderat akut underernæring, hvilket betyder, at børnene var syge, men ikke tæt på døden. Børnene blev tilfældigt inddelt i en af ​​fire behandlingsgrupper. Børn i tre af grupperne modtog hver en af ​​de tre nydesignede terapeutiske fødevarer, mens de i den fjerde gruppe modtog en standardterapeutisk mad, der ikke var designet ud fra en overvejelse af dens virkninger på tarmmikrobiomet.

Alle fødevarer til forsøget blev lokalt produceret på International Center for Diarrheal Disease Research. Børn blev bragt to gange dagligt til et ernæringsrehabiliteringscenter, hvor de terapeutiske fødevarer blev administreret af deres mødre under tilsyn af sundhedspersonale. Et sæt måleværktøjer, udviklet gennem fremskridt inden for genomisk medicin, givet en ny, meget mere omfattende definition af molekylære træk forbundet med fejlernæring, dens underliggende mekanismer, og effektiviteten af ​​behandlingen.

En af de terapeutiske fødevarer skilte sig ud fra resten, selv i dette relativt korte forsøg på en måned. Måling 1, 300 blodproteiner, herunder dem, der er tæt involveret i at styre knoglevækst, hjernens udvikling, immunfunktion, og stofskifte i forskellige væv, afslørede, at denne madprototype havde frembragt et markant skift mod en sund tilstand sammenlignet med, hvad der blev observeret i de tre andre grupper af børn.

Ved afslutningen af ​​undersøgelsen, forskerne fandt også, at i modsætning til i de tre andre behandlingsgrupper, tarmmikrobielle samfund, der er bosat i tarmene hos børn, der modtager denne terapeutiske mad, havde gennemgået en rekonfiguration og lignede mere mikrobielle fællesskaber fundet hos aldersmatchede raske børn, der boede i samme sted. Denne formulering indeholdt, blandt andre komponenter, en blanding af næringsstoffer fra kikærter, soja, bananer og jordnødder.

Underernæring i barndommen er et massivt globalt sundhedsproblem, påvirker 150 millioner børn under 5 år på verdensplan, ifølge Verdenssundhedsorganisationen. Mange undersøgelser har vist, at fejlernæring er et resultat af mange faktorer, med pålidelig adgang til passende mængder af overkommelige, nærende mad er en, men ikke den eneste faktor.

Eksisterende terapeutiske fødevarer blev udviklet for at øge mængden af ​​vigtige næringsstoffer, som børn indtager. Underernærede børn, der får disse fødevarer, er mindre tilbøjelige til at dø, men andre konsekvenser af fejlernæring er stort set ikke reageret på behandlingen, herunder hæmmet vækst, nedsat immunitet og nedsat kognitiv funktion. Gordon bemærkede, at disse fødevarer ikke var designet ud fra en overvejelse af deres virkninger på udviklingen af ​​tarmmikrobiomet.

De nye mikrobiomstyrede terapeutiske fødevarer udviklet af Washington University og International Center for Diarrheal Disease Research team stammer fra deres tidligere undersøgelser af tarmmikrobielt samfundsudvikling hos raske børn, der bor i Bangladesh. For flere år siden, teamet opdagede, at børn med underernæring havde umodne tarmsamfund-dem, der virkede yngre end deres alderssvarende raske kolleger. Ahmed bemærkede, at de for flere år siden fandt ud af, at konventionelle terapeutiske fødevarer ikke reparerede denne umodenhed hos de underernærede børn, de havde behandlet.

Gordons gruppe transplanterede umodne samfund fra underernærede børn, og normalt modnes samfund fra raske børn, mus, der var rejst under sterile betingelser. Resultaterne viste, at umodne samfund var forbundet med reduceret vægtøgning, defekt knogleudvikling plus unormale metaboliske og immunfunktioner hos modtagerens dyr. Disse fund gav tidlige beviser for, at manglende dannelse af et normalt mikrobielt samfund kan være en årsag snarere end blot en effekt af fejlernæring.

"Der er usikkerhed om, hvilke fødevarer der er bedst at administrere i perioden med komplementær fodring -; når børn overgår fra eksklusiv mælkefodring til fast mad, "Sagde Gordon." Vores undersøgelser var inspireret af forestillingen om, at disse almindeligt anvendte, overkommelig, kulturelt acceptable supplerende fødevarer kunne indeholde ingredienser eftertragtet af centrale mikrober, der er underrepræsenteret og underpræsterer i tarmmikrobiomer hos underernærede børn. Disse mikrober var vores terapeutiske mål. "

Denne undersøgelse giver det første bevis på, at en terapeutisk mad, specielt udviklet til at understøtte vækst og ekspansion af tarmmikrober forbundet med sund mikrobiomudvikling, har gavnlige virkninger uden for tarmen i forbindelse med mange aspekter af sund vækst. Disse effekter involverer nøglemæglere af stofskifte, og af knogler, hjerne og immunsystem udvikling -; organsystemer, der har været meget vanskelige at reparere hos underernærede børn ved at supplere deres kost med traditionelle terapeutiske fødevarer.

