Современные исследования наночастиц в продуктах питания позволили 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 ультратонкие частицы могут связываться с кишечными бактериями.
В своем сообщении, которое публикует журнал Science of Food — авторы объясняют, как присоединение к наночастицам может изменить жизненный цикл кишечных бактерий и их взаимодействие с организмом человека.
Результаты должны быть полезны как для медицины, так и для пищевой промышленности. Они могут, например, привести к исследованию использования наночастиц в пробиотиках.
По результатам некоторых наблюдений, ученые предположили, что синтетические наночастицы могут предотвратить заражение Helicobacter pylori.
H. pylori — это бактерия, которая растет в слизистой оболочке желудка человека. Она представляет большой интерес для многих ученых из-за ее возможной причастности к возникновению рака желудка.
«До наших исследований, — говорит старший исследователь Роланд Штаубер, профессор кафедры отоларингологии, хирургии головы и шеи в медицинском центре Университета Майнца, — никто не задумывался о том, влияют ли нанодобавки на микрофлору кишечника, и как именно они влияют. »
Использование наночастиц быстро растёт
Нанотехнология манипулирует материалами в нанометровом масштабе, как у атомов и молекул. Один нанометр равен 1 миллиардной доле метра, что означает, что в одном дюйме их насчитывается 25 400 000.
Профессор Штаубер и его коллеги описывают, как во многих областях быстро растет использование наночастиц. Они варьируются от медицины и сельского хозяйства до производства продуктов личной гигиены и пищевой промышленности.
Например, в пищевой промышленности используются синтетические наночастицы для осветления и окрашивания пищи, доставки питательных веществ в организм и предотвращения попадания инфекции.
Наночастицы представляют интерес не только потому, что они очень маленькие, 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, имеют «большее броуновское движение» и способны преодолевать биологические барьеры.
По этим причинам их судьба в кишечнике человека, вероятно, будет значительно отличаться от судьбы более крупных аналогов, полученных из тех же материалов.
По словам авторов исследования, «поэтому важно обеспечить, чтобы любые пищевые ингредиенты, основанные на нанотехнологиях, были безопасны для применения в пищевых продуктах».
Кишечник человека и его микрофлора
Кишечник человека, или желудочно-кишечный тракт, усваивает около 60 тонн пищи в течение средней продолжительности жизни. На протяжении тысячелетий, кишечник человека и огромные колонии микробов, которые занимают его, создали сложные и взаимовыгодные отношения.
По мере развития партнерства кишечные микробы стали играть ключевую роль в здоровье человека и его заболеваниях.
Кишечные микроорганизмы состоят в основном из бактерий; они также включают грибки, вирусы и одноклеточные организмы, называемые простейшими.
Ученые используют термин «кишечная микрофлора» для обозначения суммы всех геномов триллионов микроорганизмов в кишечнике.
3 миллиона генов в кишечном микробиоме значительно превосходят 23 000 в человеческом геноме. Они также производят тысячи маленьких молекул, которые выполняют множество функций в организме человека.
Таким образом, кишечные бактерии помогают переваривать пищу, собирать энергию, контролировать иммунитет и защищать от патогенных микроорганизмов.
Тем не менее, дисбаланс в микробиоме кишечника может нарушать эти важные функции.
Исследования связывают дисбаланс в микробиоме с сердечно-сосудистыми заболеваниями, аллергией, раком, ожирением и психическими расстройствами.
Все наночастицы связаны с кишечными бактериями
Профессор Штаубер и его коллеги провели эксперименты, в которых они смогли изучить влияние широкого спектра синтетических наночастиц.
Эти эксперименты моделировали путешествия, которые могут совершать частицы, когда они проходят через различные части кишечника и сталкиваются с различными бактериями.
Основной результат состоял в том, что все «используемые в настоящее время или потенциальные будущие наноразмерные пищевые добавки» показали способность связываться с бактериями в кишечнике.
Наночастицы связаны со всеми видами бактерий, включая «пробиотические» виды, которые могут размножаться в молочных продуктах, таких как йогурт.
В то время как все синтетические наночастицы, которые они тестировали, прикреплены к бактериям, исследователи заметили различия в их связывающих свойствах.
Связанные с наночастицами, бактерии изменяют свое поведение в отношениях, в некоторых они могут оказаться полезными, а в других — нет.
Потенциальным результатом, который может принести пользу, является ингибирование инфекций, например, H. pylori. Команда сделала это открытие, экспериментируя с наночастицами диоксида кремния в клеточных культурах.
Однако потенциально тревожная перспектива, возникшая в других экспериментах, заключалась в том, что связывание с наночастицами может сделать некоторые недружественные бактерии менее видимыми для иммунной системы. Такой результат может, например, увеличить воспалительные реакции.
Авторы отмечают, что важным моментом является то, что пища также содержит наночастицы природного происхождения, некоторые из которых могут попасть в пищу во время приготовления.
Команда также провела эксперименты на натуральных наночастицах и была удивлена, обнаружив результаты, аналогичные экспериментам с синтетическими наночастицами.
«Было удивительно, что мы смогли также изолировать встречающиеся в природе наночастицы от пищи, такой как пиво, которая показала подобные эффекты»
Профессор Роланд Х. Штаубер
