Nanopartikler i mat kan endre oppførselen til tarmbakterier
Ny forskning på nanopartikler i mat har gitt ny innsikt i deres innvirkning på tarmbakterier.
Forskere fra University Medical Center i Mainz i Tyskland og kolleger fra andre sentre i Tyskland, Østerrike og USA har oppdaget at de ultratiny partiklene kan binde seg til tarmbakterier.
I en studieoppgave om deres arbeid - som nå vises i tidsskriftet npj Vitenskap om mat - forfatterne forklarer hvordan tilknytning til nanopartikler kan endre livssyklusen til tarmbakterier og deres interaksjoner med kroppens vert.
Resultatene skal være nyttige for både medisin og næringsmiddelindustrien. De kan for eksempel føre til forskning på bruk av nanopartikler i probiotika.
Et eksempel på dette er forskernes observasjon om at syntetiske nanopartikler kan forhindre infeksjon av Helicobacter pylori.
H. pylori er en bakterie som vokser i slimhinnen i den menneskelige magen. Det er av stor interesse for mange forskere på grunn av dets komplekse forhold til kreft.
"Før studiene våre," sier seniorforfatter Roland H. Stauber, professor ved Institutt for otolaryngologi, hode- og nakkekirurgi ved Mainz University Medical Center, "ingen så egentlig ut om og hvordan nano-tilsetningsstoffer direkte påvirker mage-tarmfloraen . ”
Bruk av nanopartikler vokser raskt
Nanoteknologi manipulerer materialer på nanometerskalaen, som er omtrent samme skala som atomer og molekyler. Ett nanometer er 1 milliardedel av en meter, noe som betyr at det er 25.400.000 av dem i en tomme.
I sin studiebakgrunn beskriver prof. Stauber og kollegaer hvordan bruken av nanopartikler øker raskt på mange felt. Disse spenner fra medisin og jordbruk til produksjon av personlig pleieprodukter og matforedling.
Matindustrien bruker for eksempel syntetiske nanopartikler for å lette og fargelegge mat, levere næringsstoffer og forhindre smitte.
Alle disse kan komme inn i menneskets tarm "som en del av nano-aktivert mat og drikke", rapporterer forfatterne av studien.
Nanopartikler er av interesse ikke bare fordi de er veldig små, men også fordi materialene som utgjør dem har unike egenskaper i nanoskalaen.
Sammenlignet med større partikler avledet fra de samme materialene, har nanopartikler et mye større overflateareal i forhold til størrelsen, har "større Brownian-bevegelse" og er i stand til å krysse biologiske barrierer. Disse barrierer inkluderer slimlaget som strekker vev som tarmen.
Av disse grunner vil deres skjebne i menneskets tarm sannsynligvis avvike sterkt fra motstykker i større skala avledet fra de samme materialene.
Ifølge forfatterne av studien, "Det er derfor viktig å sikre at alle nano-aktiverte matingredienser er trygge for bruk i matvarer."
Den menneskelige tarmen og dens mikrobiom
Den menneskelige tarmen, eller mage-tarmkanalen, fordøyer rundt 60 tonn mat i gjennomsnittlig levetid. I løpet av årtusener har menneskets tarm og de enorme koloniene av mikrober som okkuperer den, utviklet et forhold som er både komplekst og gjensidig gunstig.
Etter hvert som partnerskapet har utviklet seg, har tarmmikrober kommet til å spille en nøkkelrolle i menneskers helse og sykdom.
Tarmmikroorganismer består hovedsakelig av bakterier; de inkluderer også sopp, virus og encellede organismer som kalles protozoer.
Forskere bruker begrepet tarmmikrobiome for å referere til summen av alle genomene til billioner av mikroorganismer i tarmen.
De 3 millioner gener i tarmmikrobiomet er langt høyere enn 23.000 i det menneskelige genomet. De produserer også tusenvis av små molekyler som utfører mange funksjoner i den menneskelige verten.
På denne måten hjelper tarmbakterier med å fordøye mat, høste energi, kontrollere immunitet og beskytte mot patogener.
Imidlertid kan ubalanser i tarmmikrobiomet forstyrre disse viktige funksjonene for enten å utløse sykdom eller ikke beskytte mot det.
Studier har knyttet ubalanse i mikrobiomet til hjerte- og karsykdommer, allergier, kreft, fedme og psykiatriske tilstander.
Alle nanopartikler binder seg til tarmbakterier
Prof. Stauber og hans kolleger satte opp eksperimenter der de kunne undersøke effekten av et bredt spekter av syntetiske nanopartikler.
Disse eksperimentene simulerte reisene som de forskjellige partiklene kan gjøre når de reiser gjennom de forskjellige delene av tarmen og møter forskjellige bakterier.
Hovedresultatet var at alle de "for tiden brukte eller potensielle fremtidige nanostørrede tilsetningsstoffene" viste evne til å binde seg til bakterier i tarmen.
Nanopartiklene bundet til alle slags bakterier, inkludert de “probiotiske” artene som kan avle i melkeprodukter som yoghurt.
Mens alle de syntetiske nanopartiklene de testet festet til bakterier, la forskerne merke til forskjeller i bindingsegenskapene.
Når de ble bundet til nanopartikler, endret bakteriene oppførselen på noen måter som kan vise seg å være gunstige og på andre måter som kanskje ikke.
Et potensielt resultat som kan være til nytte er hemming av infeksjoner, for eksempel av H. pylori. Teamet gjorde denne oppdagelsen da de eksperimenterte med silika-nanopartikler i cellekulturer.
Imidlertid var et potensielt forstyrrende potensial som kom opp i andre eksperimenter at binding til nanopartikler kunne gjøre noen uvennlige bakterier mindre synlige for immunforsvaret. Et slikt resultat kan for eksempel øke betennelsesresponsene.
Et viktig poeng forfatterne gjør er at maten også inneholder naturlig forekommende nanopartikler - hvorav noen kan komme inn i maten under tilberedningen.
Teamet kjørte også eksperimenter på naturlige nanopartikler og ble overrasket over å finne lignende resultater som eksperimentene med syntetiske nanopartikler.
"Det var forvirrende at vi også kunne isolere naturlig forekommende nanopartikler fra mat, som øl, som viste lignende effekter."
Prof. Roland H. Stauber
