Наночастинки в їжі можуть змінити поведінку кишкових бактерій
Нові дослідження наночастинок у їжі дали свіжу інформацію про їх вплив на кишкові бактерії.
Дослідники з Університетського медичного центру м. Майнц у Німеччині та колеги з інших центрів Німеччини, Австрії та США виявили, що ультрадрібні частинки можуть зв’язуватися з кишковими бактеріями.
У навчальній роботі про їхню роботу - яка зараз з’являється в журналі npj Наука про їжу - автори пояснюють, як прив’язаність до наночастинок може змінити життєвий цикл кишкових бактерій та їх взаємодію з організмом господаря.
Результати повинні бути корисними як для медицини, так і для харчової промисловості. Наприклад, вони можуть призвести до досліджень використання наночастинок у пробіотиках.
Одним із прикладів цього є спостереження вчених, що синтетичні наночастинки можуть запобігти зараженню хелікобактер пілорі.
H. pylori є бактерією, яка росте в слизовій оболонці шлунка людини. Він викликає великий інтерес у багатьох вчених через складний взаємозв’язок із раком.
«До наших досліджень, - каже старший автор дослідження Роланд Х. Штаубер, професор кафедри отоларингології, хірургії голови та шиї Медичного центру Університету Майнца, - ніхто насправді не дивився, чи впливають і як нанодобавки безпосередньо на шлунково-кишкову флору . "
Використання наночастинок швидко зростає
Нанотехнологія маніпулює матеріалами в нанометровому масштабі, який приблизно такий же масштаб, як у атомів і молекул. Один нанометр - це 1 мільярдна частина метра, а це означає, що їх на 1 дюйм - 25 400 000.
У своєму дослідженні професор Штаубер та його колеги описують, як використання наночастинок швидко зростає у багатьох сферах. Вони варіюються від медицини та сільського господарства до виробництва засобів особистої гігієни та переробки продуктів харчування.
Наприклад, харчова промисловість використовує синтетичні наночастинки для освітлення та фарбування їжі, доставки поживних речовин та запобігання зараженню.
Усі вони можуть потрапити в кишечник людини "як частина продуктів харчування та напоїв з підтримкою нано", повідомляють автори дослідження.
Наночастинки представляють інтерес не лише тому, що вони дуже малі, але й тому, що матеріали, що їх складають, мають унікальні властивості на наномасштабі.
Порівняно з більшими частинками, отриманими з тих самих матеріалів, наночастинки мають набагато більшу площу поверхні щодо своїх розмірів, мають "більший броунівський рух" і здатні перетинати біологічні бар'єри. Ці бар’єри включають шар слизу, який вистилає такі тканини, як кишечник.
З цих причин їхня доля в кишечнику людини, ймовірно, сильно відрізнятиметься від долі великих аналогів, отриманих з тих самих матеріалів.
За словами авторів дослідження, "Тому важливо забезпечити, щоб будь-які харчові інгредієнти, що підтримують нано, безпечні для застосування в харчових продуктах".
Кишечник людини та його мікробіом
Кишечник людини або шлунково-кишковий тракт перетравлює близько 60 метричних тонн їжі протягом середньої тривалості життя. Протягом тисячоліть у кишечнику людини та величезних колоніях мікробів, які її окупують, склалися відносини, які є одночасно складними та взаємовигідними.
У міру розвитку партнерства кишкові мікроби стали відігравати ключову роль у здоров’ї та захворюваннях людини.
Мікроорганізми кишечника складаються здебільшого з бактерій; вони також включають гриби, віруси та одноклітинні організми, які називаються найпростішими.
Вчені використовують термін мікробіом кишечника для позначення суми всіх геномів трильйонів мікроорганізмів у кишечнику.
3 мільйони генів в мікробіомі кишечника значно перевищують 23 000 в геномі людини. Вони також виробляють тисячі маленьких молекул, які виконують багато функцій в організмі людини.
Таким чином, кишкові бактерії допомагають перетравлювати їжу, збирати енергію, контролювати імунітет та захищати від патогенних мікроорганізмів.
Однак дисбаланс в мікробіомі кишечника може порушити ці життєво важливі функції або викликати захворювання, або не захистити від нього.
Дослідження пов’язують дисбаланс мікробіому із серцево-судинними захворюваннями, алергією, раком, ожирінням та психічними захворюваннями.
Усі наночастинки зв’язуються з кишковими бактеріями
Професор Штаубер та його колеги влаштували експерименти, в рамках яких вони могли вивчити вплив широкого спектру синтетичних наночастинок.
Ці експерименти імітували подорожі, які можуть здійснювати різні частинки, коли вони подорожують по різних частинах кишечника і стикаються з різними бактеріями.
Основним результатом було те, що всі «використовувані в даний час або потенційні майбутні нанодисперсні харчові добавки» показали здатність зв’язуватися з бактеріями в кишечнику.
Наночастинки, пов'язані з усіма видами бактерій, включаючи "пробіотичні" види, які можуть розмножуватися в молочних продуктах, таких як йогурт.
Хоча всі синтетичні наночастинки, які вони перевіряли, прикріплювались до бактерій, дослідники помітили відмінності в їх властивостях зв'язування.
Пов’язані з наночастинками, бактерії змінювали свою поведінку якимось чином, що може виявитись корисним, а іншими способами, що можуть ні.
Потенційним результатом, який може бути корисним, є інгібування інфекцій, наприклад шляхом H. pylori. Команда зробила це відкриття під час експериментів з наночастинками кремнезему в культурах клітин.
Однак потенційно тривожною перспективою, яка з'явилася в інших експериментах, було те, що зв'язування з наночастинками може зробити деякі недружні бактерії менш помітними для імунної системи. Наприклад, такий результат може посилити реакцію на запалення.
Важливим моментом є те, що їжа також містить природні наночастинки - деякі з них можуть потрапити в їжу під час приготування.
Команда також проводила експерименти з природними наночастинками і була здивована знаходженням подібних результатів з експериментами з синтетичними наночастинками.
"Здивувало те, що ми змогли також виділити з їжі наночастинки, що трапляються в природі, наприклад, пиво, яке мало подібні ефекти".
Професор Роланд Х. Штаубер
