Mikroben passen sich zusammen mit ihren Gastgebern an ihre neue Umgebung an

Mikroben passen sich zusammen mit ihren Gastgebern an ihre neue Umgebung an

Ein Artikel, der kürzlich von der Dan Knights-Gruppe an der University of Minnesota veröffentlicht und in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Zelle berichtet, dass sich die Zusammensetzung und die Vielfalt der Darmflora bei Einwanderern aus ländlichen Gegenden Asiens innerhalb weniger Monate in die USA verändert haben. Die wichtigsten Ergebnisse der Autoren waren:

  • Einwanderung aus den ländlichen Regionen Asiens in die USA ist mit dem Verlust von mikrobiellen Darmarten, der Diversität und dem Verlust bakterieller Enzyme im Zusammenhang mit dem Abbau von Pflanzenfasern verbunden
  • Bacteroides Stämme verdrängten die faserverdauenden Prevotella-Stämme entsprechend der in den USA verbrachten Zeit
  • Der Verlust der Diversität nahm mit der Fettleibigkeit zu und wurde über Generationen hinweg verstärkt

"Die Menschen verloren ihre heimischen Mikroben fast unmittelbar nach ihrer Ankunft in den USA", sagte Knights im Interview mit The Washington Post. "Der Verlust an Diversität war ziemlich ausgeprägt: Gerade in die USA zu kommen, wo er gerade in den USA lebte, ging der Verlust an Mikrobiomen um etwa 15 Prozent einher." Interessanterweise hatten die Kinder von Einwanderern einen weiteren Verlust an Diversität zwischen 5 und 10 .

Knights und seine Kollegen untersuchten die relative Häufigkeit und Diversität von Darmmikroben und ihren Gengehalt in Stuhlproben von mehr als 500-Migrantinnen aus ländlichen Gegenden in Asien, den Hmong und Karen. Um einen Schnappschuss vor und nach der Ankunft in den USA zu erhalten, nahmen die Forscher vor ihrer Abreise und nach ihrer Ankunft Mikrobiom-Proben von 19-Karen-Frauen. Die Wissenschaftler verglichen alle diese Mikrobiome mit denen der in den USA geborenen europäischen 36-Amerikaner.

Die vorherrschende Spezies im Darm von Einwanderern veränderte sich von den Stämmen einer sogenannten Bakteriengruppe Prevotella zu einer angerufenen Gruppe Bacteroides. Die Gattung Prevotella gehört zu den Taxa Bacteroidite die zusammen mit den Taxa Firmicutes macht die Mehrheit der Darmmikroben im menschlichen GI-Trakt aus.

Ähnliche Unterschiede in den mikrobiellen Taxa-Taxa zwischen den Überresten von Jägersammlerpopulationen in Afrika (Hadza) und Südamerika (Yanomami) sowie in Industrieländern, insbesondere in Nordamerika, Europa und Australien, wurden beschrieben (Smits et al. Wissenschaft 357, 2017; De Filippo, PNAS 2010). Industrielle Bevölkerungen haben Mikrobiotas, die von dominiert werden Bacterioiditein der Erwägung, dass traditionelle Bevölkerungen in den afrikanischen, asiatischen und südamerikanischen Kontinenten, die eine Reihe von Lebensstilen umfassen, von Landwirten bis hin zu Jägern, Mikrobiotas aufweisen, die sich zum Teil durch ihre Fülle an Prevotella taxa auszeichnen, genau wie in der Studie von Knight (Smits et al. Wissenschaft).

Dorf Afrika Burkina Faso
In einer Studie über Darmbakterien von Kindern in Burkina Faso, einer Region in Afrika, Prevotella machte 53% der Darmbakterien aus, fehlte jedoch bei altersgleichen europäischen Kindern. Studien deuten auch darauf hin, dass die Langzeitdiät stark mit der Zusammensetzung des Darmmikrobioms zusammenhängt. Diejenigen, die reich an Eiweiß und tierischen Fetten, die für die westliche Ernährung typisch sind, haben überwiegend Bacteroides-Bakterien. Für diejenigen, die komplexere Kohlenhydrate, insbesondere Ballaststoffe, die Prevotella-Spezies konsumieren dominieren. Prevotella Arten produzieren Enzyme, die Ballaststoffe verdauen, die in Asien häufiger sind als in den Vereinigten Staaten.

