елементи
абстрактно
Твърди се, че инулинът, естествен възобновяем източник на полизахариди, произведен от различни растения в природата, има редица различни фармацевтични и хранителни приложения. Напоследък е постигнат бърз напредък в технологиите и платформите с висока производителност за тестване на глобална иРНК, протеини, метаболити и чревна микрофлора. В този преглед описваме текущото състояние на използване на омични технологии за изясняване на ефекта на инулин и инулин-съдържащите пребиотици върху нивата на транскриптома, протеома, метаболома и чревните микроби. Въпреки че много изследвания в този преглед разглеждат въздействието на инулина изчерпателно, тези омически технологии ни позволяват да разберем физиологичната информация на всеки друг етап от иРНК, протеини, метаболит и чревен микроб. Ние вярваме, че синергичният подход е жизненоважен, за да се илюстрира изцяло сложната красота зад относително скромното въздействие на хранителни фактори като инулин върху здравето на гостоприемника.
Въведение: какво е инулин?
α-D-глюкопиранозил- [α-D-фруктофуранозил] (n-1) -D-фруктофуранозид или β-глюкопиранозил- [D-фруктофуранозил] (n-1) -D-фруктофуранозид, известен също като инулин, е естественият възобновяем източник на полизахариди произвежда различни растения в природата със значителен брой различни фармацевтични и хранителни приложения. Asteraceae лук го използват като средство за съхранение на хранителни вещества. 1 Поради отличните си хранителни свойства, употребата му в хранителни продукти се увеличи през последните години. Понякога се използва вместо захар, мазнина и брашно. Инулинът е включен в артишок от Йерусалим, цикория (Cichorium intybus), глухарче и далия. Понякога инулинът се използва като заместител на мазнините или захарта в хранителната промишленост; 3, 4, 5, 6, 7, обаче, също има важни фармацевтични приложения като помощно вещество или стабилизатор и като инжекция за клинично измерване на бъбречната функция. Инулинът също има интересни биологични ефекти, които са мощен активатор на пътя на комплемента, когато са под формата на частици и притежават противоракови свойства 9, 10 и имуномодулиращи свойства 11, 12, 13, 14 (Фигура 1).
Инсулин или пребиотични фибри, съдържащи инулин като функционална храна. Инулинът е естествен възобновяем източник на полизахариди, произведен от различни растения в природата. Asteraceae лук: Топинамбур и цикория (Cichorium intybus) го използват като хранителна среда за съхранение. Инулинът също е компонент на глухарче и далия. Инулинът отговаря на изискванията на функционалните храни, както следва: той е част от нормалните ежедневни храни, които се консумират с нормална/обичайна диета като естествени (за разлика от синтетичните) съставки, понякога в повишени концентрации или присъстващи в храни, които обикновено не могат да осигурят и имат положителен ефект върху целевите функции, които могат да подобрят здравето и благосъстоянието, както и да намалят риска от заболяване.
Изображение в пълен размер
Инулинът като пребиотична и функционална храна
Нутригеномика в изследванията на храните и храненето
През последните години беше постигнат бърз напредък в високопроизводителните технологии и платформи за тестване на глобална иРНК, протеини, метаболити и чревна микрофлора. В резултат на това настоящите диетолози са свидетели на бързото разширяване на нутигеномиката, известна още като нутриотика, която включва транскриптомика, протеомика, метаболомика и метагеномика. Нутригеномиката е дисциплина, при която всички налични редове информация за генома и други биологични молекули се използват ефективно, за да разкрият всеки детайл от взаимодействията между диетата и човешкото тяло. 24, 25 В този преглед описваме текущото състояние на омическите подходи за изясняване на молекулярните механизми на добавяне на инулин in vivo (Фигура 2 и Таблица 1).
Приложение на омични технологии при функционална оценка на пребиотични влакна, съдържащи инулин и инулин. Диетичната интервенция с инулин може да регулира ключови физиологични функции, като липидния метаболизъм и състава на чревната микрофлора, и може да намали риска от рак. Омически технологии като транскриптомика, протеомика, метаболомика, метагеномика на чревната микрофлора и геномика на чревните микроби се използват за изясняване на функционалността на добавките с инулин.
