Nanopartikler i mad kan ændre opførslen hos tarmbakterier
Ny forskning i nanopartikler i fødevarer har givet ny indsigt i deres indvirkning på tarmbakterier.
Forskere fra University Medical Center i Mainz i Tyskland og kolleger fra andre centre i Tyskland, Østrig og USA har opdaget, at de meget små partikler kan binde til tarmbakterier.
I et studieoplæg om deres arbejde - som nu vises i tidsskriftet npj Videnskab om mad - forfatterne forklarer, hvordan tilknytning til nanopartikler kan ændre tarmbakteriets livscyklus og deres interaktion med deres værts krop.
Resultaterne skal være nyttige for både medicin og fødevareindustrien. De kunne for eksempel føre til forskning i brugen af nanopartikler i probiotika.
Et eksempel på dette er forskernes bemærkning om, at syntetiske nanopartikler kan forhindre infektion med Helicobacter pylori.
H. pylori er en bakterie, der vokser i slimhinden i den menneskelige mave. Det er af stor interesse for mange forskere på grund af dets komplekse forhold til kræft.
”Forud for vores studier,” siger seniorforfatter Roland H. Stauber, professor ved Institut for Otolaryngology, Head and Neck Surgery ved Mainz University Medical Center, “ingen så rigtig ud, om og hvordan nano-additiver direkte påvirker mave-tarmfloraen . ”
Brug af nanopartikler vokser hurtigt
Nanoteknologi manipulerer materialer i nanometerskalaen, som er omkring samme skala som atomer og molekyler. Et nanometer er 1 milliarddel meter, hvilket betyder, at der er 25.400.000 af dem i 1 tomme.
I deres studiebaggrund beskriver prof. Stauber og kolleger, hvordan brugen af nanopartikler stiger hurtigt på mange områder. Disse spænder fra medicin og landbrug til fremstilling af produkter til personlig pleje og forarbejdning af fødevarer.
Fødevareindustrien bruger for eksempel syntetiske nanopartikler til at lysne og farve mad, levere næringsstoffer og forhindre infektion.
Alle disse kan komme ind i den menneskelige tarm "som en del af nano-aktiverede fødevarer og drikkevarer", rapporterer undersøgelsesforfatterne.
Nanopartikler er ikke kun interessante, fordi de er meget små, men også fordi de materialer, der udgør dem, har unikke egenskaber i nanoskalaen.
Sammenlignet med større partikler afledt af de samme materialer har nanopartikler et meget større overfladeareal i forhold til deres størrelse, har "større Brownian-bevægelse" og er i stand til at krydse biologiske barrierer. Disse barrierer inkluderer slimlaget, der linierer væv såsom tarmen.
Af disse grunde vil deres skæbne i den menneskelige tarm sandsynligvis afvige meget fra modstykker i større skala afledt af de samme materialer.
Ifølge undersøgelsens forfattere er "det derfor vigtigt at sikre, at alle nano-aktiverede fødevareingredienser er sikre til anvendelse i fødevarer."
Den menneskelige tarm og dens mikrobiom
Den menneskelige tarm eller mave-tarmkanalen fordøjer omkring 60 tons mad i den gennemsnitlige levetid. I løbet af årtusinder har den menneskelige tarm og de store mikrober, der besætter den, udviklet et forhold, der er både komplekst og gensidigt fordelagtigt.
Da partnerskabet har udviklet sig, er tarmmikrober kommet til at spille en nøglerolle i menneskers sundhed og sygdom.
Tarmmikroorganismer omfatter hovedsagelig bakterier; de inkluderer også svampe, vira og encellede organismer kaldet protozoer.
Forskere bruger udtrykket tarmmikrobiome til at henvise til summen af alle genomerne i billioner af mikroorganismer i tarmen.
De 3 millioner gener i tarmmikrobiomet overgår langt de 23.000 i det menneskelige genom. De producerer også tusinder af små molekyler, der udfører mange funktioner i den menneskelige vært.
På denne måde hjælper tarmbakterier med at fordøje mad, høste energi, kontrollere immunitet og beskytte mod patogener.
Imidlertid kan ubalancer i tarmmikrobiomet forstyrre disse afgørende funktioner for enten at udløse sygdom eller undlade at beskytte mod det.
Undersøgelser har knyttet ubalance i mikrobiomet til hjerte-kar-sygdomme, allergier, kræft, fedme og psykiatriske tilstande.
Alle nanopartikler binder til tarmbakterier
Prof. Stauber og hans kolleger oprettede eksperimenter, hvor de kunne undersøge virkningerne af en lang række syntetiske nanopartikler.
Disse eksperimenter simulerede de rejser, som de forskellige partikler kan foretage, når de rejser gennem de forskellige dele af tarmen og støder på forskellige bakterier.
Hovedresultatet var, at alle de "nuværende eller potentielle fremtidige nanostørrede fødevaretilsætningsstoffer" viste evne til at binde sig til bakterier i tarmen.
Nanopartiklerne bundet til alle slags bakterier, herunder de “probiotiske” arter, der kan opdrætte i mælkeprodukter såsom yoghurt.
Mens alle de syntetiske nanopartikler, som de testede, var knyttet til bakterier, bemærkede forskerne forskelle i deres bindingsegenskaber.
Når de er bundet til nanopartikler, ændrede bakterierne deres adfærd på nogle måder, der kunne vise sig gavnlige og på andre måder, som måske ikke.
Et potentielt resultat, der kan være til gavn, er hæmning af infektioner, for eksempel ved H. pylori. Holdet gjorde denne opdagelse, da de eksperimenterede med silica-nanopartikler i cellekulturer.
Imidlertid var en potentielt foruroligende udsigt, der kom op i andre eksperimenter, at binding til nanopartikler kunne gøre nogle uvenlige bakterier mindre synlige for immunsystemet. Et sådant resultat kunne for eksempel øge betændelsesreaktioner.
Et vigtigt punkt, som forfatterne gør, er, at mad også indeholder naturligt forekommende nanopartikler - hvoraf nogle kan komme ind i maden under tilberedningen.
Holdet kørte også eksperimenter med naturlige nanopartikler og var overraskede over at finde lignende resultater som eksperimenterne med syntetiske nanopartikler.
"Det var underligt, at vi også kunne isolere naturligt forekommende nanopartikler fra mad, som øl, som viste lignende effekter."
Prof. Roland H. Stauber
