Хүний гэдэсний микробиомд сүү цагаан идээний хэрэглээ нөлөөлдөг

Түлхүүр үг: Микробиом, соёл, лактобациллус, бифидобактер, тоо толгой

Үндэслэл: Хүн амьдралдаа дунджаар 60 тонн хоол хүнсийг олон тооны бичил биетэнтэй хамт идэж, хоол боловсруулах замаараа дамжуулдаг. Олон зуун жилийн туршид хүн төрөлхтөн асар их бичил биетний цуглуулгатай хамтран хөгжиж, ээдрээтэй боловч харилцан ашигтай харилцааг бий болгох замаар нэгэн бие бүхэл болж чадсаныг судалгаагаар нотолсоор байна. Хоол боловсруулах замд амьдардаг бичил биетний тоо нэг миллилитрт 1012-ээс давсан гэж тооцоолсон бөгөөд энэ нь хүний эсүүд ба геномоос 10 дахин их хэмжээний геномын агууламжтай (микробиом).1,2 Гэдэсний бичил биетний зонхилох бүлэг нь Firmicutes, Bacterioides, Actinobacteria, Proteobacteria, Fusobacteria, Verrucomicrobia ба гэдэсний бичил биетний 90%-ийг Firmicutes болон Bacterioides гэсэн 2 бүлэг эзэлдэг. Үүнээс гадна хүний гэдэсний байктерийн найрлагад үндэслэн гурван энтеротипэд хуваадаг бөгөөд 1-р төрөл (enterotype 1)-д Bacteroides-ийн агууламж өндөртэй, 2-р төрөл (enterotype 2)-д бактериуд цөөн байдаг ч Prevotella түгээмэл,  3-р төрөл (enterotype 3)-д Ruminococcus  их хэмжээгээр агуулдаг. Энтеротипийг нас, хүйс, биеийн жин, үндэсний ангиллаар тогтоодоггүй ба урт хугацааны хоолны дэглэм нь энтеротипэд нөлөөлдөг гэж үздэг.3,4 Африкийн хүүхдүүдийн гэдэсний бактерийн судалгаанд Prevotella нь нийт бактерийн 53%-ийг эзэлж байсан бол Европын яг ижил насны хүүхдүүдийн дунд байхгүй байсан.5 Хүний биед ялангуяа сүүн хүчлийн бактерийн гүйцэтгэх үүрэг болон ач холбогдол их байдаг. Сүүн хүчлийн бактери нь В12 витаминыг үйлдвэрлэх гол организм бөгөөд үүнийг амьтан, ургамал, мөөгөнцөр нийлэгжүүлдэггүй.6 Бифидобактери нь ДНХ-ийн нийлэгжилт, засвар үйлчилгээ зэрэг амин чухал бодисын солилцооны үйл явцад оролцдог фолийн хүчил үүсгэдэг гол үйлдвэрлэгч юм. Гэдэсний бичил биетүүд хүний биед амин дэм К, рибофлавин, биотин, никотиний хүчил, пантотений хүчил, пиридоксин, тиамин зэргийг үйлдвэрлэдэг.7 Хүмүүсийн нэгэн хэвийн хооллолт болон эмийн зохисгүй хэрэглээнээс болж гэдэсний бичил биетэнд хүчтэй нөлөө үзүүлдэг бөгөөд эмгэг төрүүлэгч популяцийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг.8 

