يرتبط تناول المزيد من النباتات على نطاق واسع بصحة أفضل، لكن العلماء ما زالوا يكتشفون السبب الدقيق لذلك. تشير الأبحاث الجديدة إلى أن الألياف ليست سوى جزء من القصة. قد تلعب بعض البروتينات النباتية التي تقاوم عملية الهضم أيضًا دورًا مهمًا بشكل مدهش في تشكيل بكتيريا الأمعاء وتحديد ما إذا كانت تنتج مواد مفيدة أو قد تكون ضارة.
تدعم الأنظمة الغذائية النباتية صحة الجهاز الهضمي، ووظيفة المناعة، والتمثيل الغذائي، وصحة القلب والأوعية الدموية. أحد الأسباب هو أنها تساعد في الحفاظ على مجتمع متنوع من الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء، والمعروفة مجتمعة باسم ميكروبيوم الأمعاء. العديد من هذه البكتيريا مفيدة، حيث تساعد على تحطيم مكونات الطعام التي لا يستطيع الجهاز الهضمي البشري معالجتها بمفرده.
وللألياف أهمية خاصة لأنها توفر الغذاء لميكروبات الأمعاء. تحتوي النباتات أيضًا على مواد كيميائية نباتية، وهي مواد طبيعية غالبًا ما تعطي الفواكه والخضروات ألوانها النابضة بالحياة وتساعد على حمايتها من التهديدات البيئية. يمكن أن تساهم هذه المركبات أيضًا في صحة الإنسان. ومع ذلك، فقد بدأ الباحثون للتو في فهم التفاعلات الكيميائية المعقدة التي تحدث عندما تهضم بكتيريا الأمعاء الأطعمة النباتية.
تقدم دراستان بقيادة جينا أبو سليم وجوشوا رابينويتز، مدير فرع برينستون لمعهد لودفيغ لأبحاث السرطان، رؤى جديدة مهمة. أحدهما، نشر في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوميوضح كيف تؤثر الألياف النباتية وبعض البروتينات على بكتيريا الأمعاء لتعزيز إنتاج المركبات المفيدة على المركبات الضارة المحتملة. والآخر نشر في الأيض الطبيعي في يونيو/حزيران، يتحدى الاعتقاد السائد بأن العديد من المركبات الكيميائية المهمة المنتشرة في الجسم تنشأ حصريًا من الميكروبات المعوية.
وقال رابينويتز: “هناك اهتمام متزايد في التخصصات الطبية بالتلاعب بالميكروبيوم البشري أو استخدام منتجاته الأيضية نفسها للعلاج”. “يحمل النظام الغذائي وعدًا كبيرًا بالتحكم في الميكروبيوم ومخرجاته. ولكن من أجل ابتكار تدخلات علاجية فعالة، نحتاج إلى فهم جوانب النظام الغذائي التي تتحكم في النواتج الميكروبية.”
كيف تغير الأطعمة النباتية المواد الكيميائية التي تنتجها أمعائك
في بناس وفي الدراسة، قام الباحثون بفحص مجموعة من المواد تسمى مستقلبات الفينول. المستقلبات هي مواد كيميائية تتشكل عندما يتحلل الجسم أو الكائنات الحية الدقيقة ويعالج العناصر الغذائية. بعضها ضروري للوظائف البيولوجية الطبيعية، في حين أن البعض الآخر يمكن أن يساهم في مشاكل صحية عندما يتراكم.
يتم إنتاج مستقلبات الفينول التي درسها الفريق عندما تقوم بكتيريا الأمعاء بمعالجة اثنين من الأحماض الأمينية، التيروزين والفينيل ألانين. الأحماض الأمينية هي اللبنات الأساسية للبروتينات، لكن المركبات التي تنتجها في النهاية يمكن أن يكون لها تأثيرات مختلفة جدًا على الصحة.
