Nanocząsteczki w żywności mogą zmieniać zachowanie bakterii jelitowych
Nowe badania nad nanocząsteczkami w żywności dostarczyły nowych informacji na temat ich wpływu na bakterie jelitowe.
Naukowcy z Uniwersyteckiego Centrum Medycznego w Moguncji w Niemczech i koledzy z innych ośrodków w Niemczech, Austrii i Stanach Zjednoczonych odkryli, że ultra-małe cząsteczki mogą wiązać się z bakteriami jelitowymi.
W artykule do studium na temat ich pracy - który teraz ukazuje się w czasopiśmie npj Nauka o żywności - autorzy wyjaśniają, w jaki sposób przywiązanie do nanocząsteczek może zmienić cykl życiowy bakterii jelitowych i ich interakcje z organizmem żywiciela.
Wyniki powinny być przydatne zarówno dla medycyny, jak i przemysłu spożywczego. Mogłyby na przykład doprowadzić do badań nad zastosowaniem nanocząstek w probiotykach.
Jednym z przykładów jest obserwacja naukowców, że syntetyczne nanocząsteczki mogą zapobiegać infekcjom Helicobacter pylori.
H. pylori to bakteria, która rośnie w wyściółce ludzkiego żołądka. Jest bardzo interesujący dla wielu naukowców ze względu na złożony związek z rakiem.
„Przed naszymi badaniami” - mówi starszy autor badań Roland H. Stauber, profesor w Klinice Otolaryngologii, Chirurgii Głowy i Szyi w Centrum Medycznym Uniwersytetu w Moguncji - „nikt tak naprawdę nie sprawdzał, czy i jak nanododatki wpływają bezpośrednio na florę żołądkowo-jelitową . ”
Wykorzystanie nanocząstek szybko rośnie
Nanotechnologia manipuluje materiałami w skali nanometrowej, czyli w przybliżeniu w tej samej skali, co w przypadku atomów i cząsteczek. Jeden nanometr to 1 miliardowa część metra, co oznacza, że na 1 cal jest ich 25 400 000.
W swoich badaniach prof. Stauber i współpracownicy opisują gwałtowny wzrost wykorzystania nanocząstek w wielu dziedzinach. Obejmują one zakres od medycyny i rolnictwa po produkcję środków higieny osobistej i przetwórstwo żywności.
Na przykład przemysł spożywczy wykorzystuje syntetyczne nanocząsteczki do rozjaśniania i barwienia żywności, dostarczania składników odżywczych i zapobiegania infekcjom.
Wszystkie te substancje mogą dostać się do ludzkiego jelita „jako część żywności i napojów z możliwością nanoszenia nanotechnologii” - donoszą autorzy badania.
Nanocząsteczki są interesujące nie tylko dlatego, że są bardzo małe, ale także dlatego, że materiały, które je tworzą, mają wyjątkowe właściwości w nanoskali.
W porównaniu z większymi cząstkami pochodzącymi z tych samych materiałów, nanocząstki mają znacznie większą powierzchnię w stosunku do ich rozmiaru, mają „większy ruch Browna” i są w stanie przekraczać bariery biologiczne. Te bariery obejmują warstwę śluzu wyściełającą tkanki, takie jak jelita.
Z tych powodów ich los w ludzkim jelicie prawdopodobnie będzie się znacznie różnił od ich odpowiedników na większą skalę, pochodzących z tych samych materiałów.
Zdaniem autorów badania: „Dlatego ważne jest, aby upewnić się, że wszelkie składniki żywności z włączoną nanotechnologią są bezpieczne do stosowania w żywności”.
Ludzkie jelita i ich mikrobiom
Ludzkie jelita lub przewód pokarmowy trawią około 60 ton metrycznych pożywienia w ciągu przeciętnego okresu życia. Przez tysiąclecia ludzkie jelita i ogromne kolonie mikroorganizmów, które je zamieszkują, rozwinęły związek, który jest zarówno złożony, jak i wzajemnie korzystny.
W miarę rozwoju partnerstwa drobnoustroje jelitowe odgrywają kluczową rolę w zdrowiu i chorobach ludzi.
Mikroorganizmy jelitowe obejmują głównie bakterie; obejmują również grzyby, wirusy i organizmy jednokomórkowe zwane pierwotniakami.
Naukowcy używają terminu mikrobiom jelitowy w odniesieniu do sumy wszystkich genomów bilionów mikroorganizmów w jelitach.
3 miliony genów w mikrobiomie jelitowym znacznie przewyższają liczbę 23 000 genomu ludzkiego. Wytwarzają również tysiące małych cząsteczek, które pełnią wiele funkcji w ludzkim żywicielu.
W ten sposób bakterie jelitowe pomagają trawić żywność, zbierać energię, kontrolować odporność i chronić przed patogenami.
Jednak brak równowagi w mikrobiomie jelitowym może zakłócać te kluczowe funkcje, wywołując chorobę lub nie chroniąc przed nią.
Badania powiązały brak równowagi w mikrobiomie z chorobami układu krążenia, alergiami, rakiem, otyłością i stanami psychiatrycznymi.
Wszystkie nanocząsteczki wiążą się z bakteriami jelitowymi
Prof. Stauber i jego koledzy rozpoczęli eksperymenty, w ramach których mogli zbadać wpływ szerokiej gamy syntetycznych nanocząstek.
Eksperymenty te symulowały podróże, jakie mogą odbywać różne cząsteczki, podróżując przez różne części jelita i napotykając różne bakterie.
Głównym rezultatem było to, że wszystkie „obecnie stosowane lub potencjalne przyszłe dodatki do żywności w nanometrach” wykazały zdolność wiązania się z bakteriami w jelitach.
Nanocząsteczki wiążą się ze wszystkimi rodzajami bakterii, w tym z gatunkami „probiotycznymi”, które mogą rozmnażać się w produktach mlecznych, takich jak jogurt.
Podczas gdy wszystkie syntetyczne nanocząsteczki, które badali, przyczepiały się do bakterii, naukowcy zauważyli różnice w ich właściwościach wiązania.
Po związaniu się z nanocząsteczkami bakterie zmieniły swoje zachowanie w pewien sposób, który może okazać się korzystny, lub w inny sposób, który nie.
Potencjalnym wynikiem, który mógłby być korzystny, jest zahamowanie infekcji, na przykład H. pylori. Zespół dokonał tego odkrycia podczas eksperymentów z nanocząsteczkami krzemionki w kulturach komórkowych.
Jednak potencjalnie niepokojącą perspektywą, która pojawiła się w innych eksperymentach, było to, że wiązanie się z nanocząsteczkami może sprawić, że niektóre nieprzyjazne bakterie będą mniej widoczne dla układu odpornościowego. Taki wynik może na przykład nasilić reakcje zapalne.
Autorzy podkreślają, że żywność zawiera również naturalnie występujące nanocząsteczki - niektóre z nich mogą przedostać się do pożywienia podczas przygotowywania.
Zespół przeprowadził również eksperymenty na naturalnych nanocząsteczkach i był zaskoczony, gdy znalazł podobne wyniki do eksperymentów z nanocząstkami syntetycznymi.
„Zaskakujące było to, że udało nam się również wyizolować z pożywienia naturalnie występujące nanocząsteczki, takie jak piwo, które wykazywało podobne efekty”.
Prof. Roland H. Stauber