Während diese mikrobiellen Unterschiede zwischen den Menschen in verschiedenen Teilen der Welt anfangs wie ein stabiles regionales Merkmal aussahen, deuten zwei kürzlich durchgeführte Studien, einschließlich der von Knight, stark darauf hin, dass sie von diätetischen und anderen Lebensstilfaktoren beeinflusst werden. Passen die Darmmikrobiota, die während der ersten 3-Lebensjahre programmiert wurden, an unterschiedliche Ernährungsgewohnheiten und Anforderungen an die effektivsten Stoffwechselmaschinen an?

Um diese Frage zu beantworten, Justin Sonnenburg und seine Gruppe untersuchte mögliche Zusammenhänge zwischen saisonalen Schwankungen der Ernährungsgewohnheiten und der Zusammensetzung und Funktionsfähigkeit der Darmflora. Die Hadzas, die im Rift Valley in Ostafrika leben, haben zwei unterschiedliche Jahreszeiten: eine Regenzeit von November bis April und eine Trockenzeit von Mai bis Oktober. Obwohl der Verbrauch von ballaststoffreichen Knollen und Pflanzen das ganze Jahr über stattfindet, sind während der Regenzeit die Beerenaufsuchen und der Honigkonsum häufiger, während die Jagd in der Trockenzeit am erfolgreichsten ist. Die Zeit des höheren Fleischkonsums war mit einem Anstieg der Bacteroidetes-Arten im Darm verbunden. Dieselbe Mikrobenklasse fiel während der Regenzeit wieder auf einen Zustand mit deutlicher Ähnlichkeit mit dem der industrialisierten Mikrobiota. Die Taxa, die in der nassen Jahreszeit in der Hadza-Mikrobiota auf ein nicht nachweisbares Niveau gebracht werden, entsprechen Taxa, die in der industrialisierten Bevölkerung unabhängig von der Jahreszeit selten oder nicht vorhanden sind. Im Gegensatz zu den in industrialisierten Bevölkerungsgruppen beobachteten Veränderungen der Darmmikrobenvielfalt und -fülle sowie der Expression verschiedener Verdauungsenzyme kehrte das Hadrias Mikrobiom während der Trockenzeit immer wieder zu seiner vollen Vielfalt zurück.

Es wäre faszinierend gewesen zu wissen, ob die bei den Einwanderern von Knights beobachtete Abnahme der Darmmikrobendifferenzierung der Darmmikrobendiversität und der faserabbauenden Arten reversibel gewesen wäre, wenn sie zu ihrem Land und ihren Ernährungsgewohnheiten zurückgekehrt wären, wie es in den Hadzas während der verschiedenen Jahreszeiten der Fall ist oder wenn diese Änderungen dauerhaft waren, wie in den Industrieländern.

Haben die schnellen Veränderungen in der Zusammensetzung und Funktion von Darmmikroben Auswirkungen auf die Gesundheit der Einwanderer gehabt? Es wird im Allgemeinen davon ausgegangen, dass mit abnehmender mikrobieller Diversität das Risiko für Krankheiten wie Übergewicht, Diabetes und metabolisches Syndrom steigt, obwohl noch eine Kausalität zwischen mikrobiellen Veränderungen und menschlichen Erkrankungen festgestellt werden muss. In der Tat stellte die Gruppe von Knights fest, dass die Adipositas-Rate bei vielen der untersuchten Einwanderer sich auf das Sechsfache erhöhte. Diejenigen, die übergewichtig geworden waren, verloren zusätzlich 10 Prozent ihrer Vielfalt.

Da die beobachteten Änderungen in der Ernährung der Einwanderer langsamer waren als die beobachteten raschen Veränderungen im Darmmikrobiom der Einwanderer, legen dies nahe, dass andere Faktoren als nordamerikanische Lebensmittel eine Rolle gespielt haben müssen, einschließlich Stress, der mit der Umsiedlung und der Anpassung an eine neue Umgebung verbunden ist. Wasserreinheit, Medikamenteneinnahme, insbesondere Antibiotika und andere Lebensstilfaktoren.