يرتبط المستقلبان المشتقان من الفينيل ألانين، وهما فينيلبروبيونات وحمض الهيبوريك، بوزن الجسم الصحي وتحسين صحة الأمعاء. في المقابل، تم ربط مركبين مشتقين من التيروزين، كبريتات p-كريسول وكبريتات الفينول، بنتائج أسوأ لدى مرضى السرطان وتأثيرات ضارة في جميع أنحاء الجسم لدى الأشخاص المصابين بأمراض الكلى.
أراد الباحثون أن يفهموا ما إذا كانت المكونات المختلفة للأغذية النباتية يمكن أن تؤثر على أي من هذه المواد تنتجها ميكروبات الأمعاء.
قال أبو سليم: “أظهرت دراساتنا أن كلاً من الألياف والبروتينات غير القابلة للهضم من النباتات – والتي نسميها “البروتينات المقلدة للألياف” أو Prif – تحول توازن مستقلبات الفينول من النوع الضار المصنوع من التيروزين إلى النوع الصحي المشتق من الفينيل ألانين”.
يعمل البروتين النباتي المهمل جنبًا إلى جنب مع الألياف
على الرغم من أن الفوائد الصحية للألياف الغذائية قد تمت دراستها على نطاق واسع، فقد أولى العلماء اهتمامًا أقل بكثير للبروتينات النباتية التي تمر عبر الجهاز الهضمي دون أن تتحلل بالكامل.
ووجد الباحثون أن هذه البروتينات غير القابلة للهضم، والتي يطلقون عليها اسم Prif ، يمكن أن تصل إلى ميكروبيوم الأمعاء وتكون بمثابة مادة لعملية التمثيل الغذائي البكتيري. ومن خلال القيام بذلك، فإنها تؤثر على الميكروبات التي تزدهر والمركبات الكيميائية التي يتم إنتاجها.
والأهم من ذلك أن هذه البروتينات لا تعمل بمعزل عن غيرها. وهي تتعاون مع الألياف النباتية لتغيير كيفية معالجة بكتيريا الأمعاء للعناصر الغذائية، وتحويل نشاطها نحو إنتاج مستقلبات الفينول المفيدة.
ويشير هذا الاكتشاف إلى أن القيمة الغذائية للأغذية النباتية قد تعتمد على أكثر من تركيزاتها المألوفة من الألياف والفيتامينات والمعادن. يمكن أن تساعد أيضًا كمية ونوع البروتين الذي يفلت من عملية الهضم في تحديد كيفية تأثير الطعام على ميكروبيوم الأمعاء.
عندما تنخفض نسبة الألياف في بكتيريا الأمعاء، فإنها قد تتغذى على المخاط الواقي للأمعاء
إحدى النتائج الأكثر إثارة للاهتمام تتعلق بالمكان الذي تحصل فيه بكتيريا الأمعاء على المواد الخام المستخدمة لإنتاج المستقلبات الضارة.
وللتحقق من ذلك، قام الباحثون بتسمية البروتينات بنظائر مستقرة (غير مشعة)، مما سمح لهم بتتبع المكان الدقيق الذي انتقلت إليه البروتينات وكيفية معالجتها في الجهاز الهضمي لدى الفئران. تعمل هذه التقنية عن طريق إعطاء الجزيئات توقيعًا كيميائيًا يمكن اكتشافه دون جعلها مشعة.
كشفت التجارب عن فرق مهم بين مصادر الفينولات المفيدة والضارة.
جاءت الفينولات الضارة المحتملة من بكتيريا الأمعاء التي تحطم البروتينات التي تنتمي إلى المضيف، بما في ذلك البروتينات الموجودة في الطبقة المخاطية التي تغطي الأمعاء. يساعد هذا المخاط الواقي على فصل الميكروبات المعوية عن الخلايا المبطنة للأمعاء ويشكل جزءًا من الدفاعات الطبيعية للجسم.
وفي الوقت نفسه، تم إنتاج الفينولات المفيدة بالكامل تقريبًا من البروتينات غير القابلة للهضم التي يوفرها الطعام.
