Selulosa terasetilasi: prebiotik baru melawan penambahan berat badan melalui mikrobiota

Para ilmuwan dari RIKEN, bekerja sama dengan kelompok dari Universitas Tokyo dan Universitas Kyoto yang dipimpin oleh Dr. Tadashi Takeuchi, telah menerbitkan dalam Cell Metabolism evaluasi komprehensif pertama dari selulosa terasetilasi (AceCel) sebagai prebiotik yang secara signifikan dapat membatasi penambahan berat badan pada tikus melalui modulasi mikrobiota usus dan metabolisme nutrisi.

Mengapa AceCel?

Prebiotik tradisional (inulin, oligofruktosa) memberi makan berbagai macam bakteri, tetapi tidak selektif. AceCel adalah selulosa yang substituen asetilnya terikat secara kovalen pada 1/3 gugus hidroksilnya, sehingga menciptakan substrat hanya untuk bakteri hermeneutik tertentu, terutama Bacteroides thetaiotaomicron, yang mampu memutus ikatan asetilasi.

Desain eksperimental

1. Komposisi makanan: Tikus yang diberi diet lemak 60% (model DIO) diberi suplemen AceCel 5%, pengisi selulosa ekimolar yang tidak diolah, atau tanpa aditif.
2. Pemantauan berat badan dan metabolisme: berat badan, perilaku makan, OGTT dan pengukuran resistensi insulin dipantau selama 8 minggu.
3. Mikrobiota: Pengurutan 16S rRNA feses pada minggu ke-2, ke-4, dan ke-8.
4. Mekanisme: Tikus gnotobiotik yang kekurangan mikrobiota kemudian dikolonisasi dengan B. thetaiotaomicron, dengan dan tanpa AceCel.
5. Metabolomik dan transkriptomik hati dan usus: pengukuran asam lemak rantai pendek (SCFA), asetat, dan transkrip gen kunci yang terlibat dalam metabolisme karbohidrat dan lipid.

Hasil Utama

• Membatasi Kenaikan Berat Badan: Selama 8 minggu, tikus yang diberi AceCel hanya bertambah 8% dari berat badannya, dibandingkan dengan 30% pada kontrol dan 28% pada selulosa biasa.
• Peningkatan profil glikemik: AUC menurun sebesar 25% (p<0,01), HOMA-IR turun sebesar 30% (p<0,05).
• Mikrobiota:
  • AceCel menginduksi peningkatan 10 kali lipat pada B. thetaiotaomicron pada minggu ke-4 dan menghambat pertumbuhan Firmicutes.
  • Percobaan gnotobiotik mengonfirmasi bahwa tanpa B. thetaiotaomicron efek AceCel hilang, menyoroti peran penting spesies ini.

• SCFA dan anion asetat:

  • Kadar asetat feses meningkat hingga 40% (p<0,01), tetapi konsentrasi sistemik menurun, menunjukkan peningkatan penyerapan bakteri.

• Metabolisme hati:

  • Transkriptomik menunjukkan penurunan ekspresi Gck dan Pklr (enzim glikolitik) dan peningkatan Cpt1a dan Ppara (β-oksidasi lemak).
  • Profil lipid hati ditandai dengan penurunan trigliserida sebesar 35% (p<0,05).

“AceCel menunjukkan cara baru untuk tidak hanya memberi makan mikrobiota, tetapi juga membuatnya 'mencuri' karbohidrat dari inangnya dan dengan demikian mengarahkan kembali keseimbangan energi,” komentar Dr. Takeuchi.

Keamanan dan Prospek

• Data eksperimen tidak mengungkapkan respons peradangan di usus atau hati dan tidak mengubah parameter fungsi organ (ALT, AST).
• Langkah selanjutnya: studi klinis pada manusia untuk menilai tolerabilitas, efek pada mikrobiota dan metabolisme karbohidrat.
• Optimalisasi persiapan: tingkat asetilasi, ukuran fraksi dan kombinasi dengan probiotik ( konsumsi B. thetaiotaomicron?) masih dalam penyelidikan lebih lanjut.

Dalam artikel tersebut, penulis memberikan beberapa komentar utama:

• Selektivitas mekanisme
  “AceCel menunjukkan efek prebiotik yang unik: alih-alih memberi makan sekelompok besar mikroba, ia memilih strain Bacteroides thetaiotaomicron tertentu, mengalihkan karbohidrat dari inang ke metabolisme mikroba,” kata Dr. Tadashi Takeuchi, penulis senior penelitian tersebut.

• Peran Mikrobiota sebagai 'Pesaing'
  "Eksperimen gnotobiotik kami dengan jelas menunjukkan bahwa tanpa B. thetaiotaomicron, AceCel tidak berfungsi. Hal ini menunjukkan bahwa prebiotik dapat bekerja dengan meningkatkan persaingan nutrisi di usus," jelas rekan penulis Dr. Ikeda.

• Potensi untuk Manusia
  "Meskipun kami melihat efek yang kuat pada tikus, penting untuk menguji tolerabilitas dan dinamika metabolisme AceCel pada manusia," kata Dr. Sato. "Uji klinis selanjutnya harus mencakup analisis mendalam tentang mikrobiota dan metabolomik pasien."

• Keamanan
  “Tidak ada bukti peradangan atau kerusakan jaringan di usus atau hati dalam model praklinis kami, yang memberikan alasan untuk melanjutkan ke uji coba pada manusia,” tambah Dr. Nakamoto.

Komentar-komentar ini menyoroti bahwa AceCel adalah prebiotik generasi berikutnya yang menjanjikan, tetapi penerapan klinisnya memerlukan evaluasi cermat terhadap keamanan dan mekanisme tindakan pada manusia.

AceCel membuka jalan bagi generasi baru prebiotik yang bertindak tidak hanya dengan merangsang bakteri menguntungkan tetapi juga dengan menangkap substrat nutrisi secara kompetitif, membuka prospek terapi nutrisi-mikroba yang presisi untuk obesitas dan sindrom metabolik.