يمكن للجسيمات النانوية الموجودة في الطعام أن تغير من سلوك بكتيريا الأمعاء
أسفر بحث جديد عن الجسيمات النانوية في الطعام عن رؤى جديدة حول تأثيرها على بكتيريا الأمعاء.
اكتشف باحثون من المركز الطبي الجامعي في ماينز في ألمانيا وزملاؤهم من مراكز أخرى في ألمانيا والنمسا والولايات المتحدة أن الجسيمات فائقة الصغر يمكن أن ترتبط ببكتيريا الأمعاء.
في ورقة دراسة حول عملهم - والتي تظهر الآن في المجلة npj علوم الغذاء - يشرح المؤلفون كيف أن الارتباط بالجسيمات النانوية يمكن أن يغير دورة حياة بكتيريا الأمعاء وتفاعلاتها مع جسم مضيفها.
يجب أن تكون النتائج مفيدة لكل من الطب وصناعة الأغذية. يمكن أن تؤدي ، على سبيل المثال ، إلى البحث في استخدام الجسيمات النانوية في البروبيوتيك.
أحد الأمثلة على ذلك هو ملاحظة العلماء أن الجسيمات النانوية الاصطناعية يمكن أن تمنع العدوى هيليكوباكتر بيلوري.
جرثومة المعدة هي بكتيريا تنمو في بطانة معدة الإنسان. يحظى باهتمام كبير من العديد من العلماء بسبب علاقته المعقدة بالسرطان.
يقول كبير مؤلفي الدراسة Roland H. Stauber ، الأستاذ في قسم طب الأنف والأذن والحنجرة ، وجراحة الرأس والرقبة في المركز الطبي بجامعة ماينز ، "قبل دراستنا" ، "لم يفكر أحد حقًا في ما إذا كانت إضافات النانو تؤثر بشكل مباشر على النباتات المعدية المعوية وكيف . "
يتزايد استخدام الجسيمات النانوية بسرعة
تعالج تقنية النانو المواد بمقياس النانومتر ، والذي يقارب نفس مقياس الذرات والجزيئات. النانومتر الواحد هو 1 جزء من المليار من المتر ، مما يعني أن هناك 25400000 منها في البوصة الواحدة.
في خلفية دراستهم ، وصف البروفيسور ستوبر وزملاؤه كيف أن استخدام الجسيمات النانوية يرتفع بسرعة في العديد من المجالات. وتتراوح هذه من الطب والزراعة إلى تصنيع منتجات العناية الشخصية وتجهيز الأغذية.
تستخدم صناعة الأغذية ، على سبيل المثال ، الجسيمات النانوية الاصطناعية لتفتيح الطعام وتلوينه ، وتوفير العناصر الغذائية ، ومنع العدوى.
كل هذه يمكن أن تدخل الأمعاء البشرية "كجزء من الأطعمة والمشروبات التي تدعم النانو" ، كما ذكر مؤلفو الدراسة.
الجسيمات النانوية مهمة ليس فقط لأنها صغيرة جدًا ، ولكن أيضًا لأن المواد التي تتكون منها لها خصائص فريدة على المستوى النانوي.
بالمقارنة مع الجسيمات الأكبر المشتقة من نفس المواد ، فإن الجسيمات النانوية لها مساحة سطح أكبر بكثير بالنسبة لحجمها ، ولها "حركة براونية أكبر" وقادرة على عبور الحواجز البيولوجية. تشمل هذه الحواجز الطبقة المخاطية التي تبطن الأنسجة مثل الأمعاء.
لهذه الأسباب ، من المرجح أن يختلف مصيرهم في الأمعاء البشرية اختلافًا كبيرًا عن مصير نظرائهم على نطاق واسع المستمدة من نفس المواد.
وفقًا لمؤلفي الدراسة ، "لذلك ، من المهم التأكد من أن أي مكونات غذائية مزودة بتقنية النانو آمنة للتطبيق في الأطعمة."
الأمعاء البشرية وميكروبيومها
تهضم الأمعاء البشرية ، أو الجهاز الهضمي ، حوالي 60 طنًا متريًا من الطعام خلال متوسط العمر الافتراضي. على مدى آلاف السنين ، طورت الأمعاء البشرية والمستعمرات الضخمة من الميكروبات التي تحتلها علاقة معقدة ومفيدة للطرفين.