تساعد الألياف على قمع التحلل البكتيري للمخاط الواقي للأمعاء، مما يقلل من إنتاج الفينولات الضارة. بدورها، توفر البروتينات النباتية غير القابلة للهضم (Prif) المزيد من البروتين الغذائي لبكتيريا الأمعاء، مما يشجعها على إنتاج مركبات مفيدة بدلاً من ذلك.
تكشف النتائج مجتمعة عن طريقتين متكاملتين يمكن أن تؤثر بها الأطعمة النباتية على كيمياء الأمعاء. تساعد الألياف على تثبيط البكتيريا عن استهلاك البروتينات الموجودة في مخاط الأمعاء الوقائي، بينما يوفر Prif مصدرًا بديلاً للعناصر الغذائية التي تدعم إنتاج المستقلبات الصحية.
وقال أبو سليم: “نعتقد أن البريفس يمثل فئة ناشئة من العناصر الغذائية التي تشكل تركيبة ميكروبيوم الأمعاء ويمكن أن يكون لها تأثير بعيد المدى على الصحة الأيضية”.
يمكن أن تمتد الآثار في النهاية إلى ملصقات التغذية والتوصيات الغذائية.
وقال رابينويتز: “قد تُدرج عبوات المواد الغذائية في النهاية Prif أسفل الألياف مباشرة”.
الاكتشاف الثاني يتحدى ما يعتقده العلماء حول بكتيريا الأمعاء
الدراسة المرافقة في الأيض الطبيعي تناول سؤالًا مهمًا آخر: هل بكتيريا الأمعاء مسؤولة حقًا عن إنتاج جميع المستقلبات المنسوبة إليها تقليديًا؟
إلى جانب مستقلبات الفينول، قام الباحثون بفحص مستقلبات الإندول، التي تتشكل من التربتوفان، وهو حمض أميني آخر موجود في البروتينات الغذائية.
لقد اجتذبت هذه المواد اهتمامًا علميًا كبيرًا لأنها تشارك في العمليات البيولوجية المرتبطة بالالتهاب والنشاط المناعي والمرض. قام الباحثون بالتحقيق في تورطهم في مرض التهاب الأمعاء، واضطرابات التنكس العصبي، والسرطان. كما وجد أن بعض مستقلبات الإندول تؤثر على انتشار السرطان وقدرة الجهاز المناعي على مهاجمة الأورام.
ويفترض العلماء بشكل عام أن بكتيريا الأمعاء هي مصدر هذه المركبات. وقد شجع هذا الاعتقاد الجهود المبذولة لتطوير البروبيوتيك والتدخلات الغذائية التي تزيد من إنتاج مستقلبات الإندول المفيدة.
ومع ذلك، يعتمد هذا النهج على افتراض مهم: أن الميكروبات المعوية هي المسؤولة عن إنتاج معظم أو كل المركبات التي يرغب الباحثون في التأثير عليها.
إذا كانت خلايا الجسم تنتج كميات كبيرة من هذه المستقلبات، فإن تغيير الميكروبيوم قد لا يكون الطريقة الأكثر فعالية للتحكم في مستوياتها.
يمكن لجسمك أن يصنع مركبات تنسب إلى ميكروبات الأمعاء
وللتحقق من ذلك، استخدم فريق البحث تتبع النظائر في الفئران والجرذان والخلايا البشرية لمتابعة كيفية إنتاج المستقلبات المختلفة.
لقد تحدت النتائج التفكير التقليدي. كانت خلايا الثدييات قادرة على توليد العديد من مستقلبات الفينول والإندول بشكل مستقل عن البكتيريا المعوية.
ومن بين هذه المركبات الإندول-3-لاكتات والإندول-3-أسيتات، وهما مركبان مهمان بيولوجيًا كانا يعتبران سابقًا منتجات التمثيل الغذائي الميكروبي.
وفحص الباحثون أيضًا ما حدث عندما عطلت المضادات الحيوية الميكروبيوم المعوي. إذا كانت بعض المستقلبات تعتمد بشكل كامل على بكتيريا الأمعاء، فمن المتوقع أن تنخفض تركيزاتها بشكل حاد عند استنفاد تلك البكتيريا.