Kommentare:

  • Mehrere Studien zeigen Unterschiede in der Darmmikrobendiversität und der relativen Häufigkeit mikrobieller Taxa. Diese Schwankungen können in einigen Bevölkerungsgruppen in einem zyklischen, saisonalen Muster auftreten, oder sie können auftreten, wenn sich eine Bevölkerung von einem Land und traditionellen Ernährungsgewohnheiten zu einer mit hohem Fett-, Zucker- und Ballaststoffgehalt bewegt.
  • In den Industrieländern kommt es nur innerhalb einer bestimmten Bandbreite zu einer Zunahme der mikrobiellen Diversität und des Vorkommens, sie erreicht jedoch im Allgemeinen nicht das Niveau, das in traditionellen Gesellschaften zu beobachten ist.
  • Obwohl Unterschiede in der Nahrungsaufnahme scheinbar eine herausragende Rolle bei diesen Variationen des Mikrobioms spielen, könnten andere Faktoren als die Ernährung verantwortlich sein, insbesondere Stress, körperliche Aktivität, Hygiene und Reinheit des Trinkwassers.
  • Bisher wurde jedoch kein kausaler Zusammenhang zwischen Darmveränderungen und Adipositas oder anderen Erkrankungen festgestellt.
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Kann der Iceman uns etwas über die gesündeste Diät sagen?

Kann der Iceman uns etwas über die gesündeste Diät sagen?

Der "Iceman" oder "Ötzi" bezieht sich auf eine Person, deren Mumie vor etwa 10 Jahren in den zurückweichenden Gletschern der Ötztaler Alpen eine Gebirgskette in den Zentralalpen zwischen Österreich und Italien gefunden wurde. Sein gut erhaltener Körper wurde in einer Kühlkammer des Archäologischen Museums in Bozen, Italien, gelagert und ist wahrscheinlich das am gründlichsten untersuchte Individuum aus der Jungsteinzeit.

Kann der Mageninhalt dieses Individuums etwas über die bevorzugte Ernährung von Menschen, die von einem Jäger zu einem agrarischen Lebensstil übergehen, und die damit verbundenen gesundheitlichen Vorteile offenbaren?

Um diese Frage zu beantworten, haben die Forscher den Mageninhalt dieser 5,300-jährigen europäischen Gletschermumie untersucht, die nach neuesten forensischen Untersuchungen kurz nach dem Genuss der letzten Mahlzeit von einem Pfeil getötet wurde. Die Studie ergab, dass der Iceman einen bemerkenswert hohen Anteil an Fett in seiner Ernährung hatte, ergänzt mit frischem oder getrocknetem Wildfleisch und alten Körnern. Eine frühere Studie hatte gezeigt, dass die Zusammensetzung des Darmbakteriums des Eismanns den Mikrobiomen landwirtschaftlicher Gesellschaften (und Primaten) ähnlicher war, was auf eine vorwiegend pflanzliche Ernährung mit gelegentlicher Behandlung von Wild hindeutet.

Haben wir irgendwelche Beweise für die gesundheitlichen Vorteile dieser alten Diät? Die Forscher waren überrascht von der großen Menge tierischen Fettes im Magen der Person. Die Forscher fragten: "Hat er fettes Fleisch aufgefüllt, um die kalorischen Bedürfnisse des Roamings in der extrem alpinen Umgebung zu decken, in der er lebte und wo er bei 3,210m über dem Meeresspiegel gefunden wurde?" Auf der anderen Seite die Aufnahme von tierischem Fett Gewebefett hat eine starke Korrelation mit einem erhöhten Risiko für koronare Herzkrankheit. Es gab Beweise für Computertomographie-Scans des Iceman, dass er starke Verkalkungen seiner Hauptblutgefäße mit fortgeschrittenem atherosklerotischen Krankheitszustand hatte, ein überraschender Befund bei einem Individuum, das wahrscheinlich regelmäßig kräftige Trainingseinheiten hatte, die die Berge in seinem Hinterhof hinauf und hinunterkletterten. Er war in seinen 40s, der durchschnittlichen Lebenserwartung der Menschen seiner Zeit, die Hälfte unserer heutigen Lebenserwartung.

Offensichtlich liefert die Studie nur eine Momentaufnahme der Ernährungsgewohnheiten dieser Zeit und sagt uns wenig über die durchschnittliche Aufnahme von verschiedenen Nahrungsmitteln und den relativen Anteil von Kohlenhydraten, Protein und Fett. Angesichts der Anwesenheit von Getreide und Kohlehydraten in seinem Magen und der Zusammensetzung seines Darmmikrobioms hielt der Iceman jedoch sicherlich nicht an einer strengen Paleo-Diät fest.