Зорилго: Эрүүл хүний гэдэсний бичил биетний зүйлийн бүрдлийг монголын хот, хөдөөгийн насанд хүрсэн хүмүүсийн хоол хүнсний бүлгийн хэрэглээтэй холбон судлах.
Материал арга зүй: Нүүдлийн болон цагаан идээний өвөрмөц соёлтой Хөвсгөл, Булган, Дундговь аймгийн нутагт мал аж ахуй эрхэлж амьдардаг малчдаас 50 хүн болон Улаанбаатар хотод суурин амьдардаг 50 хүнийг зуны улиралд судалгаанд хамруулсан. Өтгөний дээжийг цуглуулахдаа зориулалтын сорьц цуглуулах ариун сав болон бусад туслах хэрэгсэлийн тусламжтайгаар савны ойролцоогоор 1/3-ийг дүүртэл авсан. Өтгөний микробиомын генетикийн судалгааг Макс Планкийн Хүн Төрөлхтний Түүхийн Хүрээлэн, Археогенетикийн лабораторид Next generation sequencing машинаар бүтэн геномын дарааллыг тогтоосон.9 Өгөгдлийн шинжилгээг R програм болон MetaPhlAn хэрэглүүрийг ашиглан бичил биетний бүлгэмдлийг зүйлийн түвшинд харьцуулалт хийсэн. Мөн судалгаанд оролцогсдын хооллолтын хэв маягийг эргэн санах асуумжийн арга болон хоол хүнсний давтамжийн аргыг ашиглан гүйцэтгэсэн. Микробиомын хот хөдөөгийн ялгаа болон хооллолтын байдлын хамаарлыг SPSS программ ашиглан тодорхойлсон. Бифидобактерийн өсгөвөрийг ялган авахдаа 0.9% NaCl-д ойролцоогоор 104 CFU/мл концентрацид шингэрүүлж, сонгомол тэжээлт орчинг бэлтгэж (BAM, 50 мг/л мупироцин) петрийн аяганд савлан царцаасан.15,16 Бифидобактерийн шингэрүүлгээс 100 мкл хэмжээгээр дусааж 370С хэмд агааргүй нөхцөлд (AnaeroPack®-Anaero) 24-48 цагийн хугацаанд өсгөвөрлөсөн. Бифидобактерийн зарим физиологи, биохимийн идэвхийг тодорхойлсон бөгөөд лактоз (Lac), мальтоз (Mal) –ийг ашиглан хий үүсгэх идэвхийг тодорхойлсон. 

Үр дүн: Нийт дээжинд 16 өөр Хүрээ илэрсэн бөгөөд тэдгээрийн 95% нь Firmicutes, Actinobacteria-д харьяалагдаж байна (Диаграмм 1). Энтеротипийн хувьд Prevotella түгээмэл илэрсэн. Энэ нь бусад гадны олон орныхоос эрс өөр байгаа юм.3,4,5,10 
 
Микробиомын хувьд бүх дээжинд агуулаглагдаж байгаа бактерийн тоо толгойн хувьд Bifidobacteriales-ийн баг хоёрдугаарт эрэмбэлэгдэж байна (Диаграмм 2). Хөдөөгийн бараг бүх хүнд сүүн хүчлийн бактер илэрсэн бөгөөд Булганы хүмүүст хамгийн их буюу Хөвсгөлөөс 7 дахин, Дундговиос 18 дахин, хотоос 152 дахин их сүүн хүчлийн бактер (Зураг 1) агуулж байгаа нь цагаан идээний (айраг) хэрэглээтэй шууд хамааралтай байлаа. 
 
   

Тайлбар: Нэг бактерийн эсийн зураг нь 1000 эс/мл агуулж байгаа юм. Нийтдээ Lactobacillus-ийн 18 зүйл илэрсэн бөгөөд хөдөөний хүмүүст L.helveticus, хотын хүмүүст L.delbrueckii давамгайлан илэрч байв. Гэхдээ хотын эрэгтэй хүмүүст маш бага буюу заримд нь огт эдгээр бактер илрээгүй. 
 
