elemeket
absztrakt
Az inulinról, amely egy természetes megújuló poliszacharid forrás, amelyet a természet különböző növényei állítanak elő, állítólag számos különféle gyógyszerészeti és élelmiszeripari alkalmazás van. A közelmúltban gyorsan haladtak a nagy áteresztőképességű technológiák és platformok a globális mRNS, fehérjék, metabolitok és a bél mikroflóra tesztelésére. Ebben az áttekintésben ismertetjük az omikus technológiák alkalmazásának jelenlegi állapotát az inulin és az inulintartalmú prebiotikumok transzkripta-, proteom-, metabolom- és bélmikrobaszintekre gyakorolt hatásának tisztázására. Bár ebben a felülvizsgálatban számos tanulmány átfogó módon foglalkozik az inulin hatásával, ezek az omikus technológiák lehetővé teszik számunkra, hogy megértsük az mRNS, a fehérje, a metabolit és a bélmikroba egymás szakaszának fiziológiai információit. Úgy gondoljuk, hogy a szinergikus megközelítés létfontosságú ahhoz, hogy teljes mértékben szemléltessük az élelmiszer-tényezők, például az inulin, a fogadó egészségére gyakorolt viszonylag szerény hatásainak összetett szépségét.
Bevezetés: mi az inulin?
αD-glükopiranozil- [αD-fruktofuranozil] (n-1) -D-fruktofuranozid vagy β-glükopiranozil- [D-fruktofuranozil] (n-1) -D-fruktofuranozil, más néven inulin, természetes megújuló poliszacharid-forrás különböző növényeket termelt a természetben, jelentős számú különféle gyógyszerészeti és élelmiszeripari alkalmazással. Az Asteraceae hagyma a tápanyagok tárolásának eszközeként használja. 1 Kiváló táplálkozási tulajdonságainak köszönhetően az utóbbi években megnőtt az élelmiszeripari termékek felhasználása. Néha cukor, zsír és liszt helyett használják. Az inulint a csicsóka, a cikória (Cichorium intybus), a pitypang és a dália tartalmazza. Az inulint néha zsír vagy cukor helyettesítésére használják az élelmiszeriparban; A 3, 4, 5, 6, 7 azonban fontos gyógyszerészeti alkalmazással is rendelkezik segédanyagként vagy stabilizátorként és injekcióként a vesefunkció klinikai mérésére. Ezenkívül az inulin érdekes biológiai hatásokkal bír, amelyek a komplement útvonalának hatékony aktivátorai, ha részecskék formájában vannak, rákellenes tulajdonságokkal rendelkeznek 9, 10 és immunmoduláló tulajdonságokkal rendelkeznek 11, 12, 13, 14 (1. ábra).
Funkcionális élelmiszerként inulint tartalmazó inzulin vagy prebiotikus rost. Az inulin természetes megújuló poliszacharid-forrás, amelyet a természet különböző növényei állítanak elő. Asteraceae hagyma: A csicsóka és a cikória (Cichorium intybus) tápanyag-tároló közegként használja. Az inulin a pitypang és a dália alkotóeleme is. Az inulin a funkcionális élelmiszerek követelményeinek a következőképpen felel meg: a mindennapi élelmiszerek részét képezi, amelyeket normál/szokásos étrendben fogyasztanak, mint természetes előfordulású (a szintetikusokkal ellentétben) összetevőket, néha megemelkedett koncentrációban, vagy olyan élelmiszerekben, amelyek általában nem nyújtanak és pozitív hatással vannak a célfunkciókra, amelyek javíthatják az egészséget és a közérzetet, valamint csökkenthetik a betegségek kockázatát.