لكن العديد من المستقلبات ظلت عند مستويات كبيرة في دم الفئران المعالجة بالمضادات الحيوية. وظهر نمط مماثل في عينات من المرضى الذين يتلقون المضادات الحيوية، بما في ذلك الأشخاص الذين يخضعون لعلاج السرطان.
تصرفت المركبات الأخرى بشكل مختلف. انخفضت مستويات الإندول -3 بروبيونات وكبريتات الكريسول، والتي يتم إنتاجها حصريًا بواسطة الميكروبات، بعد العلاج بالمضادات الحيوية.
قدمت هذه النتائج دليلًا إضافيًا على أن بعض المستقلبات تعتمد على البكتيريا المعوية، بينما يمكن أيضًا تصنيع البعض الآخر من خلال عمليات التمثيل الغذائي الخاصة بالجسم.
وهذا التمييز مهم لأنه قد يغير الطريقة التي يطور بها الباحثون علاجات تهدف إلى زيادة المستقلبات المفيدة أو تقليل المستقلبات الضارة.
ماذا تعني هذه الاكتشافات بالنسبة للتغذية والعلاجات المستقبلية
تقدم الدراستان معًا فهمًا أكثر تفصيلاً لكيفية تفاعل النظام الغذائي وميكروبات الأمعاء وعملية التمثيل الغذائي في الجسم.
يحدد الأول فئة مهملة من البروتينات النباتية التي تعمل مع الألياف للتأثير على النشاط البكتيري، مما قد يساعد في تحويل التوازن بعيدًا عن المنتجات الأيضية الضارة. ويوضح الثاني أن الجسم نفسه يمكنه إنتاج العديد من المركبات التي كان يُعتقد في السابق أنها تنشأ حصريًا من بكتيريا الأمعاء.
كلا النتائج لها آثار على البحث في أمراض التمثيل الغذائي، وصحة الجهاز الهضمي، والسرطان، وغيرها من الحالات التي تنطوي على الميكروبيوم.
ويشيرون أيضًا إلى أن محاولات التلاعب بكيمياء الأمعاء من خلال النظام الغذائي أو البروبيوتيك أو العلاجات الأخرى ستحتاج إلى مراعاة النشاط الميكروبي وقدرات الجسم الأيضية.
ويأتي الكثير من الأدلة التجريبية من الحيوانات والدراسات المعملية، لذلك ستكون هناك حاجة إلى المزيد من الأبحاث لتحديد كيفية تأثير هذه الآليات على النتائج الصحية طويلة المدى لدى البشر.
ومع ذلك، فإن الفهم الأفضل للعلاقة بين المكونات الغذائية المختلفة والتمثيل الغذائي الميكروبي يمكن أن يجعل في نهاية المطاف النصائح الغذائية أكثر دقة ويساعد الباحثين على تحديد استراتيجيات علاجية جديدة.
وقال رابينويتز: “أبعد من ذلك، فإن الصورة الأكثر وضوحًا لكيفية تفاعل الأطعمة المختلفة مع الميكروبيوم لتعديل إنتاج المستقلبات البكتيرية ستساعد في صقل التوجيهات التي يمكن أن يقدمها خبراء التغذية والأطباء للناس للوقاية من الأمراض وعلاجها”.
تم تمويل هذه الدراسات من قبل معهد لودفيغ لأبحاث السرطان، والمعاهد الوطنية للصحة، والمعهد الوطني للسكري وأمراض الجهاز الهضمي والكلى، وتحالف برينستون للبحث التعاوني والابتكار، بجامعة برينستون.
بصرف النظر عن منصبه كمدير لفرع برينستون في معهد لودفيغ لأبحاث السرطان، فإن جوشوا رابينوفيتش هو أستاذ في قسم الكيمياء ومعهد لويس سيجلر لعلم الجينوم التكاملي وعضو في معهد روتجرز للسرطان.
