Nieuw therapeutisch voedsel stimuleert belangrijke groeibevorderende darmmicroben bij ondervoede kinderen

Een nieuw soort therapeutische voeding, speciaal ontworpen om het darmmicrobioom van ondervoede kinderen te herstellen, is superieur aan standaardtherapie in een eerste klinische studie uitgevoerd in Bangladesh.

Een interdisciplinair team van onderzoekers van de Washington University School of Medicine in St. Louis en het International Center for Diarreal Disease Research in Dhaka, Bangladesh, hebben een nieuwe aanpak gevolgd om het dringende wereldwijde gezondheidsprobleem van ondervoeding bij kinderen aan te pakken. Hun aanpak is gericht op het selectief stimuleren van belangrijke groeibevorderende darmmicroben met behulp van ingrediënten die aanwezig zijn in betaalbare, cultureel acceptabel voedsel.

Hun werk ondersteunt het idee dat een gezonde groei van zuigelingen en kinderen onverbiddelijk is verbonden met een gezonde ontwikkeling van hun darmgemeenschappen na de geboorte. De resultaten van hun onderzoek worden beschreven in twee rapporten die op 12 juli in het tijdschrift zijn gepubliceerd Wetenschap.

"We ontdekten dat kinderen die ondervoed zijn onvolledig microbiële gemeenschappen in de darm hebben gevormd in vergelijking met hun gezonde tegenhangers", zei senior auteur Jeffrey I. Gordon, MD, de Dr. Robert J. Glaser Distinguished University Professor en directeur van het Edison Family Center for Genome Sciences &Systems Biology aan de School of Medicine. "Daarom, we begonnen met het ontwerpen van therapeutisch voedsel om deze onvolwassenheid te herstellen en om te bepalen of een dergelijk herstel een gezonde groei zou herstellen."

De klinische proef, die werd uitgevoerd door een team onder leiding van Tahmeed Ahmed, doctoraat, de directeur van Nutrition and Clinical Services van het International Center for Diarreal Disease Research, inclusief 63 Bengaalse kinderen, 12-18 maanden oud, gediagnosticeerd met matige acute ondervoeding, wat betekent dat de kinderen ziek waren, maar niet dicht bij de dood. De kinderen werden willekeurig toegewezen aan een van de vier behandelingsgroepen. Kinderen in drie van de groepen kregen elk een van de drie nieuw ontworpen therapeutische voedingsmiddelen, terwijl die in de vierde groep een standaard therapeutisch voedsel kregen dat niet was ontworpen op basis van de effecten ervan op het darmmicrobioom.

Alle voedingsmiddelen voor de proef werden lokaal geproduceerd in het International Center for Diarreal Disease Research. Kinderen werden tweemaal per dag naar een voedingsrevalidatiecentrum gebracht, waar de therapeutische voedingsmiddelen werden toegediend door hun moeders onder toezicht van gezondheidswerkers. Een set meetinstrumenten, ontwikkeld door vooruitgang in de genomische geneeskunde, voorzien van een nieuwe, veel uitgebreidere definitie van moleculaire kenmerken die verband houden met ondervoeding, de onderliggende mechanismen, en de effectiviteit van de behandeling.

Een van de therapeutische voedingsmiddelen onderscheidde zich van de rest, zelfs in deze relatief korte proefperiode van een maand. Meten 1, 300 bloedeiwitten, inclusief degenen die nauw betrokken zijn bij het sturen van botgroei, ontwikkeling van de hersenen, immuunfunctie, en metabolisme in verschillende weefsels, onthulde dat dit voedselprototype een uitgesproken verschuiving naar een gezonde toestand had veroorzaakt in vergelijking met wat werd waargenomen bij de andere drie groepen kinderen.

Aan het einde van de studie, de onderzoekers vonden ook dat, in tegenstelling tot de drie andere behandelgroepen, de darmmicrobiële gemeenschappen die zich in de darmen van kinderen bevonden die dit leidende therapeutische voedsel kregen, hadden een herconfiguratie ondergaan en leken meer op microbiële gemeenschappen die werden aangetroffen bij gezonde kinderen van dezelfde leeftijd die in dezelfde omgeving woonden. Deze formulering bevatte onder andere componenten, een mengsel van voedingsstoffen uit kikkererwten, soja, bananen en pinda's.