Teljes méretű kép
Az inulin mint prebiotikus és funkcionális táplálék
Nutrigenomika az élelmiszer- és táplálkozási kutatásokban
Az elmúlt években gyorsan haladtak a nagy áteresztőképességű technológiák és platformok a globális mRNS, fehérjék, metabolitok és a bél mikroflóra tesztelésére. Ennek eredményeként a jelenlegi táplálkozási szakemberek a nutigenomika - más néven táplálkozási - gyors terjeszkedésének vannak tanúi, amelyek magukban foglalják a transzkripptikát, a proteomikát, a metabolomikát és a metagenomikát. A nutrigenomika olyan tudományág, amelyben a genomra és más biológiai molekulákra vonatkozó összes rendelkezésre álló információt hatékonyan felhasználják az étrend és az emberi test közötti kölcsönhatások minden részletének feltárására. 24, 25 Ebben az áttekintésben az ominikus megközelítések jelenlegi állapotát írjuk le az inulinpótlás in vivo molekuláris mechanizmusainak tisztázása érdekében (2. ábra és 1. táblázat).
Omiás technológiák alkalmazása az inulint és inulint tartalmazó prebiotikus szálak funkcionális értékelésében. Az inulin étrendi beavatkozása szabályozhatja a legfontosabb fiziológiai funkciókat, például a lipid anyagcserét és a bél mikroflóra összetételét, és csökkentheti a rák kockázatát. Az omulin technológiákat, például a transzkripptikát, a proteomikát, a metabolomikát, a bél mikroflórájának metagenomikáját és a bél mikrobáinak genomikáját használják az inulinpótlás funkcionalitásának tisztázására.
Teljes méretű kép
Asztal teljes méretben
Az inulinpótlás transzkriptikus értékelése
A transzkripptika a legelterjedtebb omikus technológia az élelmiszer-kutatásban, a DNS-mikroarray technológia számos előnyének köszönhetően, amely magában foglalja a génexpressziós adatok összetettségét, a bevett protokollokat, valamint az adatok nagy megbízhatóságát és reprodukálhatóságát. 26, 27, 28, 29 A transzkriptomikában egy további közelgő népszerű megközelítés az RNS szekvenálás, más néven teljes transzkriptóm szekvenálás. A mikro-sugarakhoz képest az RNS-szekvenálás az expressziós értékek szélesebb körét képes megkapni, elegendő lefedettség mellett. Digitális mérőként (számadat) lineárisan mér még extrém értékeken is, míg a mikrorangok csak az analóg típusú fluoreszcens jelek telítettségét mutatják. Az RNS-szekvenálás további információkat szolgáltat azokról az RNS-splicing eseményekről, amelyeket a standard mikrorudak nem tudnak könnyen kimutatni. 32
Az inulin-kiegészítés proteomikus értékelése
A cikória gyökérfehérjéinek kétdimenziós elektroforetikus elemzését az első fagyasztási periódus előtt elvégeztük. A fehérje tripszinnel történő emésztése után a peptideket MS (mátrix-segített lézeres deszorpció/ionizációs-repülési idő/repülési idő) alkalmazásával elemeztük. A vizsgált 881 fehérjefolt közül 714 fehérje felelt meg az adatbázis hozzáférésének, amelyek közül 619-et a következő funkcionális kategóriákba soroltak: anyagcsere, energia, fehérjeszintézis, sejtszerkezet, hajtogatás és stabilitás, proteolízis és stresszválasz. Az abiotikus stresszválasz jelentőségét megerősítették, mert a megfigyelt 21 legintenzívebb fehérjefoltból 7 ismert, hogy részt vesz a hideg akklimatizációban, jelezve a gyökérszedést megelőző alacsony hőmérsékleti periódus fő hatását. 43