 
Тайлбар: Мөн адил нэг бактерийн эсийн зураг нь 1000 эс/мл агуулж байгаа. Нийтдээ Bifidobacterium-ийн 13 зүйл илэрсэн бөгөөд B.adolescentis, B.angulatum, B.bifidum, B.catenulatum, B.longum-ийн зүйлүүд хөдөө орон нутгийн хүмүүст харин  B.adolescentis, B.longum, B.pseudocatenulatum, B.bifidum-ийн зүйлүүд хотын хүмүүст давамгайлан илэрсэн. B.angulatum болон B.сatenulatum нь монгол орны хөдөөгийн хүн амын онцлогийг илтгэж байгаа бөгөөд B.longum нь уулархаг нутгийн үхэр, сарлагийн сүү, сүүн бүтээгдэхүүн хэрэглэдэг байдалтай уялдаж байна.
Нийт дээжний 87%-д B.adolescentis давамгайлан илэрсэн. Бифидобактерийн зүйлийн бүрдлийн хувьд хөдөөний хүмүүсийн нас ахих тусам нэмэгдэж байсан бол хотын хүмүүсийх эсрэгээрээ буурч байна. Эмэгтэйчүүдийн хувьд бифидобактерийн зүйлийн олон янз байдлын хувьд хөдөөд 39-56 насанд 10 гаруй зүйл тогтвортойгоор хадгалагдаж байсан бол хотод 25-35 насанд 5-8 зүйл хадгалагдаж байна. Эмэгтэй хүмүүст бифидобактерийн зүйлийн олон янз байдал эрэгтэй хүмүүсийг бодвол илүү байна (Зураг 2). 
 

Тайлбар: Үйлдвэрийн сүү, тараг, уламжлалт сүү тарагны хэрэглээ хот болон хөдөөгийн хүнд амд ялгаатай байна. Үйлдвэрийн сүү, таргийг Хөвсгөл болон Булганы байршлын хүмүүс хэрэглэхгүй байна. Ялангуяа айраг/хоормогны хэрэглээ Булганы хүмүүсийн 95%-д дунджаар 1387 – 4418 мл байгаа нь бусад байршлаас ялгаатай байна. Лакто болон Бифидобактерийн хувьд байршил хоорондын ялгаа гарсан бөгөөд Бифидобактери нь Хөвсгөл болон Дундговьд ИИ харьцангуй өндөр, Лактобациллус нь Булганд ялгаатай илэрсэн (p=0.0001). 
Нийт 116 бифидобактерийн өсгөвөрийг ялгаж 20%-ийн глицеролд хадгалсан бөгөөд үүнээс эсийн хэв шинжээр ялгаатай 8 өсгөвөрийн зарим физиологи биохимийн идэвхийг үзсэн. 1 өсгөвөр анаэроб, бусад нь факультатив анаэроб ба pH 4 орчинд тэсвэрлэн амьдрах чадвартай байсан. Лактозтой орчинд 2 бактер хий үүсгэж задалж байсан бол бусад нь хий үүсгээгүй, бүгд тунадас үүсгэсэн. Бүх өсгвөр мальтоз задлах идэвхитэй байна (Зураг 3).
 
  
Тайлбар: Сонгомол тэжээлт орчинд өсгөвөрлөгдсөн бифидобактерийн колоны зураг, Грамын будалт хийсэн эсийн зураг, голд нь бактерийн агаартай харьцах байдал болон нүүрс ус ашиглах идэвхийг харуулсан байдал. 

