Kan vi skreddersy mat og dyrefôr for å bedre bakteriesammensetningen i tarmen?

Sammensetningen av mikroorganismer i fordøyelsessystemet er en viktig del av immunsystemet og helsen. Forstyrrelser eller ubalanse i denne bakteriesammensetningen kan bidra til sykdom.  

Det gjelder for både mennesker og dyr.

NMBU-forskere har nå sett på om vi kan skreddersy mat og dyrefôr som kan bidra til å gi mennesker og dyr en ønsket sammensetning av mikroorganismer i fordøyelsessystemet.  

En ny studie viser at spesifikke fibre i maten kan endres og tilpasses på en slik måte at de bidrar til å styrke spesifikke grupper med bakterier i mikrobiomet.  

Studien publiseres i dag i Nature Communications. 

Studien ble ledet av NMBU-forskerne Bjørge Westereng (biorafinering og ingrediens-design), Margareth Øverland (fôrforsøk) and Philip Pope  (metagenomikk).  

Prosjektet hadde også flere internasjonale samarbeidspartnere.  

Nytt grisefôr ga ny bakteriesammensetning 

– Dette er virkelig en tverrfaglig studie hvor vi har benyttet NMBUs bioraffineri for å produsere såkalte høydefinerte karbohydrater. Disse har igjen blitt testet i grisefôr for å endre bakteriesammensetningen i grisetarmen, forteller Bjørge Westereng.  

Han er førsteamanuensis ved NMBUs fakultet for kjemi, bioteknologi og matvitenskap og leder av forskningsprosjektet WoodPrebiotics som er støttet av NFR Bionær-programmet.  

– Deretter har dataene fra fôrtestingen blitt analysert i det vi kaller en deep-resolution multi-omics tilnærming, for å utforske i detalj hvordan grisenes bakteriesamfunn ble påvirket av det nye fôret, sier han. 

Philip Pope, førsteamanuensis ved fakultet for biovitenskap ved NMBU, ledet metagenomikk-delen av undersøkelsen, altså studiet av arvematerialet i bakterieprøvene.   

– Vi har sett en enorm utvikling i omikkmetoder de siste årene, som hjelper oss med å overvåke enkelte bakteriesamfunn og hvordan de reagerer på bestemte fibre. Det mest spennende for oss var å koble disse metodene til en veldig interessant eksperimentell undersøkelse og vise hvordan de bidrar til økt forståelse av ernæring, sier Pope.

Viktig å studere sekundære effekter 

Forskerne observerte endringer i mikrobiotasammensetningen som kan:  

a) være direkte koblet tilnedbrytningen avkarbohydrater hos spesifikke mikrober og  

b) forårsake en endring i mikrober som indirekte påvirkes som en effektavendring av fôringredienser. 

– Resultatene fra studien fremhever at du aktivt kan modere tarmmikrobiota, og videre at du må se på hvilke sekundære effekter som oppstår som et resultat av de direkte endringene. Det betyr at du må se på hva som skjer med responsene fra mikrobiota annet enn den opprinnelig ønskede endringen eller med andre ord, hva som skjer med andre bakterier som samarbeider med de "gode karene", sier Westereng.  

Klikk her for å lese artikkelen i Nature Communications

Sammendrag av artikklen (på engelsk): 

Beneficial modulation of the gut microbiome has high-impact implications not only in humans, but also in livestock that sustain our current societal needs. In this context, we have tailored an acetylated galactoglucomannan (AcGGM) fibre to match unique enzymatic capabilities of Roseburia and Faecalibacterium species, both renowned butyrate-producing gut commensals.

Here, we test the accuracy of AcGGM within the complex endogenous gut microbiome of pigs, wherein we resolve 355 metagenome-assembled genomes together with quantitative metaproteomes. In AcGGM-fed pigs, both target populations differentially express AcGGM-specific polysaccharide utilization loci, including novel, mannan-specific esterases that are critical to its deconstruction.

However, AcGGM-inclusion also manifests a “butterfly effect”, whereby numerous metabolic changes and interdependent cross feeding pathways occur in neighboring non-mannolytic populations that produce short-chain fatty acids.

Our findings show how intricate structural features and acetylation patterns of dietary fibre can be customized to specific bacterial populations, with potential to create greater modulatory effects at large.