I det første af de to papirer -; medforfattere Jeanette L. Gehrig, Ph.d., Siddarth Venkatesh, Ph.d., og Hao-Wei Chang, alle medlemmer af Gordon lab -; beskrive, hvordan de først brugte kimfrie mus, og derefter kimfrie smågrise, koloniseret med tarmmikrobielle samfundsmedlemmer fra børn i Bangladesh for at screene en række diæter bestående af komplementære fødevareingredienser, der bruges i Bangladesh. De formulerede mikrobiomdirigerede komplementære madprototyper, der kunne reparere umodne mikrobielle samfund fra underernærede bangladeshiske børn i begge disse dyremodeller og forbedre dyrenes sundhed. Disse prototyper blev derefter testet i det dobbeltblinde kontrollerede fodringsstudie beskrevet ovenfor.

I det andet papir, første forfatter Arjun S. Raman, MD, Ph.d., fra Gordon lab, beskriver udviklingen af ​​nye beregningsmetoder, baseret på metoder, der oprindeligt blev udviklet inden for økonofysik til at analysere, hvordan udsving i økonomien påvirker egenskaber ved komplekse, dynamiske finansielle markeder. Fremgangsmåden gav nyt, generelt anvendelige måder at karakterisere organisationen af ​​menneskelige tarmsamfund -; deres normale udvikling, hvordan de forstyrres i sygdomstilstande såsom underernæring, og hvordan de reagerer på terapeutiske indgreb, der er designet til at reparere dem.

Målet med menneskelig mikrobiomforskning er ikke blot at beskrive komponentdelene i et mikrobielt samfund, men snarere at karakterisere, hvordan komponenterne interagerer med hinanden for at forme samfundsfunktioner. Komplicerende sager, antallet af mulige interaktioner mellem komponenterne i et tarmsamfund er bogstaveligt talt astronomisk. "

Seniorforfatter Jeffrey I. Gordon, MD

Ifølge Raman, forskerne ønskede at kunne fokusere deres opmærksomhed, at finde måder at reducere antallet af komponenter eller funktioner i mikrobiomet til et minimumsantal, der på en informativ måde kunne skildre de organisatoriske egenskaber ved sunde og syge tarmsamfund.

Undersøgelse af mikrobiomer for raske bangladeshiske børn, der udtages hver måned fra fødslen til fem år, og ved hjælp af den nye beregningsmetode, de identificerede et netværk af 15 tarmbakterielle samfundsmedlemmer, der konsekvent interagerede med hinanden. De kaldte dette netværk for en økogruppe. Økogruppens komponenter gav en præcis måde at beskrive normal tarmudvikling af spædbørn og børn, der bor i Bangladesh samt flere andre lavindkomstlande. Det fungerede endvidere som en følsom og præcis måde at bestemme, hvor alvorligt forstyrrede mikrobielle samfund er hos børn med moderat til svær underernæring, og i hvilken grad de repareres med forskellige behandlinger.

"Et længere og større klinisk forsøg er i øjeblikket i gang på to steder i Bangladesh for at se, om den nye mikrobiomdirigerede komplementære mad har vedvarende fordele, "Ahmed sagde." Denne undersøgelse omfatter børn med moderat underernæring såvel som børn med alvorlig underernæring behandlet med konventionel terapi, men efterladt med ufuldstændigt reparerede mikrobiomer, stunting og forskellige andre vækstforringelser. "

Michael J. Barratt, Ph.d., en adjunkt i patologi og immunologi og administrerende direktør for Center for Gut Microbiome and Nutrition Research ved Washington University tilføjede:

Det er muligt, at nogle børn kan have tarmmikrobielle samfund så beskadiget, at en madbaseret intervention alene ikke er tilstrækkelig. Så vores Washington University og International Center for Diarrheal Disease Research team er interesseret i at undersøge muligheden for at give de specifikke gavnlige organismer -; eller endda de gavnlige produkter, som mikroberne laver, efterhånden som vi bliver mere vidende om, hvad det er -; i kombination med en mikrobiomdirigeret komplementær mad. Det kan være en anden forsvarslinje. Vores undersøgelser præsenterer også muligheden for at overvåge udviklingen af ​​tarmmikrobielle samfund og fange afvigelser fra normal udvikling tidligere i livet, giver os muligheder for forebyggelse. "

Gordon understregede, at deres bestræbelser på at reparere de forstyrrede mikrobielle samfund af underernærede børn holder løftet om at afsløre mere informerede retningslinjer for fodring af børn i de første mange år af deres liv, så de kan udvikle sunde mikrobiomer.

"Vi skal være effektive forvaltere af vores børns dyrebare mikrobielle ressourcer, "sagde han." Hvis vi er, virkningerne kan have lang levetid og indvarsle en ny dimension til forebyggende medicin -; en, der starter med deres udvikling af mikrobiomer. "

• Forskning stiller spørgsmålstegn ved, om der er behov for tunge-bindeoperation for at forbedre amning
• Koffein kan forårsage problemer for personer med angstlidelse