Az inulin-kiegészítés metabolomikai értékelése
Az anyagcserét széles körben használják a betegség biomarkereinek azonosítására. A magmágneses rezonancia és/vagy MS segítségével a metabolót az analitikai módszerek széles skálájával rögzíthetjük a széklet-, vér-, vizelet- és szövetminták mikrobák és gazdasejtek által termelt metabolitjainak robusztus és érzékeny azonosításával. A nem célzott és nem célzott módszerekre összpontosító módszertanból a biokémiai útvonalak szűrésére szolgáló módszereket tettek közzé, mint például a központi szén-anyagcsere, a glikolízis, a trikarbonsav-ciklus, az aminosav-útvonalak, a lipid-utak és a kiválasztott másodlagos anyagcsere-utak. 45, 46 Ezek az eszközök lehetővé teszik a kutatók számára, hogy egyidejűleg több ezer metabolit jelenlétének és mennyiségének elemzésével meghatározzák a kezelés hatásait a gazda metabolikus profiljára. Különböző kihívások vannak a metabolit-elemzésben a metabolitok kémiai tulajdonságainak sokfélesége miatt, amelyek nagyobbak, mint az átiratok és a fehérjék száma. Ezenkívül egy másik probléma számos metabolit szélességéből adódik. A metabolitok elemzése általában magas szintű készségeket igénylő technikák alkalmazását igényli. E nehézségek ellenére a metabolomelemzés hatékony eszköz a táplálkozás és a táplálkozás területén. 47
Duan és mtsai. A nukleáris mágneses rezonancia spektroszkópiával átfogóan elemezték a HFD és az inulinbevitel hatásait a szívizom és a here metabolitjainak összetételére. Az egyirányú adatok többszörös elemzése nagy áteresztőképességű módszer, amelyet a beavatkozás által jelentősen érintett metabolitok információinak vizualizálására és hatékony kivonására használnak. Több egyirányú adatelemzés segítségével kiderült, hogy a HFD metabolikus változásokat indukál a patkány herékben és a szívizomban, amelyek szerepet játszanak a zsírsav β-oxidációjában, valamint a kolin, aminosav, purin és pirimidin metabolizmusaiban, még a HFD előtt. súlygyarapodás. Az inulinbevitel gyengítette a HFD által kiváltott metabolikus változásokat a szívizomban (3-HB, laktát és guanozin) és a hereszövetekben (3-HB, inozin és betain). Ezek a megfigyelések arra utalnak, hogy az inulin befolyásolta a HFD által kiváltott metabolikus változásokat, és illusztrálták, hogy az egyirányú adatok többszörös elemzése alternatív módszer a metabolomikai elemzésben.
De Preter és mtsai. 49 azt mutatta, hogy az inulinpótlás modulálja az in vitro széklet metabolizmus profilját. Egészséges egyénekből származó székletmintákat anaerob módon inkubáltunk 37 ° C-on, növekvő inulindózisokkal vagy anélkül, és értékeltük az anyagcsere mintázatának és a pH változását. Összesen 107 különböző illékony szerves vegyületet azonosítottak és osztályoztak kémiai osztályaik szerint. Az észterek, savak és néhány aldehid koncentrációja az inulin dózisának növekedésével jelentősen megnőtt. Az inulin viszont dózisfüggő módon gátolta az S-vegyületek képződését. Ezenkívül egyéb fehérje fermentációs metabolitok, például fenolos vegyületek képződését gátolták inulin jelenlétében.