Ondervoeding bij kinderen is een enorm wereldwijd gezondheidsprobleem, die wereldwijd 150 miljoen kinderen onder de 5 jaar treft, volgens de Wereldgezondheidsorganisatie. Veel studies hebben aangetoond dat ondervoeding het gevolg is van vele factoren, met betrouwbare toegang tot voldoende betaalbare, voedzaam voedsel is een, maar niet de enige factor.

Bestaande therapeutische voedingsmiddelen zijn ontwikkeld om de hoeveelheid belangrijke voedingsstoffen die kinderen consumeren te vergroten. Ondervoede kinderen die deze voedingsmiddelen krijgen, hebben minder kans om te overlijden, maar andere gevolgen van ondervoeding reageerden grotendeels niet op de behandeling, inclusief groeiachterstand, verminderde immuniteit en verminderde cognitieve functie. Gordon merkte op dat deze voedingsmiddelen niet zijn ontworpen op basis van hun effecten op de ontwikkeling van het darmmicrobioom.

De nieuwe, op het microbioom gerichte therapeutische voedingsmiddelen, ontwikkeld door het team van de Washington University en het International Center for Diarreal Disease Research, kwamen voort uit hun eerdere onderzoeken naar de ontwikkeling van microbiële darmgemeenschappen bij gezonde kinderen die in Bangladesh wonen. Een aantal jaar geleden, het team ontdekte dat kinderen met ondervoeding onvolgroeide darmgemeenschappen hadden - degenen die jonger leken dan hun gezonde leeftijdsgenoten. Ahmed merkte op dat ze enkele jaren geleden ontdekten dat conventionele therapeutische voedingsmiddelen deze onvolwassenheid niet konden herstellen bij de ondervoede kinderen die ze hadden behandeld.

Gordons groep ging verder met het transplanteren van onvolwassen gemeenschappen van ondervoede kinderen, en normaal rijpende gemeenschappen van gezonde kinderen, in muizen die onder steriele omstandigheden waren grootgebracht. De resultaten toonden aan dat onvolwassen gemeenschappen geassocieerd waren met verminderde gewichtstoename, gebrekkige botontwikkeling plus abnormale metabolische en immuunfuncties bij de ontvangende dieren. Deze bevindingen leverden vroeg bewijs dat het niet vormen van een normale microbiële gemeenschap een oorzaak kan zijn in plaats van gewoon een gevolg van ondervoeding.

"Er is onzekerheid over welke voedingsmiddelen het beste kunnen worden toegediend tijdens de periode van aanvullende voeding - wanneer kinderen overgaan van exclusieve melkvoeding naar vast voedsel, Gordon zei. "Onze studies werden geïnspireerd door het idee dat deze veelgebruikte, betaalbaar, cultureel aanvaardbare aanvullende voedingsmiddelen kunnen ingrediënten bevatten die begeerd zijn door belangrijke microben die ondervertegenwoordigd zijn en ondermaats presteren in de darmmicrobiomen van ondervoede kinderen. Deze microben waren onze therapeutische doelen."

Deze studie levert het eerste bewijs dat een therapeutische voeding, speciaal ontwikkeld om de groei en uitbreiding van darmmicroben te ondersteunen die verband houden met een gezonde ontwikkeling van het microbioom, heeft gunstige effecten buiten de darm die verband houden met vele aspecten van gezonde groei. Bij deze effecten zijn belangrijke mediatoren van het metabolisme betrokken, en van been, ontwikkeling van hersenen en immuunsysteem -; orgaansystemen die bij ondervoede kinderen zeer moeilijk te herstellen waren door hun dieet aan te vullen met traditioneel therapeutisch voedsel.

In de eerste van de twee kranten -; co-eerste auteurs Jeanette L. Gehrig, doctoraat, Siddarth Venkatesh, doctoraat, en Hao-Wei Chang, alle leden van het Gordon-lab -; beschrijven hoe ze voor het eerst kiemvrije muizen gebruikten, en dan kiemvrije biggen, gekoloniseerd met leden van de darmmicrobiële gemeenschap van Bengaalse kinderen om een ​​reeks diëten te screenen die bestaan ​​uit aanvullende voedselingrediënten die in Bangladesh worden gebruikt. Ze formuleerden Microbiome-Directed Complementary Food-prototypes die onvolgroeide microbiële gemeenschappen van ondervoede Bengalese kinderen in beide diermodellen zouden kunnen herstellen en de gezondheid van de dieren zouden verbeteren. Deze prototypes werden vervolgens getest in de hierboven beschreven dubbelblinde gecontroleerde voedingsstudie.

