obiecte
abstract
Inulina, o sursă naturală de polizaharidă regenerabilă produsă de diferite plante din natură, se spune că are o serie de aplicații farmaceutice și alimentare diferite. Recent, s-au făcut progrese rapide în tehnologiile și platformele de mare viteză pentru testarea ARNm global, proteinelor, metaboliților și microflorei intestinale. În această revizuire, descriem starea actuală de utilizare a tehnologiilor omice pentru a elucida efectul inulinei și al prebioticelor care conțin inulină asupra transcriptomului, proteomului, metabolomului și nivelurilor microbilor intestinali. Deși multe studii din această revizuire abordează impactul inulinei într-un mod complex, aceste tehnologii omice ne permit să înțelegem informațiile fiziologice la fiecare etapă a ARNm, proteine, metabolit și microb intestinal. Credem că o abordare sinergică este vitală pentru a ilustra pe deplin frumusețea complexă din spatele impactului relativ modest al factorilor alimentari precum inulina asupra sănătății gazdei.
Introducere: ce este inulina?
αD-glucopiranozil- [αD-fructofuranozil] (n-1) -D-fructofuranozid sau β-glucopiranozil- [D-fructofuranozil] (n-1) -D-fructofuranozil, cunoscut și sub numele de inulină, este o sursă naturală de polizaharide regenerabilă a produs diverse plante în natură cu un număr semnificativ de aplicații farmaceutice și alimentare diferite. Ceapa Asteraceae o folosește ca mijloc de stocare a nutrienților. 1 Datorită proprietăților sale nutriționale excelente, utilizarea sa în produsele alimentare a crescut în ultimii ani. Se folosește uneori în loc de zahăr, grăsime și făină. Inulina este inclusă în anghinare din Ierusalim, cicoare (Cichorium intybus), păpădie și dalie. Inulina este uneori folosită ca înlocuitor pentru grăsimi sau zahăr în industria alimentară; Cu toate acestea, 3, 4, 5, 6, 7 are și aplicații farmaceutice importante ca excipient sau stabilizator și ca injectabil pentru măsurarea clinică a funcției renale. În plus, inulina are efecte biologice interesante, care sunt un activator puternic al căii complementului atunci când sunt sub formă de particule și au proprietăți anticanceroase 9, 10 și proprietăți imunomodulatoare 11, 12, 13, 14 (Figura 1).
Insulină sau fibre prebiotice care conțin inulină ca aliment funcțional. Inulina este o sursă naturală de polizaharidă regenerabilă produsă de diferite plante din natură. Ceapa Asteraceae: anghinarea și cicoarea din Ierusalim (Cichorium intybus) o folosesc ca mediu de stocare a nutrienților. Inulina este, de asemenea, o componentă a păpădiei și a daliei. Inulina îndeplinește cerințele alimentelor funcționale după cum urmează: face parte din alimentele normale de zi cu zi care sunt consumate cu o dietă normală/obișnuită ca ingrediente naturale (spre deosebire de cele sintetice), uneori în concentrații crescute sau prezente în alimente care ar putea să nu ofere în mod normal și au un efect pozitiv asupra funcțiilor țintă care pot îmbunătăți sănătatea și bunăstarea, precum și reduce riscul de boli.
Imagine la dimensiune completă
Inulina ca aliment prebiotic și funcțional
Nutrigenomica în cercetarea alimentară și nutrițională
În ultimii ani, s-au făcut progrese rapide în tehnologiile și platformele de mare viteză pentru testarea ARNm global, proteinelor, metaboliților și microflorei intestinale. Ca urmare, nutriționiștii actuali asistă la expansiunea rapidă a nutigenomicii, cunoscută și sub numele de nutriotici, care include transcriptomica, proteomica, metabolomica și metagenomica. Nutrigenomica este o disciplină în care toate liniile de informații disponibile despre genom și alte molecule biologice sunt utilizate în mod eficient pentru a dezvălui fiecare detaliu al interacțiunilor dintre dietă și corpul uman. 24, 25 În această revizuire, descriem starea actuală a abordărilor omice pentru a elucida mecanismele moleculare ale suplimentării inulinei in vivo (Figura 2 și Tabelul 1).
Aplicarea tehnologiilor omice în evaluarea funcțională a fibrelor prebiotice care conțin inulină și inulină. Intervenția dietetică a inulinei poate regla funcțiile fiziologice cheie, cum ar fi metabolismul lipidic și compoziția microflorei intestinale și poate reduce riscul de cancer. Tehnologiile omice, cum ar fi transcriptomica, proteomica, metabolomica, metagenomica microflorei intestinale și genomica microbilor intestinali sunt utilizate pentru a elucida funcționalitatea suplimentării cu inulină.
