Наночастицы в пище могут изменить поведение кишечных бактерий
Новое исследование наночастиц в пищевых продуктах позволило по-новому взглянуть на их влияние на кишечные бактерии.
Исследователи из университетского медицинского центра Майнца в Германии и коллеги из других центров в Германии, Австрии и США обнаружили, что ультрамалые частицы могут связываться с кишечными бактериями.
В исследовательской статье об их работе, которая теперь публикуется в журнале npj Наука о еде - авторы объясняют, как прикрепление к наночастицам может изменить жизненный цикл кишечных бактерий и их взаимодействие с организмом хозяина.
Результаты должны быть полезны как для медицины, так и для пищевой промышленности. Они могут, например, привести к исследованию использования наночастиц в пробиотиках.
Одним из примеров этого является наблюдение ученых, что синтетические наночастицы могут предотвратить заражение путем Helicobacter pylori.
Хеликобактер пилори это бактерия, которая растет в слизистой оболочке желудка человека. Он представляет большой интерес для многих ученых из-за его сложной связи с раком.
«До наших исследований, - говорит старший автор исследования Роланд Х. Штаубер, профессор отделения отоларингологии, хирургии головы и шеи Медицинского центра Университета Майнца, - никто не изучал, влияют ли нанодобавки непосредственно на флору желудочно-кишечного тракта и каким образом. . »
Использование наночастиц быстро растет
Нанотехнология манипулирует материалами в нанометровом масштабе, который примерно такой же, как у атомов и молекул. Один нанометр равен 1 миллиардной метра, что означает, что в 1 дюйме их 25 400 000 штук.
В своем исследовании профессор Штаубер и его коллеги описывают, как использование наночастиц быстро растет во многих областях. Они варьируются от медицины и сельского хозяйства до производства средств личной гигиены и пищевой промышленности.
Например, пищевая промышленность использует синтетические наночастицы для осветления и окрашивания пищи, доставки питательных веществ и предотвращения инфекций.
Все они могут попадать в кишечник человека «как часть продуктов и напитков с наноактивными веществами», - сообщают авторы исследования.
Наночастицы представляют интерес не только потому, что они очень малы, но и потому, что материалы, из которых они состоят, обладают уникальными свойствами в наномасштабе.
По сравнению с более крупными частицами, полученными из тех же материалов, наночастицы имеют гораздо большую площадь поверхности по сравнению с их размером, обладают «большим броуновским движением» и способны преодолевать биологические барьеры. Эти барьеры включают слой слизи, выстилающий ткани, такие как кишечник.
По этим причинам их судьба в кишечнике человека, вероятно, будет сильно отличаться от судьбы более крупных аналогов, полученных из тех же материалов.
По словам авторов исследования, «поэтому важно убедиться, что любые пищевые ингредиенты с наночастицами безопасны для использования в пищевых продуктах».
Кишечник человека и его микробиом
Кишечник человека, или желудочно-кишечный тракт, переваривает около 60 тонн пищи в течение средней продолжительности жизни. За тысячелетия между кишечником человека и огромными колониями микробов, которые его населяют, сложились сложные и взаимовыгодные отношения.
По мере развития партнерства кишечные микробы стали играть ключевую роль в здоровье и болезнях человека.
Микроорганизмы кишечника состоят в основном из бактерий; они также включают грибы, вирусы и одноклеточные организмы, называемые простейшими.
Ученые используют термин микробиом кишечника для обозначения суммы всех геномов триллионов микроорганизмов в кишечнике.
3 миллиона генов в микробиоме кишечника значительно превосходят 23 000 генов в геноме человека. Они также производят тысячи небольших молекул, которые выполняют множество функций в организме человека-хозяина.
Таким образом, кишечные бактерии помогают переваривать пищу, собирать энергию, контролировать иммунитет и защищать от патогенов.
Однако дисбаланс в микробиоме кишечника может нарушить эти важные функции, чтобы либо вызвать болезнь, либо не защитить от нее.
Исследования связывают дисбаланс микробиома с сердечно-сосудистыми заболеваниями, аллергией, раком, ожирением и психическими заболеваниями.
Все наночастицы связываются с кишечными бактериями
Профессор Штаубер и его коллеги поставили эксперименты, в которых они могли изучить эффекты широкого спектра синтетических наночастиц.
Эти эксперименты моделировали путешествия, которые могут совершать различные частицы, когда они проходят через разные части кишечника и сталкиваются с различными бактериями.
Главный результат заключался в том, что все «используемые в настоящее время или потенциальные будущие наноразмерные пищевые добавки» продемонстрировали способность связываться с бактериями в кишечнике.
Наночастицы связываются со всеми видами бактерий, включая «пробиотические» виды, которые могут размножаться в молочных продуктах, таких как йогурт.
Хотя все синтетические наночастицы, которые они тестировали, прикреплялись к бактериям, исследователи заметили различия в их связывающих свойствах.
Связавшись с наночастицами, бактерии меняли свое поведение одними способами, которые могли оказаться полезными, а другими - нет.
Потенциальным результатом, который может принести пользу, является подавление инфекций, например, с помощью Хеликобактер пилори. Команда сделала это открытие, экспериментируя с наночастицами кремнезема в культурах клеток.
Однако потенциально тревожная перспектива, которая возникла в других экспериментах, заключалась в том, что связывание с наночастицами может сделать некоторые недружелюбные бактерии менее заметными для иммунной системы. Такой результат может, например, усилить воспалительные реакции.
Авторы подчеркивают, что пища также содержит наночастицы природного происхождения, некоторые из которых могут попадать в пищу во время приготовления.
Команда также провела эксперименты с природными наночастицами и была удивлена, обнаружив результаты, аналогичные результатам экспериментов с синтетическими наночастицами.
«Вызывает недоумение то, что мы смогли также выделить наночастицы природного происхождения из продуктов питания, таких как пиво, которые показали аналогичные эффекты».
Проф. Роланд Х. Штаубер