In het tweede blad eerste auteur Arjun S. Raman, MD, doctoraat, van het Gordon-lab, beschrijft de ontwikkeling van nieuwe rekenmethoden, gebaseerd op methoden die oorspronkelijk zijn ontwikkeld door de econofysica om te analyseren hoe fluctuaties in de economie de kenmerken van complexe, dynamische financiële markten. De aanpak leverde nieuwe, algemeen toepasbare manieren om de organisatie van menselijke darmgemeenschappen te karakteriseren -; hun normale ontwikkeling, hoe ze worden gestoord in ziektetoestanden zoals ondervoeding, en hoe ze reageren op therapeutische interventies die zijn ontworpen om ze te herstellen.

Het doel van onderzoek naar het menselijk microbioom is niet alleen om de samenstellende delen van een microbiële gemeenschap te beschrijven, maar eerder om te karakteriseren hoe de componenten met elkaar omgaan om gemeenschapsfuncties vorm te geven. Complicerende zaken, het aantal mogelijke interacties tussen de componenten in een darmgemeenschap is letterlijk astronomisch."

Senior auteur Jeffrey I. Gordon, MD

Volgens Raman, wilden de onderzoekers hun aandacht kunnen richten, manieren vinden om het aantal componenten of kenmerken van het microbioom tot een minimum te beperken dat op een informatieve manier de organisatorische eigenschappen van gezonde en zieke darmgemeenschappen zou kunnen weergeven.

Het bestuderen van de microbiomen van gezonde Bengaalse kinderen, maandelijks bemonsterd vanaf de geboorte tot vijf jaar, en met behulp van de nieuwe rekenmethode, ze identificeerden een netwerk van 15 leden van de darmbacteriële gemeenschap die consequent met elkaar in wisselwerking stonden. Ze noemden dit netwerk een ecogroep. De componenten van de ecogroep boden een nauwkeurige manier om de normale darmontwikkeling te beschrijven van zuigelingen en kinderen die in Bangladesh en in verschillende andere lage-inkomenslanden wonen. Het diende verder als een gevoelige en nauwkeurige manier om te bepalen hoe ernstig de microbiële gemeenschappen zijn verstoord bij kinderen met matige en ernstige ondervoeding, en de mate waarin ze worden gerepareerd met verschillende behandelingen.

"Er loopt momenteel een langere en grotere klinische proef op twee locaties in Bangladesh om te zien of het nieuwe microbioomgestuurde complementaire voedsel blijvende voordelen heeft, " Ahmed zei. "Deze proef omvat zowel kinderen met matige ondervoeding als kinderen met ernstige ondervoeding die worden behandeld met conventionele therapie maar met onvolledig herstelde microbiomen, dwerggroei en diverse andere groeistoornissen."

Michael J. Barratt, doctoraat, een assistent-professor pathologie en immunologie en uitvoerend directeur van het Center for Gut Microbiome and Nutrition Research aan de Washington University voegde toe:

Het is mogelijk dat sommige kinderen darmmicrobiële gemeenschappen hebben die zo beschadigd zijn dat een op voedsel gebaseerde interventie alleen niet voldoende zal zijn. Dus ons team van Washington University en International Center for Diarreal Disease Research is geïnteresseerd in het bestuderen van de mogelijkheid om de specifieke nuttige organismen te geven -; of zelfs de heilzame producten die deze microben maken, naarmate we meer weten over wat dat zijn -; in combinatie met een op het microbioom gericht aanvullend voedsel. Dat zou een tweede verdedigingslinie kunnen zijn. Onze studies bieden ook de mogelijkheid om de ontwikkeling van microbiële gemeenschappen in de darm te volgen en afwijkingen van de normale ontwikkeling eerder in het leven op te sporen, geeft ons mogelijkheden voor preventie."

Gordon benadrukte dat hun inspanningen om de verstoorde microbiële gemeenschappen van ondervoede kinderen te herstellen de belofte inhouden om beter geïnformeerde richtlijnen te onthullen voor het voeden van kinderen in de eerste jaren van hun leven, zodat ze een gezond microbioom kunnen ontwikkelen.

"We moeten effectieve beheerders zijn van de kostbare microbiële hulpbronnen van onze kinderen, "zei hij. "Als we dat zijn, de effecten kunnen van lange duur zijn en een nieuwe dimensie in de preventieve geneeskunde inluiden -; een die begint met hun ontwikkelende microbioom."

• Onderzoek vraagt ​​zich af of een tongriemoperatie nodig is om borstvoeding te verbeteren
• Cafeïne kan problemen veroorzaken voor mensen met een angststoornis