Acetyloceluloza: nowy prebiotyk zapobiegający przybieraniu na wadze za pośrednictwem mikrobiomu

Naukowcy z RIKEN, we współpracy z grupami z Uniwersytetu Tokijskiego i Uniwersytetu w Kioto pod przewodnictwem dr. Tadashi Takeuchi, opublikowali w czasopiśmie Cell Metabolism pierwszą kompleksową ocenę acetylowanej celulozy (AceCel) jako prebiotyku, który może znacząco ograniczyć przyrost masy ciała u myszy poprzez modulację mikrobiomu jelitowego i metabolizmu składników odżywczych.

Dlaczego AceCel?

Tradycyjne prebiotyki (inulina, oligofruktoza) stanowią pożywienie dla szerokiej gamy bakterii, ale nie selektywnie. AceCel to celuloza, do której podstawniki acetylowe są kowalencyjnie przyłączone do 1/3 grup hydroksylowych, tworząc substrat tylko dla specyficznych bakterii hermeneutycznych, głównie Bacteroides thetaiotaomicron, zdolnych do rozszczepiania wiązań acetylowanych.

Projekt eksperymentalny

1. Skład diety: Myszom na diecie składającej się w 60% z tłuszczu (model DIO) podawano 5% AceCel, ekwimolarny wypełniacz celulozowy lub nie podawano żadnych dodatków.
2. Monitorowanie masy ciała i metabolizmu: masę ciała, zachowania żywieniowe, OGTT i pomiary insulinooporności monitorowano przez 8 tygodni.
3. Mikrobiota: sekwencjonowanie 16S rRNA kału w 2., 4. i 8. tygodniu.
4. Mechanizm: Następnie myszy gnotobiotyczne pozbawione mikrobioty skolonizowano bakterią B. thetaiotaomicron z udziałem i bez AceCel.
5. Metabolomika i transkryptomika wątroby i jelit: pomiar kwasów tłuszczowych o krótkich łańcuchach (SCFA), octanu i transkryptów kluczowych genów zaangażowanych w metabolizm węglowodanów i lipidów.

Kluczowe wyniki

• Ograniczenie przyrostu masy ciała: W ciągu 8 tygodni myszy otrzymujące AceCel przybrały na wadze jedynie 8% swojej masy ciała, w porównaniu do 30% w grupie kontrolnej i 28% w grupie otrzymującej zwykłą celulozę.
• Poprawa profilu glikemicznego: AUC zmniejszyło się o 25% (p<0,01), HOMA-IR spadło o 30% (p<0,05).
• Mikrobiom:
  • AceCel wywołał dziesięciokrotny wzrost B. thetaiotaomicron w czwartym tygodniu i zahamował wzrost Firmicutes.
  • Eksperymenty gnotobiotyczne potwierdziły, że bez B. thetaiotaomicron efekt AceCel zanika, co podkreśla kluczową rolę tego gatunku.

• SCFA i anion octanowy:

  • Stężenie octanu w kale wzrosło o 40% (p<0,01), ale jego stężenie ogólnoustrojowe spadło, co wskazuje na zwiększone wchłanianie przez bakterie.

• Metabolizm wątrobowy:

  • Transkryptomika wykazała spadek ekspresji Gck i Pklr (enzymów glikolitycznych) oraz wzrost Cpt1a i Ppara (β-oksydacja tłuszczów).
  • Profil lipidowy wątroby charakteryzował się 35% spadkiem stężenia trójglicerydów (p<0,05).

„AceCel to nowy sposób nie tylko na odżywienie mikrobioty, ale także na zmuszenie jej do „kradzenia” węglowodanów od gospodarza, a tym samym do zmiany równowagi energetycznej” – komentuje dr Takeuchi.

Bezpieczeństwo i perspektywy

• Dane eksperymentalne nie wykazały reakcji zapalnej w jelitach lub wątrobie i nie zmieniły parametrów czynnościowych narządów (ALT, AST).
• Następne kroki: badania kliniczne na ludziach mające na celu ocenę tolerancji, wpływu na mikrobiotę i metabolizm węglowodanów.
• Optymalizacja przygotowania: stopień acetylacji, wielkość frakcji i połączenie z probiotykami ( zużycie B. thetaiotaomicron?) są przedmiotem dalszych badań.

Autorzy artykułu formułują kilka kluczowych uwag:

• Selektywność mechanizmu
  „AceCel wykazuje unikalny efekt prebiotyczny: zamiast odżywiać szeroką grupę drobnoustrojów, wybiera konkretny szczep Bacteroides thetaiotaomicron, przekierowując węglowodany z gospodarza do metabolizmu drobnoustrojów” – zauważa dr Tadashi Takeuchi, starszy autor badania.

• Rola mikrobioty jako „konkurenta”
  „Nasze eksperymenty gnotobiotyczne wyraźnie pokazały, że bez B. thetaiotaomicron AceCel nie działa. To wskazuje, że prebiotyki mogą działać poprzez zwiększanie konkurencji o składniki odżywcze w jelitach” – wyjaśnia współautor, dr Ikeda.

• Potencjał dla ludzi.
  „Chociaż obserwujemy silny efekt u myszy, ważne jest, aby przetestować tolerancję i dynamikę metaboliczną AceCel u ludzi” – mówi dr Sato. „Kolejne badania kliniczne powinny obejmować dogłębną analizę mikrobioty pacjentów i metabolomiki”.

• Bezpieczeństwo
  „W naszych modelach przedklinicznych nie stwierdzono żadnych oznak stanu zapalnego ani uszkodzeń tkanek jelit ani wątroby, co uzasadnia przejście do badań na ludziach” – dodaje dr Nakamoto.

Komentarze te podkreślają, że AceCel to obiecujący prebiotyk nowej generacji, ale jego kliniczne zastosowanie wymaga starannej oceny bezpieczeństwa i mechanizmów działania u ludzi.

AceCel toruje drogę dla nowej generacji prebiotyków, które działają nie tylko poprzez stymulację korzystnych bakterii, ale także poprzez konkurencyjne wychwytywanie substratów odżywczych, otwierając perspektywę precyzyjnej terapii mikrobiologicznej i odżywczej w przypadku otyłości i zespołu metabolicznego.