A bél mikrobioma inulin kiegészítésének értékelése metagenomikus megközelítéssel
A bél mikroflóra a gyomor-bél traktusban élő összes mikroorganizmusból áll. Az emlősök többségében a bél mikroflórájában négy bakteriális filil, a Firmicutes, a Bacteroidetes, az Actinobacteria és a Proteobacterium dominál, amelyek olyan feladatokat látnak el, amelyek meghatározzák a gazda egészségét. A beleket főleg nagyságú baktériumok lakják
100 billió sejt, ami körülbelül háromszorosa az emberi testben lévő sejtek számának 51 és kiterjedt anyagcsere-képességekkel rendelkezik. 50 A bél mikroflóra, amely a gazdaszervezet eukarióta sejtjeivel együtt egyedülálló bél ökoszisztémát alkot, így prokarióta sejtekből áll, és gyakran mérhető és funkcionális szervként emlegetik. Az elmúlt években a bél mikrobiol átfogóan elemezhető a következő generációs teljes DNS-szekvenálás és a 16S rRNS-gén szekvenálás segítségével. 53, 54, 55 Az egyik előnye, hogy a mikrobaközösség profilozása 16S rRNS gének felhasználásával lehetővé teszi, hogy egyszerre betekintést nyerjünk több száz mikrobiális közösségbe. 56 A gazda életmódjától és táplálkozási állapotától függően a baktériumközösségek összetétele eltér az emésztőrendszer mentén, és alkalmazkodik az élethez. 57
Egy új tanulmányban, amelyet Everard és munkatársai végeztek. Az oligofruktózzal kezelt egerek elhízásakor a gazda válaszában részt vevő célok vizsgálatához 10 hetes C57BL/6J egereket CT-vel etettek, CT-t oligofruktózzal kiegészítve (0,3 g/egér/nap). Cseppvízben (CT) -Pre), HFD-ben (60% zsír és 20% szénhidrát (kcal/100 g) vagy oligofruktózzal kiegészítve (naponta 0,3 g/egér) naponta hozzáadva csapvízhez (HFD-Pre) Metagenomic a szekvenálás során kiderült, hogy a HFD és a prebiotikus kezelés jelentősen megváltoztatta a bél mikrobiolját különböző taxonómiai szinteken. A HFD, Pre, HFD-Pre és CT csoportok eredményeit a funkcionális elemzésekből figyeltük meg, amelyek az ortológiai fehérjecsoportok klasztereinek előfordulásán alapultak. a prebiotikus beavatkozás indukálta a HFD által kiváltott gyulladást és a kapcsolódó anyagcserezavarokat.
Az inulinpótlás bélmikrobákra gyakorolt hatásának genomiális értékelése
Ebben az áttekintésben több olyan tanulmányt emeltünk ki, amelyek az inulinpótlás hatását elemezték különféle omikus technológiák, például transzkripptika, proteomika, metabolomika és metagenomika alkalmazásával. A genom technológiák, mint például a kvantitatív polimeráz láncreakció, 58 fluoreszcens in situ hibridizáció, 59 és in situ hibridizáció 16S rRNS-t célzó próbákkal, 60 szintén azok a népszerű omotikus technológiák, amelyeket az inulinintervenció értelmezésére használtak. Egy másik genom megközelítés magában foglalja a 16S rRNS gén klónok könyvtárának szekvenciájának alkalmazását egy kapilláris szekvenszer segítségével. 61
Az inulin nagy dózisainak mellékhatásai
Bár főként olyan vizsgálatokra összpontosítottunk, amelyek hangsúlyozzák az inulinpótlás előnyös tulajdonságait, beszámolunk arról, hogy az inulin nagy dózisainak számos mellékhatása van. Az alacsony zsírtartalmú elterjedéshez hozzáadott 14 g inulin napi bevitelének hatásait az éhomi vérzsírokra és a gyomor-bélrendszeri tünetekre 64 egészséges fiatal nőben vizsgálták egy randomizált kettős-vak keresztezett vizsgálatban. Az inulin nem volt hatással a vér lipidkoncentrációjára. Érdekes, hogy a kérdőívek alapján értékelt gyomor-bélrendszeri tünetek azt mutatták, hogy az inulin beviteli időszakban lényegesen magasabb fokú gyomor-bélrendszeri tünetek jelentkeztek, mint például puffadás, puffadás, görcsök a gyomorban és a belekben, valamint dübörgés a gyomorban és a belekben. 68 Bonnema és mtsai. 69 kettős vak, randomizált, placebo-kontrollos, crossover vizsgálatot végzett két inulinrost: rövidebb láncú oligofruktóz és natív inulin 5 és 10 g dózisú gyomor-bélrendszeri toleranciájáról 26 egészséges, 18-18 éves férfiban. 60 év. Megfigyelték, hogy 10 g natív inulin és naponta legfeljebb 5 g oligofruktóz adagja jól tolerálható.