مع تطور الشراكة ، أصبحت ميكروبات الأمعاء تلعب دورًا رئيسيًا في صحة الإنسان والمرض.
تتكون الكائنات الدقيقة المعوية في الغالب من البكتيريا ؛ كما أنها تشمل الفطريات والفيروسات والكائنات وحيدة الخلية التي تسمى البروتوزوا.
يستخدم العلماء مصطلح ميكروبيوم الأمعاء للإشارة إلى مجموع كل جينومات تريليونات الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء.
إن الـ 3 ملايين جين في ميكروبيوم الأمعاء تفوق بشكل كبير عدد الـ 23000 في الجينوم البشري. كما أنها تنتج آلاف الجزيئات الصغيرة التي تقوم بالعديد من الوظائف في المضيف البشري.
بهذه الطريقة ، تساعد بكتيريا الأمعاء على هضم الطعام ، وحصاد الطاقة ، والتحكم في المناعة ، والحماية من مسببات الأمراض.
ومع ذلك ، يمكن أن تؤدي الاختلالات في ميكروبيوم الأمعاء إلى اضطراب هذه الوظائف الحاسمة إما لإثارة المرض أو الفشل في الحماية منه.
ربطت الدراسات عدم التوازن في الميكروبيوم بأمراض القلب والأوعية الدموية ، والحساسية ، والسرطان ، والسمنة ، والحالات النفسية.
ترتبط جميع الجسيمات النانوية ببكتيريا الأمعاء
أجرى البروفيسور ستوبر وزملاؤه تجارب تمكنوا من خلالها من فحص تأثيرات مجموعة واسعة من الجسيمات النانوية الاصطناعية.
تحاكي هذه التجارب الرحلات التي قد تقوم بها الجسيمات المختلفة أثناء سفرها عبر أجزاء مختلفة من الأمعاء وتواجه بكتيريا مختلفة.
كانت النتيجة الرئيسية أن جميع "المضافات الغذائية النانوية المستخدمة حاليًا أو المحتملة في المستقبل" أظهرت قدرة على الارتباط بالبكتيريا في الأمعاء.
ترتبط الجسيمات النانوية بجميع أنواع البكتيريا ، بما في ذلك الأنواع "الكائنات الحية المجهرية" التي يمكن أن تتكاثر في منتجات الألبان مثل الزبادي.
في حين أن جميع الجسيمات النانوية الاصطناعية التي اختبروها مرتبطة بالبكتيريا ، لاحظ الباحثون اختلافات في خصائص الارتباط الخاصة بهم.
عندما ترتبط البكتيريا بالجسيمات النانوية ، غيرت سلوكها في بعض الطرق التي قد تكون مفيدة وبطرق أخرى قد لا تكون كذلك.
النتيجة المحتملة التي يمكن أن تكون مفيدة هي تثبيط العدوى ، على سبيل المثال عن طريق جرثومة المعدة. توصل الفريق إلى هذا الاكتشاف عند تجربة جزيئات السيليكا النانوية في مزارع الخلايا.
ومع ذلك ، كان الاحتمال المزعج المحتمل الذي ظهر في تجارب أخرى هو أن الارتباط بالجسيمات النانوية يمكن أن يجعل بعض البكتيريا غير الصديقة أقل وضوحًا لجهاز المناعة. مثل هذه النتيجة يمكن أن تزيد من استجابات الالتهاب ، على سبيل المثال.
من النقاط المهمة التي أشار إليها المؤلفون أن الطعام يحتوي أيضًا على جزيئات نانوية تحدث بشكل طبيعي - وبعضها يمكن أن يدخل الطعام أثناء التحضير.
أجرى الفريق أيضًا تجارب على الجسيمات النانوية الطبيعية وفوجئ بالعثور على نتائج مماثلة للتجارب مع الجسيمات النانوية الاصطناعية.
"كان من المحير أننا تمكنا أيضًا من عزل الجسيمات النانوية التي تحدث بشكل طبيعي عن الطعام ، مثل البيرة ، والتي أظهرت تأثيرات مماثلة."
البروفيسور رولاند إتش ستوبر