Изображение в пълен размер
Маса в пълен размер
Транскриптомна оценка на добавките с инулин
Транскриптомиката е най-широко разпространената омическа технология в сравнение с други при изследванията на храните, поради многото предимства на ДНК микрочиповата технология, която включва сложността на данните за генна експресия, установени протоколи и висока надеждност и възпроизводимост на данните. 26, 27, 28, 29 Друг предстоящ популярен подход в транскриптомиката е РНК секвенирането, известно още като цялостно транскриптомно секвениране. В сравнение с микрочиповете, РНК секвенирането улавя по-широк диапазон от стойности на експресия с достатъчно покритие. Като цифров измервателен уред (числови данни) той измерва линейно дори при екстремни стойности, докато микрочиповете показват само наситеността на флуоресцентни сигнали от аналогов тип. Последователността на РНК допълнително предоставя информация за събития на снаждане на РНК, които не се откриват лесно от стандартни микрочипове. 32
Протеомна оценка на добавките с инулин
Двуизмерен електрофоретичен анализ на протеини от корен на цикория беше извършен преди първия период на замразяване. След разграждането на протеина с трипсин, пептидите се анализират, използвайки MS (матрично подпомогната лазерна десорбция/йонизация-време на полет/време на полет). От 881 анализирани протеинови петна, 714 протеина съответстват на достъпа до базата данни, от които 619 са разделени в следните функционални категории: метаболизъм, енергия, протеинов синтез, клетъчна структура, сгъване и стабилност, протеолиза и реакция на стрес. Важността на реакцията на абиотичен стрес беше потвърдена, тъй като 7 от 21-те най-интензивни протеинови петна са известни, че участват в студената аклиматизация, което показва основния ефект от нискотемпературния период, предшестващ събирането на корените. 43
Оценка на метаболомиката на добавките с инулин
Метаболомиката се използва широко за идентифициране на биомаркери на заболяването. Използвайки ядрено-магнитен резонанс и/или MS, можем да уловим метабола, използвайки широк спектър от аналитични методи, като осигурим стабилна и чувствителна идентификация на метаболити, произведени от микробни и гостоприемни клетки в проби от изпражнения, кръв, урина и тъкани. От методологията, фокусирана върху нецелеви и нецелеви методи, са публикувани методологии за скрининг на биохимични пътища, като централен въглероден метаболизъм, гликолиза, цикъл на трикарбоксилна киселина, аминокиселинни пътища, липидни пътища и избрани вторични метаболитни пътища. 45, 46 Тези инструменти позволяват на изследователите да определят ефектите от лечението върху метаболитния профил на гостоприемника, като анализират едновременно присъствието и количеството на хиляди метаболити. Има различни предизвикателства в анализа на метаболитите поради разнообразието от химични свойства на метаболитите, които са по-големи от броя на транскриптите и протеините. В допълнение, друг проблем възниква от широчината на редица метаболити. Анализът на метаболитите обикновено изисква използването на техники, изискващи високо ниво на умения. Въпреки тези трудности, метаболомният анализ е ефективен инструмент в областта на храненето и храненето. 47
Duan и сътр. 48 подробно анализира ефектите на приема на HFD и инулин върху състава на метаболитите на миокарда и тестисите чрез ядрено-магнитен резонанс спектроскопия. Множественият анализ на еднопосочните данни е метод с висока производителност, използван за визуализиране и ефективно извличане на информация за метаболитите, значително засегнати от интервенцията. Използвайки множество еднопосочни анализи на данни, беше установено, че HFD индуцира метаболитни промени в тестисите на плъхове и миокарда, участващи в β-окислението на мастните киселини, заедно с метаболизма на холин, аминокиселина, пурин и пиримидин, дори преди HFD. качване на тегло. Приемът на инулин отслабва някои метаболитни промени, индуцирани от HFD в миокарда (3-НВ, лактат и гуанозин) и тестикуларните тъкани (3-НВ, инозин и бетаин). Тези наблюдения предполагат, че инулинът е повлиял индуцирани от HFD метаболитни промени и илюстрират, че множественият анализ на еднопосочните данни е алтернативен метод в метаболомичния анализ.
De Preter и сътр. 49 демонстрира, че добавянето на инулин модулира in vitro профила на метаболизма на фекалиите. Фекалните проби, получени от здрави индивиди, се инкубират анаеробно при 37 ° С с или без увеличаване на дозите инулин и се оценяват промените в метаболитния модел и рН. Общо 107 различни летливи органични съединения бяха идентифицирани и класифицирани според техните химически класове. Концентрациите на естери, киселини и някои алдехиди се увеличават значително с увеличаване на дозите инулин. Инулинът от своя страна инхибира образуването на S-съединения по зависим от дозата начин. В допълнение, образуването на други метаболити на протеинова ферментация, като фенолни съединения, се инхибира в присъствието на инулин.
