Ny terapeutisk mat øker viktige vekstfremmende tarmmikrober hos underernærte barn

En ny type terapeutisk mat, spesielt designet for å reparere tarmmikrobiomene til underernærte barn, er bedre enn standardterapi i en innledende klinisk studie utført i Bangladesh.

Et tverrfaglig team av etterforskere fra Washington University School of Medicine i St. Louis og International Center for Diarrheal Disease Research i Dhaka, Bangladesh, har tatt en ny tilnærming for å løse det presserende globale helseproblemet med underernæring i barndommen. Tilnærmingen deres fokuserer på selektivt å øke viktige vekstfremmende tarmmikrober ved å bruke ingredienser som finnes i rimelige, kulturelt akseptable matvarer.

Arbeidet deres støtter oppfatningen om at sunn vekst av spedbarn og barn er ubønnhørlig knyttet til en sunn utvikling av tarmsamfunnene deres etter fødselen. Resultatene av forskningen deres er beskrevet i to rapporter publisert 12. juli i journalen Vitenskap.

"Vi fant at barn som er underernærte, har ufullstendig dannet tarmmikrobielle samfunn sammenlignet med sine friske kolleger," sa seniorforfatter Jeffrey I. Gordon, MD, Dr. Robert J. Glaser Distinguished University Professor og direktør for Edison Family Center for Genome Sciences &Systems Biology ved School of Medicine. "Derfor, Vi begynte å designe terapeutiske matvarer for å reparere denne umodenhet og for å avgjøre om en slik reparasjon ville gjenopprette sunn vekst. "

Den kliniske studien, som ble utført av et team ledet av Tahmeed Ahmed, PhD, International Center for Diarrheal Disease Researchs direktør for ernæring og kliniske tjenester, inkludert 63 barn fra Bangladesh, 12-18 måneder gammel, diagnostisert med moderat akutt underernæring, Det betyr at barna var syke, men ikke nær døden. Barna ble tilfeldig tildelt en av fire behandlingsgrupper. Barn i tre av gruppene fikk hver en av de tre nydesignede terapeutiske matvarene, mens de i den fjerde gruppen mottok en standard terapeutisk mat som ikke var designet basert på en vurdering av effekten på tarmmikrobiomet.

Alle matvarer for forsøket ble lokalprodusert ved International Center for Diarrheal Disease Research. Barn ble brakt to ganger daglig til et ernæringsrehabiliteringssenter, hvor den terapeutiske maten ble administrert av deres mødre under tilsyn av helsearbeidere. Et sett med måleverktøy, utviklet gjennom fremskritt innen genomisk medisin, ga en ny, mye mer omfattende definisjon av molekylære trekk knyttet til underernæring, dens underliggende mekanismer, og effektiviteten av behandlingen.

En av de terapeutiske matvarene skilte seg ut fra resten, selv i denne relativt korte prøveperioden på en måned. Måling 1, 300 blodproteiner, inkludert de som er nært involvert i å styre beinvekst, utvikling av hjernen, immunfunksjon, og metabolisme i forskjellige vev, avslørte at denne matprototypen hadde produsert et markant skifte mot en sunn tilstand sammenlignet med det som ble observert i de tre andre barnegruppene.

På slutten av studien, forskerne fant også ut at i motsetning til i de tre andre behandlingsgruppene, tarmmikrobielle lokalsamfunn som bor i tarmen til barn som mottar denne terapeutiske maten, hadde gjennomgått en rekonfigurasjon og lignet mer på mikrobielle lokalsamfunn som fantes i alderssvarende friske barn som bodde i samme sted. Denne formuleringen inneholdt, blant andre komponenter, en blanding av næringsstoffer fra kikerter, soya, bananer og peanøtter.