Auch wenn viele andere Faktoren offensichtlich beteiligt sind, ist es überraschend, dass unsere oft verleumdete nordamerikanische Ernährung in Verbindung mit unserer sitzenden Lebensweise mit viel besseren gesundheitlichen Ergebnissen verbunden ist als bei unseren neolithischen Vorfahren, was bei der Behauptung zu berücksichtigen ist Gesundheit profitiert von alten Diäten mit hohem Fleisch und tierischen Fetten.

Maixner F et al. Die letzte Mahlzeit des Eismanns bestand aus Fett, wildem Fleisch und Getreide. Aktuelle Biologie 28: 2348-55, 2018

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Erkenntnisse aus dem Darm-Mikrobiom von Winterschlaf-Braunbären

Erkenntnisse aus dem Darm-Mikrobiom von Winterschlaf-Braunbären

Adipositas und kompromittierte metabolische Gesundheit werden oft als eng miteinander verbunden angesehen. Eine Studie von Fredrik Baeckheds Gruppe an der Universität von Göteborg legt jedoch nahe, dass dies nicht unbedingt der Fall ist - zumindest bei Braunbären! (1)

Durch die Untersuchung des Körpergewichts und der Darmmikrobiota bei Braunbären, sowohl im Sommer als auch im Winter - wenn diese Tiere in eine 6-Winterschlafphase gehen - wurden große Unterschiede in der Diversität und relativen Häufigkeit bestimmter Darmmikrobiota festgestellt. Während des Sommers überfressen die Bären und nehmen dramatisch an Körpergewicht zu, während sie während der verlängerten Fastenzeit im Winter das überschüssige Gewicht verlieren. Der faszinierendste Aspekt dieser Studie war, dass die Bären trotz ihrer "sommerlichen Fettleibigkeit" nicht die negativen metabolischen Veränderungen einschließlich Insulinresistenz und Diabetes entwickelten, bekannt als metabolisches Syndrom, eine metabolische Dysregulation, die einen dramatischen Anstieg in Nordamerika und anderen entwickelten Ländern gezeigt hat .

Auf der Suche nach einer möglichen Rolle des Darmmikrobioms bei diesen saisonalen Stoffwechselveränderungen untersuchten die Forscher die Mikroben und Metaboliten der Bären im Darm. Überraschenderweise gab es während des Winterschlafs eine Verringerung der Diversität und verringerte Mengen an bestimmten Taxa, insbesondere Firmicutes und Actinobacteria, und erhöhte Mengen an Bacteroidetes. Die Übertragung des Stuhls von Bären, die zu verschiedenen Jahreszeiten in keimfreie Mäuse (Mäuse ohne eigenes Darmmikrobiom) gelangten, ahmte einige der metabolischen Befunde der Bären nach, was eindeutig eine Rolle des Mikrobioms bei den jahreszeitlichen metabolischen Variationen impliziert.

Die drei mikrobiellen Taxa, die saisonale Schwankungen bei den Bären zeigten, machen die Mehrheit der menschlichen Darmmikrobiota aus, und Ruth Ley und Mitarbeiter bei übergewichtigen Probanden haben zuvor Veränderungen ihrer relativen Häufigkeit im Darm gezeigt. (2) In ihrer Studie fanden sie heraus, dass die relative Häufigkeit von Bacteroidetes zunimmt, während die von Firmicutes abnimmt, wenn fettleibige Personen entweder an einer fett- oder kohlenhydratbeschränkten kalorienarmen Diät abnehmen. Der Anstieg der Bacteroidetes korrelierte signifikant mit dem Gewichtsverlust, nicht jedoch mit der Gesamtkalorienaufnahme. In einer Studie von Peter Turnbaugh und Mitarbeitern zeigten die Forscher, dass, wenn "adipöse Mikrobiota" in den Darm von Mäusen ohne ihre eigene Mikrobiota (sogenannte keimfreie Mäuse) transplantiert wurden, sie einen signifikant größeren Anstieg des Gesamtkörperfettes zeigten als Mäuse, mit denen sie kolonisiert waren die "magere Mikrobiota". Ihre Ergebnisse legen nahe, dass ein "fettleibiges Mikrobiom" eine erhöhte Fähigkeit hat, Energie aus der Nahrung zu gewinnen, und dass diese Art von Fettleibigkeit durch Darm-Mikrobiota "übertragbar" ist. (3)

Zurück zur Braunbär-Studie Baeckheds Gruppe, die mikrobiellen Veränderungen im Darm, die beobachtet wurden, wenn die Bären in einem Zustand von anhaltendem Fasten und Gewichtsverlust waren (erhöhte Häufigkeit von Bacteroidetes und reduzierte Firmicutes) waren ähnlich der "mageren menschlichen Mikrobiota" und dem Spiegel Bild der mikrobiellen Veränderungen, die bei adipösen Patienten beobachtet wurden und die Darm-Mikrobiota in den Stoffwechselzustand des Organismus einbeziehen.

