Nutrients 2021, 13, 189.
doi.org
Effects of Iron and Zinc Biofortified Foods on Gut Microbiota In Vivo (Gallus gallus): A Systematic Review
Mariana Juste Contin Gomes, Hércia Stampini Duarte Martino, Elad Tako
Влияние биообогащенных железом и цинком продуктов на микробиоту кишечника in vivo (Gallus gallus): систематический обзор
Аннотация
Дефицит в рационе питания витаминов и минералов, таких как железо (Fe), цинк (Zn), витамин А, йод и фолиевая кислота, представляет собой распространенную проблему здравоохранения во всем мире и имеет значительные физиологические последствия. Дефицит железа является наиболее распространенным расстройством питания, от которого страдают примерно два миллиарда человек в мире.
Дефицит цинка – второй по распространенности, он регистрируется примерно у 17% населения земного шара. В рамках борьбы, направленной на снижение распространенности дефицита питательных микроэлементов в рационе питания, было создано несколько правительственных программ и разработаны стратегии для эффективного производства биообогащенных и витаминизированных пищевых продуктов с содержанием железа и цинка.
Биообогащение, или биофортификация – это процесс традиционного выращивания основных продовольственных культур, богатых микроэлементами, такими как витамин А, Zn и Fe. Биофортификация – это подход, направленный на повышение питательной ценности основных продуктов питания, потребляемых соответствующими целевыми группами населения, которые в наибольшей степени страдают от дефицита определенных питательных веществ с потенциальным или существующим недоеданием. Предыдущие исследования показали, что потребление биообогащенных продуктов, таких как фасоль, рис, сладкий картофель и тыква, позволило увеличить поступление в организм питательных микроэлементов с пищей и, следовательно, улучшить физиологический статус и общее состояние здоровья населения. В связи с получением большего количества целевых питательных веществ и как часть процесса биофортификации продукты, выбранные в рамках программ биофортификации, также богаты другими соединениями, которые могут повлиять на общее состояние здоровья. Пищевая матрица биообогащенных продуктов может оказывать различное воздействие на микробиоту кишечника и модулировать таксоны бактерий в толстой кишке. В этом обзоре мы представляем влияние биофортифицированных пищевых продуктов , (таких как мука или растворимые экстракты) с микроэлементами или их фракциями на микробиоту кишечника in vivo. В обзор были включены только исследования на животных моделях, в которых была соответствующая контрольная группа, состоящая из тестируемого пищевого продукта или его обычной/небиообогащенной фракции. Например, фасоль обыкновенная является мишенью для биофортификации благодаря ее многочисленным полезным свойствам для здоровья, таким как противовоспалительное, антиоксидантное действие и способность снижать риск сердечно-сосудистых заболеваний in vivo, антигиперлипидемические и антигипертензивные свойства, продемонстрированные in vitro. Кроме того, несколько правительственных программ были направлены на обогащение пищевых продуктов, которые осуществляются в промышленных масштабах и направлены на увеличение количества питательных микроэлементов, потребляемых с помощью основных продуктов питания.
Ранее было установлено, что желудочно-кишечный тракт человека населяет разнообразная и сложная микробиота, состоящая из триллионов микроорганизмов, которые распределяются по кишечнику в симбиозе со своим хозяином. Изобилие этого микробиома модулируется несколькими внешними и внутренними факторами, среди которых можно назвать пищевые привычки субъекта и структуру питания. Ранее в научной литературе существовало понятие «здоровый микробный профиль кишечника», который состоит из короткоцепочечных жирных кислот (SCFA), продуцирующих бактерии, которые приносят пользу хозяину, регулируя гомеостаз кишечника, способствуя усвоению минералов благодаря эффективной функциональности щеточной каймы мембраны двенадцатиперстной кишки (BBM). Кроме того, было высказано предположение о благоприятном профиле бактериальных таксонов для снижения частоты предраковых поражений и опухолей in vivo и способности задерживать прогрессирование рака, связанного с воспалительными заболеваниями кишечника.
Экспериментальных исследований, в которых оценивалось влияние продуктов, обогащенных микроэлементами, на микробиоту кишечника, недостаточно. Существует несколько клинических исследований, которые оценивают эти эффекты, однако они проводились с популяциями малышей, у которых все еще формируются пищевые привычки, которые постоянно меняются. Кроме того, частое применение антибиотиков может привести к тому, что у этих популяций не будет устойчивой кишечной микробиоты. Напротив, недавно была исследована роль диетических биообогащенных продуктов и то, как они могут влиять на состав и функцию микробиома кишечника. Несмотря на имеющиеся знания о влиянии биообогащенных продуктов на биодоступность минеральных веществ в рационе, нет доказательств того, что повышенная концентрация микроэлементов и минералов в составе полноценного питания (содержащего пищевые волокна, белки, липиды) оказывает благотворное влияние на микробиоту кишечника in vivo.
Материалы и методы
Этот систематический обзор был проведен в соответствии с предпочтительной формой отчетности Материалы для протоколов систематического обзора и метаанализа (PRISMA) и зарегистрирован в PROSPERO (CRD42020184221). Исследовательский вопрос, подлежащий рассмотрению, звучал так: «Каково влияние потребления биофортифицированных продуктов с некоторыми микроэлементами на микробиоту кишечника моделей in vivo»? Это первое исследование, в котором рассматривается влияние биофортифицированных продуктов на микробиоту кишечника.
