Fettrikt kosthold førte til ubalanse blant tarmbakteriene og inflammasjon i tarmen hos mus

Endringer hos tarmbakterier knyttes stadig oftere til sykdommer som kreft, autoimmune sykdommer og såkalt «metabolsk syndrom», en samling av risikofaktorer for hjerte- og karsykdom og diabetes type 2.

 I sin doktorgrad ved NMBU har Chrysoula Kielland ved hjelp av museforsøk undersøkt i hvilken grad mikrobiotaen i tynntarmen påvirker immunsystemet, om endringer i kostholdet endrer bakteriesammensetningen i tynntarmen og om dette igjen ville påvirke immunsystemet.  

Hun fant at et kosthold med mye fett førte til en ubalanse i sammensetningen av tarmbakteriene, som bidro til inflammasjon i tarmen.

Inflammasjon i tynntarmen

I løpet av de siste årene har flere studier analysert sammenhengen mellom tarmmikrobiota og helse.

De fleste av disse studiene så imidlertid enten på sammensetningen av bakterier i tykktarmen eller avføringen. 

Kielland har imidlertid forsket på bakteriesammensetningen i tynntarmen.

Tynntarmen er det stedet der tarmmikrobiotaen møter næringsstoffer fra kostholdet vårt, og det organet som tar opp næringsstoffene fra maten vi spiser. Tynntarmen har også et enormt antall immunceller, og det er kjent at både kostholdet vårt og endringer i tarmmikrobiotaen kan påvirke immunsystemet vårt til å starte en inflammasjon.

Inflammasjon er kroppens måte å reagere raskt på angrep fra sykdomsfremkallende mikroorganismer og andre skadelige forbindelser. Målet er å fjerne det som kan gi oss skade. Dette gjør immunforsvaret gjennom å sende ut hvite blodlegemer og kjemiske stoffer for å beskytte kroppen.

Noen av disse stoffene kalles ROS (reaktive oksygenforbindelser) som i for store mengder kan gi det som kalles oksidativt stress og gi skader på celler og vev, men som både planter og dyr benytter som en essensiell del av immunsystemet til å bekjempe angrep fra sykdomsfremkallende mikroorganismer.

– Ifølge våre data ser det ut til at ROS som produseres i tynntarmen er med på å regulere mengde og sammensetning av bakterier i tynntarmen, forteller Kielland.  

Fettrikt kosthold ga økt inflammatorisk respons i tynntarmen

Innføring av en fettrik diett har vært knyttet til begynnelsen av betennelse i tynntarmen. Studier basert på både mennesker og dyremodeller vist at inntak av en fettrik diett fører til en ubalansert mikrobiotasammensetning. [TLR1] [CK2] 

Kielland forklarer at tynntarmsmikrobiota i de fettrik-matede musene var preget av en økning i enkelte proinflammatoriske bakterier. Disse musene hadde også en høyere produksjon av en type molekyler kalt cytokiner, som økte graden av betennelse.

– Vi har altså funnet at inntak av en fettrik diett førte til en ubalansert mikrobiota i tynntarmen.

Kan kaffe hjelpe?

Samtidig ønsket hun å undersøke om bildet kunne endes ved inntak av kaffe.

– Kaffe er rik på polyfenoler, altså plantestoffer som er kjent for å være antiinflammatoriske, forklarer Kielland.

– Vi ønsket å finne ut av om kaffen ville forbedre endringene i tarmmikrobiotaen og dempe noen av de inflammatoriske reaksjonene på den fettrike maten.

Resultatene viste at mikrobiotaen hos de musene som ble matet med kaffe sammen med fettrik dietten ble endret og lignet den hos musene som fikk en fettfattig diett. I tillegg hadde musene som mottok kaffe en dempet inflammatorisk respons i tynntarmen.

– Studien viser at en veldig høy ROS-produksjon settes i gang på grunn av bakteriene i den tynntarmen. Disse ROS regulerer stabiliteten hos mikroorganismene i tynntarmen. Når det gjelder virkningen av stor mengde fett i dietten, observerte vi at fett påvirket sammensetningen av tynntarmsmikrobiota og vertens inflammatoriske status på en negativ måte, noe som ble forbedret etter tilsetning av kaffe.

Kilder:

  • Zmora N, Suez J, Elinav E. You are what you eat: diet, health and the gut microbiota. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2019 Jan;16(1):35-56. doi: 10.1038/s41575-018-0061-2. PMID: 30262901.
  • Eugene B. Chang & Kristina Martinez-Guryn (2019) Small intestinal microbiota: the neglected stepchild needed for fat digestion and absorption, Gut Microbes, 10:2, 235-240, DOI: 10.1080/19490976.2018.1502539
  • Murphy EA, Velazquez KT, Herbert KM. Influence of high-fat diet on gut microbiota: a driving force for chronic disease risk. Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2015 Sep;18(5):515-20. doi: 10.1097/MCO.0000000000000209. PMID: 26154278; PMCID: PMC4578152

 

Les hele sammendraget fra doktorgraden til Chrysoula Kielland:

I løpet av de siste årene har flere studier analysert sammenhengen mellom tarmmikrobiota og helse. Endringer i sammensetningen av mikrobielle populasjonen i tarmen har vært assosiert med flere sykdommer, inkludert kreft, autoimmune sykdommer og tilstander relatert til det metabolske syndromet. I mange tilfeller har sammensetningen av tarmmikrobiota vært forbundet med visse komponenter i dietten. Imidlertid analyserte de fleste av disse studiene enten sammensetningen av bakterier i tykktarmen eller avføringen. Tynntarmen er organet der absorpsjon av næringsstoffer skjer og er stedet der først og fremst tarmmikrobiota møter makro- og mikronæringsstoffer fra kostholdet. Videre har tynntarmen et enormt antall immunceller, og det er kjent at både diettforbindelser og endringer i tarmmikrobielle populasjoner kan fremkalle en inflammatorisk respons.