Wie bei den meisten Tierversuchen, muss die Extrapolation von der faszinierenden Bärenstudie auf die Ursache der Fettleibigkeitsepidemie und ihre Behandlung mit Vorsicht erfolgen. Es gibt jedoch mehrere wichtige Auswirkungen:

  • Offensichtlich wäre es großartig, die mikrobiell produzierten Chemikalien zu identifizieren, die es den Bären erlauben, Sommer für Sommer übergewichtig zu werden, ohne metabolische Folgen zu entwickeln, die für die Fettleibigkeit beim Menschen schädlich sind.
  • In ähnlicher Weise wäre es von großem Interesse, die mikrobiellen Signalmoleküle zu identifizieren, die in der Lage sind, den Bärentrieb zu stoppen, wenn es Zeit ist, in den Winterschlaf zu gehen.
  • Intermittierendes Fasten wurde als ein wirksamer Weg vorgeschlagen, um Gewicht zu verlieren und die metabolische Gesundheit zu verbessern, und mehrere menschliche Studien unterstützen solch eine Diät. (4)

Am wichtigsten ist, wie andere neuere Studien am Menschen (5) sie bestätigen, dass ernährungsinduzierte physiologische Oszillationen in der Darmflora und die relative Häufigkeit verschiedener Taxa einen signifikanten Einfluss auf den Stoffwechselzustand der gesunden Organismen haben. Der Verlust solcher saisonaler mikrobieller Oszillationen im Mikrobiom von Individuen, die in entwickelten Ländern leben, die einen fortschreitenden und scheinbar irreversiblen Rückgang der Diversität gezeigt haben, spielt wahrscheinlich eine wichtige Rolle bei vielen chronischen Krankheiten, einschließlich Diabetes Typ II und metabolischem Syndrom.

  1. Sommer F et al. Die Darmmikrobiota moduliert den Energiestoffwechsel im Winterschlaf Braunbär Ursus arctos. Zellberichte 14: 1655-61, 2016
  2. Ley, RE, et al .. Mikrobielle Ökologie: menschliche Darmmikroben im Zusammenhang mit Fettleibigkeit. Natur. 2006 Dez 21; 444 (7122): 1022-3.
  3. Peter J. Turnbaughet al. Ein adipositasassoziiertes Darmmikrobiom mit erhöhter Fähigkeit zur Energiegewinnung. Natur. 2006 Dez 21; 444 (7122): 1027-31.
  4. Patterson RE et al. Intermittierendes Fasten und menschliche metabolische Gesundheit. J Acad Nutr Diät. 2015 115 (8): 1203-12. doi: 10.1016 / j.jand.2015.02.018. Epub 2015 Apr 6.
  5. Smits SA et al. Saisonales Radfahren im Darmmikrobiom der Hadza-Jäger-Sammler von Tansania. Wissenschaft 357: 802-6, 2017
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Faszinierende Studienergebnisse, die von fast 12,000-Mitarbeitern auf der ganzen Welt im Rahmen des amerikanischen Darmprojekts erhalten wurden

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"Größte" Mikrobiomstudie belastet unsere Darmgesundheit

Eine faszinierende Studie, in der Ergebnisse von nahezu 12,000-Mitarbeitern auf der ganzen Welt im Rahmen des American Gut Project veröffentlicht wurden. Die wichtigsten Ergebnisse dieser wegweisenden Studie sind die Tatsache, dass die Vielfalt pflanzlicher Lebensmittel, die eine Person konsumiert (und nicht nur die Tatsache, dass jemand sie als vegan oder vegetarisch bezeichnet), die Darmmikrobendiversität und die relativen Abundanzen beeinflusst Assoziation von psychischen Störungen mit Darm-Mikrobenfunktion, wobei die mikrobiellen Eigenschaften des Darms bei mehreren psychiatrischen Erkrankungen ähnlicher sind als bei gesunden Individuen. Obwohl die Ergebnisse ausschließlich auf Assoziationen beruhen und keine Aussagen über die Kausalität zulassen, stellen sie die umfassendste Analyse der bisher veröffentlichten Darmmikrobiedaten dar.