Поиск статей проводился в базах данных PubMed, Web of Science, ScienceDirect и Scopus для экспериментальных исследований, проведенных на моделях животных, в которых оценивалось влияние биофортифицированных пищевых продуктов на микробиоту кишечника. Фильтры использовались для отбора статей, опубликованных с января 2010 года по декабрь 2020 года. Последней датой поиска было 4 декабря 2020 года.
Пять оригинальных работ, отобранных и включенных в настоящий систематический обзор, были выполнены в Соединенных Штатах, а экспериментальной моделью, которая использовалась, был бройлер корнишского кросса (Gallus gallus). В четырех исследованиях использовались цыплята Gallus gallus, самцы и самки, начиная со дня вылупления, а в двух исследованиях эксперимент проводился на эмбриональной стадии (Gallus gallus).
Исследования были основаны на потреблении биообогащенных пищевых продуктов, содержащих микроэлементы. В трех исследованиях оценивались обогащенннные железом бобы кариоки (Phaseolus vulgaris L.), в одном исследовании оценивалась обогащенная железом пшеница (Triticum aestivum), и в одном оценивалась обогащенная цинком пшеница.
Во всех включенных в обзор исследованиях сравнивали биообогащенную пищу со стандартной пищей. Предлагаемая дозировка варьировала в зависимости от конкретного исследования, и все рассмотренные исследования были разными. Reed et al. протестировали 75% биообогащенной цинком пшеницы в рационе, в общей сложности 46,5 мкг Zn/г; Reed et al. протестировали 34,6% биообогащенных железом бобов в рационе, в общей сложности 48,7 мкг Fe/г; Dias et al. протестировали 42% биообогащенных железом бобов в рационе, в общей сложности 47,04 мкг Fe/г; Dias et al. использовали внутриамниотическое введение (кормление in ovo) in vivo и оценили эффекты 50 мг/мл биообогащенного железом биорастворимого экстракта фасоли на яйцо; и Beasley et al. протестировали в первом исследовании (путем внутриамниотического введения) 50 мг/мл растворимого экстракта из биообогащенной железом пшеницы, а в последовательном исследовании оценили 80% биообогащенной железом пшеницы в рационе, в общей сложности 28,9 мкг Fe/г.
Основные выводы
Рассмотренные экспериментальные исследования показали, что биообогащенные железом и цинком продукты обеспечивают несколько преимуществ для здоровья хозяина и улучшают бактериальный профиль кишечника, что приводит к его более здоровому состоянию.
Из пяти оцененных исследований в трех, где проводилось секвенирование гена 16S рРНК, сообщалось о значительных различиях в β-разнообразии между биообогащенными продуктами питания и контрольными группами. В двух исследованиях сообщалось о значительном увеличении Firmicutes, а в одном исследовании сообщалось о сокращении типа Firmicutes. Только в одном исследовании сообщалось о значительном увеличении числа Bacteroidetes после употребления биообогащенной пищи. Положительные результаты, связанные с бактериями, продуцирующими короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA), были показаны в большинстве рассмотренных исследований. Эти результаты включают увеличение численности молочнокислых бактерий, бактерий, продуцирующих бутираты, и общее увеличение количества полезных бактерий, продуцирующих SCFA, что приводит к увеличению продукции SCFA (уксусной, пропионовой и валериановой кислот). Кроме того, наблюдалось увеличение численности пробиотиков Bifidobacterium и Lactobacillus в группе, питавшейся продуктами, биообогащенными железом, а в двух исследованиях сообщалось об увеличении количества бактерий, связанных с фенольным катаболизмом, в группе, получавшей диету на основе продуктов, биообогащенных железом.
Выводы
Биофортификация пищевых продуктов – это стратегия, направленная на увеличение снабжения различных групп населения микроэлементами, витаминами и минералами. Однако изучение влияния этих продуктов на кишечную микробиоту имеет решающее значение для дальнейшего выяснения потенциального благотворного воздействия на функциональность кишечника хозяина и общее состояние здоровья. Несмотря на высокую индивидуальную вариабельность состава микробиоты, экспериментальные результаты показали, что потребление биообогащенных железом и цинком продуктов изменяет местную микробную экологию, увеличивает численность бактерий, продуцирующих SFCA, и снижает численность потенциально патогенных бактерий, таких как Streptococcus, Escherichia и Enterobacter. Этот обзор поддерживает перспективное использование биообогащенных железом и цинком продуктов с целью увеличения колонизации микробных таксонов полезными бактериями и, следовательно, для потенциального улучшения здоровья кишечника хозяина. Потенциальная польза для микробиоты кишечника была подтверждена при потреблении около 50% рациона на основе биообогащенного материала. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы увеличить доказательную базу, полученную в этом систематическом обзоре, подтвердить количество биообогащенных продуктов, которые оказывают реальное благотворное влияние на микробиоту кишечника на животной модели и у людей, а также разработать стратегии общественного здравоохранения для усиления программ биофортификации и поощрения потребления этих продуктов во всем мире.