Underernæring i barndommen er et massivt globalt helseproblem, påvirker 150 millioner barn under 5 år over hele verden, ifølge Verdens helseorganisasjon. Mange studier har vist at underernæring er et resultat av mange faktorer, med pålitelig tilgang til tilstrekkelige mengder rimelige, næringsrik mat er en, men ikke den eneste faktoren.

Eksisterende terapeutisk mat ble utviklet for å øke mengden viktige næringsstoffer barn bruker. Underernærte barn som får denne maten er mindre sannsynlig å dø, men andre konsekvenser av underernæring har stort sett ikke reagert på behandling, inkludert hemmet vekst, nedsatt immunitet og redusert kognitiv funksjon. Gordon bemerket at disse matvarene ikke var designet basert på en vurdering av deres effekter på utviklingen av tarmmikrobiomet.

Den nye mikrobiomstyrte terapeutiske maten utviklet av Washington University og International Center for Diarrheal Disease Research team kom fra deres tidligere studier av tarmmikrobiell samfunnsutvikling hos friske barn som bor i Bangladesh. Flere år siden, teamet oppdaget at barn med underernæring hadde umodne tarmsamfunn-de som virket yngre enn deres alderssvarende friske kolleger. Ahmed bemerket at de for flere år siden fant ut at konvensjonelle terapeutiske matvarer ikke klarte å reparere denne umodenheten hos de underernærte barna de hadde behandlet.

Gordons gruppe fortsatte med å transplantere umodne samfunn fra underernærte barn, og normalt modnes lokalsamfunn fra friske barn, mus som hadde blitt oppdratt under sterile forhold. Resultatene viste at umodne samfunn var forbundet med redusert vektøkning, defekt beinutvikling pluss unormale metabolske og immunfunksjoner hos mottakerdyrene. Disse funnene ga tidlige bevis på at unnlatelse av å danne et normalt mikrobielt fellesskap kan være en årsak fremfor bare en effekt av underernæring.

"Det er usikkerhet om hvilke matvarer som er best å administrere i løpet av komplementær fôring -; når barn går over fra eksklusiv melkemating til fast mat, "Sa Gordon." Studiene våre var inspirert av forestillingen om at disse ofte brukte, rimelig, kulturelt akseptable komplementære matvarer kan inneholde ingredienser som er ettertraktet av viktige mikrober som er underrepresentert og underpresterer i tarmmikrobiomene til underernærte barn. Disse mikrober var våre terapeutiske mål. "

Denne studien gir det første beviset på at en terapeutisk mat, utviklet spesielt for å støtte vekst og utvidelse av tarmmikrober knyttet til sunn mikrobiomutvikling, har gunstige effekter utenfor tarmen knyttet til mange aspekter av sunn vekst. Disse effektene involverer viktige mediatorer for metabolisme, og av bein, hjerne- og immunsystemutvikling -; organsystemer som har vært svært vanskelige å reparere hos underernærte barn ved å supplere kostholdet med tradisjonell terapeutisk mat.

I den første av de to papirene -; medforfattere Jeanette L. Gehrig, PhD, Siddarth Venkatesh, PhD, og Hao-Wei Chang, alle medlemmer av Gordon lab -; beskrive hvordan de først brukte bakteriefrie mus, og deretter bakteriefri grisunger, kolonisert med tarmmikrobielle fellesskapsmedlemmer fra barn i Bangladesh for å undersøke en serie dietter som består av komplementære matingredienser som brukes i Bangladesh. De formulerte mikrobiomdirigerte komplementære matprototyper som kunne reparere umodne mikrobielle lokalsamfunn fra underernærte bangladeshiske barn i begge disse dyremodellene og forbedre dyrenes helse. Disse prototypene ble deretter testet i den dobbeltblinde kontrollerte fôringsstudien beskrevet ovenfor.

