Nanopartiklar i mat kan förändra tarmbakteriernas beteende
Ny forskning om nanopartiklar i livsmedel har gett ny insikt om deras inverkan på tarmbakterier.
Forskare från University Medical Center i Mainz i Tyskland och kollegor från andra centra i Tyskland, Österrike och USA har upptäckt att de extremt små partiklarna kan binda till tarmbakterier.
I en studiehandling om deras arbete - som nu visas i tidskriften npj Matvetenskap - författarna förklarar hur bindning till nanopartiklar kan förändra tarmbakteriernas livscykel och deras interaktioner med värdens kropp.
Resultaten ska vara användbara för både medicin och livsmedelsindustrin. De kan till exempel leda till forskning om användningen av nanopartiklar i probiotika.
Ett exempel på detta är forskarnas observation att syntetiska nanopartiklar kan förhindra infektion med Helicobacter pylori.
H. pylori är en bakterie som växer i magen på människan. Det är av stort intresse för många forskare på grund av dess komplexa förhållande till cancer.
"Före våra studier", säger seniorförfattare Roland H. Stauber, professor vid Institutionen för näs-hals-, huvud- och nackkirurgi vid Mainz University Medical Center, "såg ingen riktigt om och hur nanotillsatser direkt påverkar mag-tarmfloran . ”
Användningen av nanopartiklar växer snabbt
Nanoteknik manipulerar material i nanometerskalan, vilket är ungefär samma skala som atomer och molekyler. En nanometer är 1 miljarddel av en meter, vilket innebär att det finns 25 400 000 av dem i en tum.
I sin studiebakgrund beskriver professor Stauber och kollegor hur användningen av nanopartiklar ökar snabbt inom många områden. Dessa sträcker sig från medicin och jordbruk till tillverkning av personliga hygienprodukter och livsmedelsbearbetning.
Livsmedelsindustrin använder till exempel syntetiska nanopartiklar för att lätta och färga mat, leverera näringsämnen och förhindra infektion.
Alla dessa kan komma in i människans tarm "som en del av nano-aktiverade livsmedel och drycker", rapporterar studieförfattarna.
Nanopartiklar är av intresse inte bara för att de är mycket små, utan också för att materialen som innehåller dem har unika egenskaper i nanoskalan.
Jämfört med större partiklar som härrör från samma material har nanopartiklar en mycket större ytarea i förhållande till sin storlek, har "större Brownian-rörelse" och kan korsa biologiska barriärer. Dessa barriärer inkluderar slemskiktet som leder vävnader såsom tarmen.
Av dessa skäl kommer deras öde i den mänskliga tarmen sannolikt att skilja sig mycket från motsvarigheter i större skala som härrör från samma material.
Enligt studieförfattarna är det därför viktigt att se till att alla nanoaktiverade livsmedelsingredienser är säkra för användning i livsmedel.
Den mänskliga tarmen och dess mikrobiom
Den mänskliga tarmen, eller mag-tarmkanalen, smälter cirka 60 ton mat under den genomsnittliga livslängden. Under årtusenden har den mänskliga tarmen och de enorma kolonierna av mikrober som upptar den utvecklat ett förhållande som är både komplext och ömsesidigt fördelaktigt.
När partnerskapet har utvecklats har tarmmikrober kommit att spela en nyckelroll i människors hälsa och sjukdomar.
Tarmmikroorganismer innehåller mestadels bakterier; de inkluderar också svampar, virus och encelliga organismer som kallas protozoer.
Forskare använder termen tarmmikrobiom för att hänvisa till summan av alla genom av biljoner mikroorganismer i tarmen.
De 3 miljoner generna i tarmmikrobiomen överstiger de 23 000 i det mänskliga genomet. De producerar också tusentals små molekyler som utför många funktioner i den mänskliga värden.
På detta sätt hjälper tarmbakterier att smälta mat, skörda energi, kontrollera immunitet och skydda mot patogener.
Obalanser i tarmmikrobiomet kan dock störa dessa viktiga funktioner för att antingen utlösa sjukdom eller misslyckas med att skydda mot det.
Studier har kopplat obalans i mikrobiomet till hjärt-kärlsjukdomar, allergier, cancer, fetma och psykiatriska tillstånd.
Alla nanopartiklar binder till tarmbakterier
Prof. Stauber och hans kollegor startade experiment där de kunde undersöka effekterna av ett brett spektrum av syntetiska nanopartiklar.
Dessa experiment simulerade resor som de olika partiklarna kan göra när de reser genom tarmens olika delar och stöter på olika bakterier.
Huvudresultatet var att alla "för närvarande använda eller potentiella framtida nanostorade livsmedelstillsatser" visade förmåga att binda till bakterier i tarmen.
Nanopartiklarna binds till alla typer av bakterier, inklusive de "probiotiska" arter som kan föda upp i mjölkprodukter som yoghurt.
Medan alla syntetiska nanopartiklar som de testade fästes på bakterier, märkte forskarna skillnader i deras bindningsegenskaper.
När de är bundna till nanopartiklar förändrade bakterierna deras beteende på vissa sätt som kan visa sig fördelaktiga och på andra sätt som kanske inte.
Ett potentiellt resultat som kan vara till nytta är hämning av infektioner, till exempel genom H. pylori. Teamet gjorde denna upptäckt när de experimenterade med kiseldioxidnanopartiklar i cellkulturer.
En potentiellt störande möjlighet som kom upp i andra experiment var att bindning till nanopartiklar kunde göra vissa ovänliga bakterier mindre synliga för immunsystemet. Ett sådant resultat kan till exempel öka inflammationssvaret.
En viktig punkt som författarna gör är att maten också innehåller naturligt förekommande nanopartiklar - varav några kan komma in i maten under beredningen.
Teamet körde också experiment på naturliga nanopartiklar och blev förvånad över att hitta liknande resultat som experimenten med syntetiska nanopartiklar.
"Det var förbryllande att vi också kunde isolera naturligt förekommande nanopartiklar från mat, som öl, som visade liknande effekter."
Prof. Roland H. Stauber
