Neues therapeutisches Lebensmittel stärkt wichtige wachstumsfördernde Darmmikroben bei unterernährten Kindern

Eine neue Art von therapeutischer Nahrung, speziell entwickelt, um das Darmmikrobiom von unterernährten Kindern zu reparieren, ist in einer ersten klinischen Studie in Bangladesch der Standardtherapie überlegen.

Ein interdisziplinäres Forscherteam der Washington University School of Medicine in St. Louis und des International Center for Diarrheal Disease Research in Dhaka, Bangladesch, haben einen neuen Ansatz verfolgt, um das dringende globale Gesundheitsproblem der Unterernährung bei Kindern anzugehen. Ihr Ansatz konzentriert sich auf die selektive Förderung wichtiger wachstumsfördernder Darmmikroben mit Inhaltsstoffen, die in erschwinglichen, kulturell akzeptable Lebensmittel.

Ihre Arbeit unterstützt die Vorstellung, dass gesundes Wachstum von Säuglingen und Kindern unaufhaltsam mit einer gesunden Entwicklung ihrer Darmgemeinschaften nach der Geburt verbunden ist. Die Ergebnisse ihrer Forschung werden in zwei Berichten beschrieben, die am 12. Juli in der Zeitschrift veröffentlicht wurden Wissenschaft.

"Wir fanden heraus, dass Kinder, die unterernährt sind, im Vergleich zu ihren gesunden Altersgenossen unvollständig gebildete Darmmikrobengemeinschaften haben", sagte der leitende Autor Jeffrey I. Gordon, MD, der Dr. Robert J. Glaser Distinguished University Professor und Direktor des Edison Family Center for Genome Sciences &Systems Biology an der School of Medicine. "Deswegen, Wir machten uns daran, therapeutische Lebensmittel zu entwickeln, um diese Unreife zu reparieren und festzustellen, ob eine solche Reparatur ein gesundes Wachstum wiederherstellen würde."

Die klinische Studie, die von einem Team unter der Leitung von Tahmeed Ahmed durchgeführt wurde, Doktortitel, der Direktor für Ernährung und klinische Dienste des Internationalen Zentrums für Durchfallforschung, darunter 63 Kinder aus Bangladesch, 12-18 Monate alt, diagnostiziert mit mittelschwerer akuter Mangelernährung, Das heißt, die Kinder waren krank, aber nicht dem Tode nahe. Die Kinder wurden zufällig einer von vier Behandlungsgruppen zugeteilt. Kinder in drei der Gruppen erhielten jeweils eines der drei neu gestalteten therapeutischen Lebensmittel, während diejenigen in der vierten Gruppe ein therapeutisches Standardnahrungsmittel erhielten, das nicht unter Berücksichtigung seiner Auswirkungen auf das Darmmikrobiom entwickelt wurde.

Alle Lebensmittel für die Studie wurden am Internationalen Zentrum für Durchfallforschung vor Ort hergestellt. Die Kinder wurden zweimal täglich in ein Ernährungsrehabilitationszentrum gebracht, wo die therapeutischen Nahrungsmittel von ihren Müttern unter Aufsicht des Gesundheitspersonals verabreicht wurden. Eine Reihe von Messwerkzeugen, durch Fortschritte in der Genommedizin entwickelt, lieferte eine neue, viel umfassendere Definition von molekularen Merkmalen im Zusammenhang mit Mangelernährung, die zugrunde liegenden Mechanismen, und die Wirksamkeit der Behandlung.

Eines der therapeutischen Lebensmittel hebt sich von den anderen ab, selbst in dieser relativ kurzen einmonatigen Probezeit. Messung 1, 300 Blutproteine, einschließlich derer, die eng an der Steuerung des Knochenwachstums beteiligt sind, Entwicklung des Gehirns, Immunfunktion, und Stoffwechsel in verschiedenen Geweben, zeigte, dass dieser Lebensmittel-Prototyp im Vergleich zu den anderen drei Kindergruppen eine deutliche Verschiebung hin zu einem gesunden Zustand bewirkt hatte.

Am Ende des Studiums, die Forscher fanden auch heraus, dass im Gegensatz zu den drei anderen Behandlungsgruppen, die mikrobiellen Darmgemeinschaften im Darm von Kindern, die dieses therapeutische Hauptnahrungsmittel erhielten, hatten eine Neukonfiguration erfahren und ähnelten den mikrobiellen Gemeinschaften, die bei gleichaltrigen gesunden Kindern am gleichen Ort leben, stärker. Diese Formulierung enthielt unter anderen Komponenten, eine Mischung aus Nährstoffen aus Kichererbsen, Soja, Bananen und Erdnüsse.