Imagine la dimensiune completă
Tabel în dimensiune completă
Evaluarea transcriptomică a suplimentării cu inulină
Transcriptomica este cea mai răspândită tehnologie omică în comparație cu altele în cercetarea alimentară, datorită numeroaselor avantaje ale tehnologiei microarray ADN, care include complexitatea datelor de expresie genică, protocoalele stabilite și fiabilitatea și reproductibilitatea ridicate a datelor. 26, 27, 28, 29 O altă abordare populară viitoare în transcriptomică este secvențierea ARN, cunoscută și sub numele de secvențierea transcriptomului întreg. Comparativ cu microarrays, secvențierea ARN captează o gamă mai largă de valori de expresie cu acoperire suficientă. Ca contor digital (date numerice), măsoară liniar chiar și la valori extreme, în timp ce microarrays arată doar saturația semnalelor fluorescente de tip analog. Secvențierea ARN oferă în plus informații despre evenimentele de îmbinare a ARN care nu sunt ușor de detectat de către microarrays-urile standard. 32
Evaluarea proteomică a suplimentării cu inulină
Analiza electroforetică bidimensională a proteinelor din rădăcina de cicoare a fost efectuată înainte de prima perioadă de îngheț. După digestia cu tripsină a proteinei, peptidele au fost analizate utilizând MS (desorbție cu laser matriciat/ionizare-timp de zbor/timp de zbor). Din cele 881 de pete proteice analizate, 714 proteine au corespuns accesului la baza de date, dintre care 619 au fost împărțite în următoarele categorii funcționale: metabolism, energie, sinteză proteică, structură celulară, pliere și stabilitate, proteoliză și răspuns la stres. Importanța răspunsului la stres abiotic a fost confirmată deoarece 7 din cele mai intense 21 de pete proteice observate sunt cunoscute pentru a participa la aclimatizarea la rece, indicând efectul principal al perioadei de temperatură scăzută care a precedat recoltarea rădăcinii. 43
Evaluarea metabolomică a suplimentării cu inulină
Metabolomica este utilizată pe scară largă pentru a identifica biomarkerii bolii. Folosind rezonanța magnetică nucleară și/sau MS, putem captura metabolo folosind o gamă largă de metode analitice, oferind o identificare robustă și sensibilă a metaboliților produși de microbi și celule gazdă din probele de scaun, sânge, urină și țesut. Din metodologia axată pe metode non-țintă și ne-țintă, au fost publicate metodologii pentru screening-ul căilor biochimice, cum ar fi metabolismul central al carbonului, glicoliza, ciclul acidului tricarboxilic, căile aminoacizilor, căile lipidice și căile metabolice secundare selectate. 45, 46 Aceste instrumente permit cercetătorilor să determine efectele tratamentului asupra profilului metabolic al unei gazde analizând simultan prezența și cantitatea a mii de metaboliți. Există diferite provocări în analiza metaboliților datorită diversității proprietăților chimice ale metaboliților care sunt mai mari decât numărul de transcrieri și proteine. În plus, o altă problemă apare din lățimea unui număr de metaboliți. Analiza metaboliților necesită de obicei utilizarea unor tehnici care necesită un nivel ridicat de calificare. În ciuda acestor dificultăți, analiza metabolomului este un instrument eficient în domeniul nutriției și nutriției. 47
Duan și colab. 48 a analizat în mod cuprinzător efectele HFD și ale absorbției inulinei asupra compoziției metaboliților miocardici și testiculari prin spectroscopie de rezonanță magnetică nucleară. Analiza multiplă a datelor unidirecționale este o metodă de mare viteză utilizată pentru a vizualiza și extrage eficient informații despre metaboliții afectați semnificativ de intervenție. Folosind analize multiple de date unidirecționale, s-a constatat că HFD induce modificări metabolice la testiculele șobolanilor și miocardului implicate în β-oxidarea acizilor grași, împreună cu metabolismul colinei, aminoacizilor, purinei și pirimidinei, chiar înainte de HFD. creștere în greutate. Aportul de inulină a atenuat unele dintre modificările metabolice induse de HFD în miocard (3-HB, lactat și guanozină) și țesuturile testiculare (3-HB, inozină și betaină). Aceste observații sugerează că inulina a afectat modificările metabolice induse de HFD și au ilustrat că analiza multiplă a datelor unidirecționale este o metodă alternativă în analiza metabolomicii.
De Preter și colab. 49 a demonstrat că suplimentarea cu inulină modulează profilul in vitro al metabolismului fecal. Probele de fecale obținute de la indivizi sănătoși au fost incubate anaerob la 37 ° C cu sau fără doze crescute de inulină și s-au evaluat modificările modelului metabolic și pH-ului. Un total de 107 compuși organici volatili diferiți au fost identificați și clasificați în funcție de clasele lor chimice. Concentrațiile de esteri, acizi și unele aldehide au crescut semnificativ odată cu creșterea dozelor de inulină. La rândul său, inulina a inhibat formarea compușilor S într-un mod dependent de doză. În plus, formarea altor metaboliți de fermentare a proteinelor, cum ar fi compușii fenolici, a fost inhibată în prezența inulinei.