Bortsett fra å være ansvarlig for næringsopptak, har tynntarmen en annen avgjørende rolle; den forsvarer verten fra en potensiell invasjon av mikroorganismer. For å oppnå det, bruker tynntarmen flere mekanismer, inkludert motilitet og sekresjon av antimikrobielle stoffer. Reaktive oksygenforbindelser (ROS) er en del av det medfødte immunsystemet og er kjent for å være ansvarlig for luftveisutbruddet i nøytrofile, makrofager og dendritiske celler som befinner seg inne i lamina propria. Imidlertid er en antimikrobiell rolle for ROS produsert av epitelcellene i tynntarmen under stabile tilstander mindre bestemt. Dette arbeidet er delt i to deler; først var målet vårt å belyse i hvilken grad tynntarmsmikrobiota induserer produksjon av ROS i et forsøk fra verten for å opprettholde den mikrobielle homeostasen i tynntarmen. I den andre delen søkte vi å analysere om endringer i kostholdet ville endre sammensetningen av tynntarmsmikrobiota og hvis dette ville påvirke immunsystemets tilstand. Fett og kaffe var diettforbindelsene som ble testet.

Nitrogenoksydsyntaser (NOSer) er enzymer som katalyserer reaksjonen som produserer nitrogenoksid (NO). I dette arbeidet fokuserte vi på den induserbare NOS-isoformen (iNOS). Uttrykket av iNOS induseres blant annet av bakterielle produkter. NADPH 1 (NOX1) uttrykkes fra epitelcellene i tynntarmen og tykktarmen og er en katalysator i produksjonen av superoksid. Superoksid reagerer med NO for å produsere peroksynitritt. In vivo avbildning avslørte svært høye nivåer av ROS i ileum hos normale friske mus som ble regulert av antall tarmbakterier på dette stedet. I ileum av iNOS- og NOX1-mangelfulle mus var bakteriell belastning høyere, og sammensetningen av bakteriesamfunnet lignet den som var til stede i cecum. Disse dataene antyder en rolle for ROS produsert i terminal tynntarm som en regulator av mengden og sammensetningen av tynntarmsmikrobiota som muligens bidrar det mot tilbakeløp av mikrober fra tykktarmen.

Innføring av en fettrik diett har vært knyttet til begynnelsen av betennelse i tynntarmen. Videre har studier basert på både mennesker og dyremodeller vist at inntak av en fettrik diett fører til en ubalansert mikrobiotasammensetning. Her, basert på en musemodell, fant vi at forbruk av en fettrik diett førte til en ubalansert mikrobiell profil i tynntarmen. Tynntarmsmikrobiota i de fettrik-matede musene var preget av en økning i de proinflammatoriske γ-Proteobakteriene og Peptoclostridium. I tillegg observerte vi en økt inflammatorisk respons i tynntarmen preget av høyere produksjon av proinflammatoriske cytokiner og høyere forhold mellom proinflammatoriske og antiinflammatoriske makrofager.

Kaffe er en mye konsumert drikke rik på polyfenoler som er kjent for å være antiinflammatoriske. En positiv assosiasjon av dietter som er rike på polyfenoler med tykktarmsmikrobiota har blitt beskrevet tidligere. I det nåværende arbeidet hadde vi som mål å identifisere om kaffen ville forbedre endringene i tarmmikrobiota og i visse inflammatoriske markører forårsaket av fettrik dietten. Resultatene viste at mikrobiota hos mus som matet kaffe sammen med fettrik dietten ble endret og lignet den hos musene som fikk en fettfattig diett. I tillegg hadde musene som mottok kaffe en dempet inflammatorisk respons i tynntarmen.

Oppsummert, her har vi vist at en veldig høy ROS-produksjon induseres av bakteriene i den terminale tynntarmen. Disse ROS stammer fra epitelcellelaget og fungerer som en modulator for mikrobiell homeostase i tynntarmen. Når det gjelder virkningen av stor mengde fett i dietten, observerte vi at fett påvirket samfunnsstrukturen til tynntarmsmikrobiota og vertens inflammatoriske status på en negativ måte, noe som ble forbedret etter tilsetning av kaffe.

Relatert innhold
25 Mar - Chrysoula Kielland (KBM)

25 Mar - Chrysoula Kielland (KBM)

PhD degree – Public Defence
Chrysoula Kielland, Faculty of Chemistry, Biotechnology and Food Science (KBM) will defend her PhD thesis “Small intestinal microbiota – Regulation by reactive oxygen species and influence of diet”, on 25th March 2022. 

Published 28. mars 2022 - 15:22 - Updated 28. mars 2022 - 15:22