Unterernährung bei Kindern ist ein massives globales Gesundheitsproblem, 150 Millionen Kinder unter 5 Jahren weltweit betroffen, nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation. Viele Studien haben gezeigt, dass Mangelernährung das Ergebnis vieler Faktoren ist, mit verlässlichem Zugang zu angemessenen Mengen an erschwinglichen, nahrhaftes Essen ist ein, aber nicht der einzige Faktor.

Bestehende therapeutische Lebensmittel wurden entwickelt, um die Menge an wichtigen Nährstoffen zu erhöhen, die Kinder zu sich nehmen. Unterernährte Kinder, die diese Lebensmittel erhalten, sterben seltener, andere Folgen der Unterernährung haben jedoch auf die Behandlung weitgehend nicht ansprechbar, einschließlich Wachstumsstörungen, beeinträchtigte Immunität und reduzierte kognitive Funktion. Gordon stellte fest, dass diese Lebensmittel nicht auf der Grundlage ihrer Auswirkungen auf die Entwicklung des Darmmikrobioms entwickelt wurden.

Die neuen mikrobiomgerichteten therapeutischen Lebensmittel, die vom Team der Washington University und des International Center for Diarreal Disease Research entwickelt wurden, gingen aus ihren früheren Studien zur Entwicklung der mikrobiellen Gemeinschaft im Darm bei gesunden Kindern hervor, die in Bangladesch leben. Vor einigen Jahren, Das Team entdeckte, dass Kinder mit Unterernährung unreife Darmgemeinschaften hatten – solche, die jünger erschienen als ihre gleichaltrigen gesunden Altersgenossen. Ahmed bemerkte, dass sie vor einigen Jahren herausfanden, dass konventionelle therapeutische Lebensmittel diese Unreife bei den unterernährten Kindern, die sie behandelt hatten, nicht reparieren konnten.

Gordons Gruppe fuhr fort, unreife Gemeinschaften von unterernährten Kindern zu verpflanzen, und normal reifende Gemeinschaften aus gesunden Kindern, in Mäuse, die unter sterilen Bedingungen aufgezogen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass unreife Gemeinschaften mit einer verringerten Gewichtszunahme verbunden waren. fehlerhafte Knochenentwicklung sowie abnorme Stoffwechsel- und Immunfunktionen bei den Empfängertieren. Diese Ergebnisse lieferten erste Hinweise darauf, dass das Fehlen einer normalen mikrobiellen Gemeinschaft eine Ursache und nicht nur eine Folge von Mangelernährung sein kann.

"Es besteht Unsicherheit darüber, welche Lebensmittel während der Beikostphase am besten verabreicht werden sollten - wenn Kinder von der ausschließlichen Milchfütterung auf feste Nahrung umsteigen, " sagte Gordon. "Unsere Studien wurden von der Vorstellung inspiriert, dass diese häufig verwendeten, bezahlbar, kulturell akzeptable Ergänzungsnahrungsmittel könnten Zutaten enthalten, die von Schlüsselmikroben begehrt werden, die im Darmmikrobiom von unterernährten Kindern unterrepräsentiert sind und eine unzureichende Leistung erbringen. Diese Mikroben waren unsere therapeutischen Ziele."

Diese Studie liefert den ersten Beweis dafür, dass ein therapeutisches Lebensmittel, speziell entwickelt, um das Wachstum und die Expansion von Darmmikroben in Verbindung mit einer gesunden Mikrobiomentwicklung zu unterstützen, hat positive Auswirkungen außerhalb des Darms im Zusammenhang mit vielen Aspekten eines gesunden Wachstums. Diese Effekte betreffen Schlüsselmediatoren des Stoffwechsels, und aus Knochen, Entwicklung des Gehirns und des Immunsystems -; Organsysteme, die bei unterernährten Kindern sehr schwer zu reparieren waren, indem sie ihre Ernährung mit traditionellen therapeutischen Nahrungsmitteln ergänzten.

Im ersten der beiden Papiere -; Co-Erstautoren Jeanette L. Gehrig, Doktortitel, Siddarth Venkatesh, Doktortitel, und Hao-Wei Chang, alle Mitglieder des Gordon-Labors -; beschreiben, wie sie erstmals keimfreie Mäuse verwendeten, und dann keimfreie Ferkel, kolonisiert mit Mitgliedern der mikrobiellen Darmgemeinschaft von Kindern aus Bangladesch, um eine Reihe von Diäten zu untersuchen, die aus ergänzenden Lebensmittelzutaten bestehen, die in Bangladesch verwendet werden. Sie formulierten Prototypen für mikrobiomgesteuerte Ergänzungsnahrung, die unreife mikrobielle Gemeinschaften von unterernährten bangladeschischen Kindern in diesen beiden Tiermodellen reparieren und die Gesundheit der Tiere verbessern könnten. Diese Prototypen wurden dann in der oben beschriebenen doppelblinden kontrollierten Fütterungsstudie getestet.