Оценка на добавката на чревен микробиом инулин чрез метагеномичен подход
Чревната микрофлора се състои от всички микроорганизми, обитаващи стомашно-чревния тракт. При повечето бозайници чревната микрофлора е доминирана от четири бактериални фила, Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria и Proteobacteria, които изпълняват задачи, които определят здравето на гостоприемника. Червата се обитават предимно от бактерии с големи размери
100 трилиона клетки, което е приблизително три пъти повече от броя на клетките в човешкото тяло 51 и има обширни метаболитни възможности. 50 Чревната микрофлора, която заедно с еукариотните клетки гостоприемник образува уникална чревна екосистема, по този начин се състои от прокариотни клетки и често се нарича измерим и функционален орган. През последните години чревният микробиол може да бъде изчерпателно анализиран, като се използва следващо поколение последователност на ДНК и секвенция на 16S rRNA гени. 53, 54, 55 Едно от предимствата е, че профилирането на микробната общност, използвайки 16S рРНК гени, ни позволява да придобием представа за стотици микробни общности едновременно. 56 В зависимост от начина на живот и хранителния статус на гостоприемника, бактериалните съобщества се различават по състав по храносмилателния тракт и се адаптират към живота. 57
В ново проучване на Everard et al. За изследване на цели, участващи в отговора на гостоприемника по време на затлъстяване при мишки, лекувани с олигофруктоза, 10-седмични мишки C57BL/6J са хранени с CT, CT, допълнена с олигофруктоза (0,3 g на мишка на ден) добавя се в чешмяна вода (CT) -Pre), HFD (60% мазнини и 20% въглехидрати (kcal на 100 g) или HFD, допълнена с олигофруктоза (0,3 g на мишка на ден), добавена във вода от чешмата (HFD-Pre) Metagenomic секвенирането разкри, че лечението с HFD и пребиотиците значително променя чревния микробиол на различни таксономични нива. Получените профили за групите HFD, Pre, HFD-Pre и CT се наблюдават от функционални анализи, базирани на появата на клъстери от ортологични групи протеини. чревна микрофлора индуцирано от пребиотична намеса противодейства на възпаление, индуцирано от HFD и свързани метаболитни нарушения.
Геномна оценка на ефекта от добавянето на инулин върху чревните микроби
В този преглед ние подчертахме няколко проучвания, които анализираха ефекта от добавянето на инулин, използвайки различни омически технологии, като транскриптомика, протеомика, метаболомика и метагеномика. Геномни технологии, като количествена полимеразна верижна реакция, 58 флуоресцентна in situ хибридизация, 59 и in situ хибридизация с 16S рРНК-насочени сонди, 60 също са някои от популярните омотични технологии, които са използвани за интерпретиране на инулиновата намеса. Друг геномен подход включва прилагане на последователност от библиотека от 16S рРНК генни клонинги, използвайки капилярен секвенсор. 61
Странични ефекти на високи дози инулин
Въпреки че сме се фокусирали главно върху проучвания, които подчертават полезните свойства на добавките с инулин, се съобщава, че високите дози инулин имат няколко странични ефекти. Ефектите от ежедневния прием на 14 g инулин, добавен към нискомаслено разпространение върху липидите в кръвта на гладно и стомашно-чревните симптоми са изследвани при 64 млади здрави жени в рандомизирано двойно-сляпо кръстосано проучване. Инулинът няма ефект върху концентрацията на липиди в кръвта. Интересното е, че стомашно-чревните симптоми, оценени от въпросниците, показват, че има значително по-висока степен на стомашно-чревни симптоми по време на периода на прием на инулин, като подуване на корема, подуване на корема, спазми в стомаха и червата и тътен в стомаха и червата. 68 Bonnema et al. 69 извърши двойно-сляпо, рандомизирано, плацебо-контролирано, кръстосано проучване в стомашно-чревния толеранс на две инулинови влакна: по-късоверижна олигофруктоза и естествен инулин в дози от 5 и 10 g при 26 здрави мъже и жени на възраст 18-18 години. 60 години. Наблюдавано е, че дози до 10 g естествен инулин и до 5 g на ден олигофруктоза се понасят добре.