I det andre papiret, første forfatter Arjun S. Raman, MD, PhD, fra Gordon lab, beskriver utvikling av nye beregningsmetoder, basert på metoder som opprinnelig ble utviklet av økonofysikk for å analysere hvordan svingninger i økonomien påvirker trekk ved komplekse, dynamiske finansmarkeder. Tilnærmingen ga ny, generelt gjeldende måter å karakterisere organisasjonen av menneskelige tarmsamfunn -; deres normale utvikling, hvordan de forstyrres i sykdomstilstander som underernæring, og hvordan de reagerer på terapeutiske inngrep designet for å reparere dem.

Målet med menneskelig mikrobiomforskning er ikke bare å beskrive komponentdelene i et mikrobielt samfunn, men snarere å karakterisere hvordan komponentene samhandler med hverandre for å forme samfunnsfunksjoner. Kompliserende saker, antallet mulige interaksjoner mellom komponentene i et tarmsamfunn er bokstavelig talt astronomisk. "

Seniorforfatter Jeffrey I. Gordon, MD

Ifølge Raman, forskerne ønsket å kunne fokusere oppmerksomheten, finne måter å redusere antall komponenter eller funksjoner i mikrobiomet til et minimum antall som på en informativ måte kan skildre de organisatoriske egenskapene til friske og syke tarmsamfunn.

Studere mikrobiomene til friske barn fra Bangladesh som ble tatt hver måned fra fødselen til fem år, og ved hjelp av den nye beregningsmetoden, de identifiserte et nettverk av 15 tarmbakterielle fellesskapsmedlemmer som konsekvent samhandlet med hverandre. De kalte dette nettverket for en økogruppe. Komponentene i økogruppen ga en nøyaktig måte å beskrive normal tarmutvikling av spedbarn og barn som bor i Bangladesh, samt flere andre lavinntektsland. Det tjente videre som en sensitiv og nøyaktig måte å bestemme hvor alvorlig forstyrrede mikrobielle samfunn er hos barn med moderat og alvorlig underernæring, og i hvilken grad de repareres med forskjellige behandlinger.

"En lengre og større klinisk studie pågår for tiden på to steder i Bangladesh for å se om den nye mikrobiomdirigerte komplementære maten har vedvarende fordeler, "Ahmed sa." Denne studien inkluderer barn med moderat underernæring, så vel som barn med alvorlig underernæring som er behandlet med konvensjonell terapi, men som har ufullstendig reparerte mikrobiomer, stunting og forskjellige andre veksthemming. "

Michael J. Barratt, PhD, en assisterende professor i patologi og immunologi og administrerende direktør for Center for Gut Microbiome and Nutrition Research ved Washington University la til:

Det er mulig at noen barn kan ha tarmmikrobielle samfunn så skadet at en matbasert intervensjon alene ikke vil være tilstrekkelig. Så vårt Washington University og International Center for Diarrheal Disease Research team er interessert i å studere muligheten for å gi de spesifikke fordelaktige organismer -; eller til og med de gunstige produktene som mikrober lager, etter hvert som vi blir mer kunnskapsrike om hva de er -; i kombinasjon med en mikrobiomdirigert komplementær mat. Det kan være en andre forsvarslinje. Våre studier presenterer også muligheten for å overvåke utviklingen av tarmmikrobielle samfunn og fange avvik fra normal utvikling tidligere i livet, gir oss muligheter for forebygging. "

Gordon understreket at deres innsats for å reparere de forstyrrede mikrobielle samfunnene til underernærte barn holder løftet om å avsløre mer informerte retningslinjer for mating av barn i de første årene av livet, slik at de kan utvikle sunne mikrobiomer.

"Vi må være effektive forvaltere av våre barns dyrebare mikrobielle ressurser, "sa han." Hvis vi er det, virkningen kan være lang og gi en ny dimensjon for forebyggende medisin -; en som starter med utviklingen av mikrobiomer. "

• Forskning stiller spørsmål ved om tunge-slipsoperasjon for å forbedre amming er nødvendig
• Koffein kan forårsake problemer for personer med angstlidelse