Im zweiten Papier, Erstautor Arjun S. Raman, MD, Doktortitel, aus dem Gordon-Labor, beschreibt die Entwicklung neuer Rechenmethoden, basierend auf Methoden, die ursprünglich aus der Ökonophysik entwickelt wurden, um zu analysieren, wie sich Schwankungen in der Wirtschaft auf Merkmale komplexer, dynamische Finanzmärkte. Der Ansatz lieferte neue, allgemein anwendbare Methoden zur Charakterisierung der Organisation menschlicher Darmgemeinschaften -; ihre normale Entwicklung, wie sie bei Krankheitszuständen wie Unterernährung gestört werden, und wie sie auf therapeutische Interventionen reagieren, die darauf abzielen, sie zu reparieren.

Das Ziel der humanen Mikrobiomforschung ist es nicht nur, die Bestandteile einer mikrobiellen Gemeinschaft zu beschreiben, sondern zu charakterisieren, wie die Komponenten miteinander interagieren, um Gemeinschaftsfunktionen zu gestalten. Komplizierte Angelegenheiten, die Zahl der möglichen Wechselwirkungen zwischen den Komponenten einer Darmgemeinschaft ist im wahrsten Sinne des Wortes astronomisch."

Leitender Autor Jeffrey I. Gordon, MD

Laut Raman, die Forscher wollten ihre Aufmerksamkeit fokussieren, Wege finden, um die Anzahl der Komponenten oder Merkmale des Mikrobioms auf ein Minimum zu reduzieren, das die organisatorischen Eigenschaften gesunder und kranker Darmgemeinschaften auf informative Weise darstellen könnte.

Untersuchung des Mikrobioms gesunder bangladeschischer Kinder, die von der Geburt bis zum fünften Lebensjahr monatlich entnommen wurden. und mit der neuen Rechenmethode Sie identifizierten ein Netzwerk von 15 Mitgliedern der Darmbakteriengemeinschaft, die ständig miteinander interagierten. Sie nannten dieses Netzwerk eine Ökogruppe. Die Komponenten der Ökogruppe lieferten eine genaue Möglichkeit, die normale Darmentwicklung von Säuglingen und Kindern in Bangladesch sowie in mehreren anderen Ländern mit niedrigem Einkommen zu beschreiben. Darüber hinaus diente es als sensible und genaue Methode, um festzustellen, wie stark mikrobielle Gemeinschaften bei Kindern mit mittelschwerer und schwerer Unterernährung gestört sind. und der Grad, in dem sie mit verschiedenen Behandlungen repariert werden.

„An zwei Standorten in Bangladesch läuft derzeit eine längere und umfangreichere klinische Studie, um zu sehen, ob das neue Mikrobiom-gesteuerte Ergänzungsfutter einen nachhaltigen Nutzen hat. ", sagte Ahmed. "Diese Studie umfasst Kinder mit mäßiger Mangelernährung sowie Kinder mit schwerer Mangelernährung, die mit konventioneller Therapie behandelt wurden, aber mit unvollständig reparierten Mikrobiomen zurückbleiben. Wachstumshemmung und verschiedene andere Wachstumsstörungen."

Michael J. Barratt, Doktortitel, ein Assistenzprofessor für Pathologie und Immunologie und geschäftsführender Direktor des Center for Gut Microbiome and Nutrition Research an der Washington University fügte hinzu:

Es ist möglich, dass bei einigen Kindern die mikrobiellen Gemeinschaften im Darm so geschädigt sind, dass eine ernährungsbasierte Intervention allein nicht ausreicht. Daher ist unser Team der Washington University und des International Center for Diarrheal Disease Research daran interessiert, die Möglichkeit zu untersuchen, den spezifischen nützlichen Organismen -; oder sogar die nützlichen Produkte, die diese Mikroben herstellen, je besser wir wissen, was diese sind -; in Kombination mit einem Mikrobiom-gerichteten Ergänzungsfutter. Das könnte eine zweite Verteidigungslinie sein. Unsere Studien bieten auch die Möglichkeit, die Entwicklung mikrobieller Gemeinschaften im Darm zu überwachen und Abweichungen von der normalen Entwicklung früher im Leben zu erkennen. uns Möglichkeiten zur Prävention zu geben."

Gordon betonte, dass ihre Bemühungen, die gestörten mikrobiellen Gemeinschaften unterernährter Kinder zu reparieren, das Versprechen beinhalten, fundiertere Richtlinien für die Ernährung von Kindern in den ersten Lebensjahren zu enthüllen, damit sie gesunde Mikrobiome entwickeln können.

„Wir müssen die wertvollen mikrobiellen Ressourcen unserer Kinder effizient verwalten. “ sagte er. „Wenn wir es sind, die Wirkungen können langlebig sein und eine neue Dimension der Präventivmedizin einläuten -; eine, die mit ihren sich entwickelnden Mikrobiomen beginnt."

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