Evaluarea suplimentării cu inulină a microbiomului intestinal prin abord metagenomic
Microflora intestinală este formată din toate microorganismele care locuiesc în tractul gastro-intestinal. La majoritatea mamiferelor, microflora intestinală este dominată de patru filuri bacteriene, Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria și Proteobacteria, care îndeplinesc sarcini care definesc sănătatea gazdei. Intestinul este locuit în principal de bacterii de dimensiuni
100 trilioane de celule, ceea ce reprezintă aproximativ de trei ori numărul de celule din corpul uman 51 și are capacități metabolice extinse. 50 Microflora intestinală, care împreună cu celulele eucariote gazdă formează un ecosistem intestinal unic, constă astfel din celule procariote și este adesea menționată ca un organ măsurabil și funcțional. În ultimii ani, microbiolul intestinal poate fi analizat în mod cuprinzător folosind secvențierea ADN-ului întreg de generație următoare și secvențierea genei 16S rRNA. 53, 54, 55 Unul dintre avantaje este că profilarea comunității microbiene folosind gene 16S rARN ne permite să obținem informații despre sute de comunități microbiene simultan. 56 În funcție de stilul de viață și starea nutrițională a gazdei, comunitățile bacteriene diferă prin compoziție de-a lungul tractului digestiv și se adaptează la viață. 57
Într-un nou studiu realizat de Everard și colab. Pentru a examina țintele implicate în răspunsul gazdei în timpul obezității la șoarecii tratați cu oligofructoză, șoarecii C57BL/6J în vârstă de 10 săptămâni au fost hrăniți cu CT, CT suplimentat cu oligofructoză (0,3 g pe șoarece pe zi) adăugat în apă de la robinet (CT) -Pre), HFD (60% grăsimi și 20% carbohidrați (kcal la 100 g) sau HFD suplimentat cu oligofructoză (0,3 g pe șoarece pe zi) adăugat în apă de la robinet (HFD-Pre) Metagenomic secvențierea a arătat că HFD și tratamentul prebiotic au modificat semnificativ microbiolul intestinal la diferite niveluri taxonomice. Profilurile rezultate pentru grupurile HFD, Pre, HFD-Pre și CT au fost observate din analize funcționale bazate pe apariția grupurilor de grupuri ortologice de proteine. indusă de intervenția prebiotică a contracarat inflamația indusă de HFD și tulburările metabolice conexe.
Evaluarea genomică a efectului suplimentării cu inulină asupra microbilor intestinali
În această revizuire, am evidențiat mai multe studii care au analizat efectul suplimentării cu inulină folosind diverse tehnologii omice, cum ar fi transcriptomica, proteomica, metabolomica și metagenomica. Tehnologiile genomice, cum ar fi reacția în lanț a polimerazei cantitative, 58 hibridizarea fluorescentă in situ, 59 și hibridizarea in situ cu sonde 16S orientate către ARNr, 60 sunt, de asemenea, unele dintre tehnologiile omotice populare care au fost utilizate pentru a interpreta intervenția inulinei. O altă abordare a genomului implică aplicarea unei secvențe dintr-o bibliotecă de clone genice 16S rARN folosind un secvențial capilar. 61
Efecte secundare ale dozelor mari de inulină
Deși ne-am concentrat în principal pe studii care evidențiază proprietățile benefice ale suplimentării cu inulină, este raportat că dozele mari de inulină au mai multe efecte secundare. Efectele aportului zilnic de 14 g de inulină adăugate la o răspândire cu conținut scăzut de grăsimi asupra lipidelor din sânge și a simptomelor gastro-intestinale au fost studiate la 64 de femei tinere sănătoase într-un studiu randomizat crossover dublu-orb. Inulina nu a avut niciun efect asupra concentrațiilor de lipide din sânge. Interesant este faptul că simptomele gastro-intestinale evaluate de chestionare au arătat că a existat un grad semnificativ mai ridicat de simptome gastro-intestinale în timpul perioadei de administrare a inulinei, cum ar fi balonarea, balonarea, crampele la nivelul stomacului și intestinelor și bubuiturile din stomac și intestine. 68 Bonnema și colab. 69 au efectuat un studiu crossover dublu orb, randomizat, controlat cu placebo, privind toleranța gastrointestinală a două fibre de inulină: oligofructoză cu lanț mai scurt și inulină nativă la doze de 5 și 10 g la 26 de bărbați și femei sănătoși cu vârsta cuprinsă între 18 și 18 ani. 60 de ani. S-a observat că doze de până la 10 g de inulină nativă și până la 5 g pe zi de oligofructoză au fost bine tolerate.