Tarwezemelen als een dieetplatform voor bacteriën: Een manier om fermentatie in het humane colon te moduleren

Het humane colon herbergt een dense en complexe bacteriële gemeenschap, beter gekend als de microbiota. Het aantal bacteriën in het colon is meer dan 10 keer het aantal gastcellen in het menselijke lichaam en deze spelen een cruciale rol in de fysiologie van de mens. De microbiota vervullen belangrijke functies, zoals het extraheren van energie uit onverteerde voedingsmiddelen, het ontwikkelen en het onderhouden van het immuunsysteem en het creëren van weerstand tegen binnendringende pathogenen. Dysbiose is een conditie waarbij er een onevenwicht ontstaat in bacteriesamenstelling en wordt steeds meer geassocieerd met een aantal inflammatoire en levenstijl-gerelateerde ziekten. Dysbiose resuleert in een ontregeling van het adaptieve en aangeboren immuunsysteem, wat op zijn beurt zal leiden tot gastrointestinale ziekten en metabole ziekten zoals diabetes en cardiovasculaire ziekten.

Fermentatie van onverteerde koolhydraten in het colon is een belangrijke metabole functie van de microbiota. Koolhydraatfermentatie vindt voornamelijk plaats in het proximale colon en resulteert in de productie van korte ketenvetzuren (KKVZ; azijnzuur, propionzuur en boterzuur). Van de KKVZ wordt aangenomen dat ze voordelig zijn voor de gezondheid van de gastheer. Verschillende studies toonden reeds aan dat KKVZ en voornamelijk boterzuur de intestinale barrière versterkt en inflammatie reduceert door de activatie van NFκB te iniberen. Naast hun effecten op de gezondheid en het onderhoud van de darm zelf, kunnen de KKVZ ook voordelen verstrekken op vlak van systemische gezondheid, zoals op glucose- en lipidenmetabolisme. Deze effecten worden bekomen doordat de KKVZ endogene liganden zijn van de vrije vetzuurreceptor 2 en 3 (FFAR 2 en 3). Deze receptoren bevinden zich op enteroendocriene L-cellen, niercellen, adipocyten, bloedvaten, spiercellen en immuuncellen. Activatie van deze receptoren door de KKVZ stimleert het vrijkomen van de verzadigingshormonen, peptide YY en glucogon-like peptide 1 uit de enteroendocriene L-cellen. Dit resulteert in een verminderde voedselinname en een verbeterde insulinegevoeligheid en lipidenmetabolisme. Aangezien de KKVZ verschillende effecten kunnen veroorzaken op vlak van gezondheid, zijn zowel hun totale concentraties als relatieve proporties van belang.

De associatie tussen dysbiose en het ontwikkelen van gastrointestinale en metabole ziekten heeft geleid tot een grote interesse in functional foods, die de gezondheid verbeteren door de bacteriesamenstelling te moduleren. De meest gekende voorbeelden hiervan is het gebruik van probiotica en prebiotica. Een nieuwe strategie om de bacteriën aanwezig in het colon te moduleren, gebruikt in dit doctoraatsproject, is het gebruik van onoplosbare deeltjes, die dienen als een dieetplatform, die cross-feeding kunnen stimuleren en zo de microbiotasamenstelling kan moduleren. Onverteerde voedingsstoffen, die in het colon aanwezig zijn kunnen niet gefermenteerd worden door één bepaalde bacteriële species, maar de samenwerking van verschillende bacteriële species is hiervoor nodig en dit wordt cross-feeding genoemd. Het best gekende voorbeeld hiervan is de productie van boterzuur uit een niet-fermenteerbaar koolhydraat zoasl inuline-type fructans. Bifidobacteriën kunnen inuline-type fructans afbreken tot azijnzuur en melkzuur, maar zijn niet in staat om boterzuur te produceren. Het geproduceerde azijnzuur en melkzuur zullen op hun beurt gebruikt worden door azijnzuur- en melkzuur-converterende bacteriën om boterzuur aan te maken.

In deze doctoraatsstudie werden tarwezemelen gebruikt als dieetplatform om cross-feeding te stimuleren. Tarwezemelen zijn een belangrijk deel van de tarwekorrel en het wordt aangenomen dat tarwezemelen verschillende voordelige effecten hebben zoals het verlagen van het risico op de ontwikkeling van kanker, cardiovasculaire ziekten en obesitas. Daarnaast zijn tarwezemelen gemakkelijk te verkrijgen en gemakkelijk te modificeren.

Het effect van verschillende gemodificeerde tarwezemelen op de fermentatie van een koolhydraat en op parameters voor systemische gezondheid zullen nagegaan worden bij gezonde en obese vrijwilligers in twee humane interventiestudies.