Хэлцэмж: 2015 оны Donaldson-ы судалгаагаар17 хоолны дэглэм нь гэдэсний бичил биетэнд ихээхэн нөлөө үзүүлдэг тухай байдаг. Энэ нь манай судалгаанд мөн адилаар илэрсэн. Ялангуяа сүү цагаан идээ өргөнөөр хэрэглэдэг Булган болон Хөвсгөл аймгийн хүмүүсийн микробиомын бүрдэл хотын хүмүүсийнхээс илэрхий ялгаатай үр дүн гарсан. Хүний бүдүүн гэдсэнд хоорондоо ялгаатай 300-1000 төрөл байх боловч ихэнх хувийг (99%) нь 30-40 төрөл зүйл эзэлдэг гэдгийг эрдэмтэд тодорхойлсон байдаг.18 Бидний хийсэн судалгаанд өтгөнд 82-219 ялгаатай зүйл бүртгэгдсэн бөгөөд 90-ээс илүү хувийг 27 ялгаатай зүйл эзэлж байна.  Үндэс угсаа, оршин суугаа газраасаа хамааралгүй Bacteroides, Prevotella, Ruminococcus нь бүдүүн гэдсэнд голлон илэрдэг.19  Бидний судалгаанд Bacteroides, Prevotella төрлийн хэлбэр давамгайлан илэрсэн. 
Дүгнэлт: Хот болон хөдөөгийн хүмүүсийн гэдэсний микробиомын 95%-д нь Firmicutes, Actinobacteria –ийн хүрээний бактер давамгайлан илэрсэн. Үүн дотроо Prevotella энтеротипийн хэлбэр түгээмэл байна. Эрэгтэй болон эмэгтэйчүүдийн хувьд хотын дээжинд хөдөөнийхөөс 1.1 дахин бага бактерийн зүйлтэй, хөдөөгийн эрчүүдийн хувьд 45-65 хүртэлх насанд зүйлийн бүрдэл 219 хүртэл нэмэгдэж байгаа бол хотын хувьд 202 ялгаатай зүйл байна. Сүүн хүчлийн бактер хөдөө мал малладаг хүмүүст хотын хүмүүсээс 60 дахин илүү байсан бөгөөд хотын 2 хүн тутмын 1 нь  энэ бактерийг агуулж байна. Хөдөө мал аж ахуй эрхэлдэг хүмүүсийн бифидобактерийн зүйлийн бүрдлийг хотын хүмүүстэй харьцуулахад 2.9 дахин илүү байна. Эдгээр нь хүмүүсийн сүү, цагаан идээний хэрэглээтэй холбоотой болохыг хооллолтын асуумж судалгаагаар тогтоосон. Бүх дээжнээс бифидобактерийн 2-3 төрлийн ялгаатай колони илэрсэн ба ихэнх өсгөвөр нь урт савханцар болон Y, V хэлбэрийн салаалсан, хөдөлгөөнгүй, спор үүсгэдэггүй, Грам эерэг, агааргүй савханцар бактер байсан.

Ном зүй:
1.    Elizabeth Thursby, Nathalie Juge. Introduction to the human gut microbiota. Biochemical Jurnal. 2017 Jun 1; 474(11): 1823–1836. doi: 10.1042/BCJ20160510
2.    Ley R.E., Turnbaugh P.J., Klein S., Gordon J.I. Microbial ecology: Human gut microbes associated with obesity. Nature. 2006;444:1022–1023. doi: 10.1038/4441022a
3.    Arumugam M., Raes J., Pelletier E., Le Paslier D., Yamada T., Mende D.R., Fernandes G.R., Tap J., Bruls T., Batto J.M., et al. Enterotypes of the human gut microbiome. Nature. 2011;473:174–180. doi: 10.1038/nature09944
4.    Emanuele Rinninella, Pauline Raoul, Marco Cintoni, Francesco Franceschi, Giacinto Abele Donato Miggiano, Antonio Gasbarrini and Maria Cristina Mele. What is the Healthy Gut Microbiota Composition? A Changing Ecosystem across Age, Environment, Diet, and Diseases. Microorganisms. 2019 Jan; 7(1): 14. doi: 10.3390/microorganisms7010014
5.    Qin J, et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature. 2010;464:59–65
6.    LeBlanc, J.G., Milani, C., de Giori, G.S., Sesma, F., van Sinderen, D. and Ventura, M. Bacteria as vitamin suppliers to their host: a gut microbiota perspective. Current Opinion in Biotechnology. 2013; 24, 160–168 doi:10.1016/j.copbio.2012.08.005; 
7.    Hill, M.J. Intestinal flora and endogenous vitamin synthesis. European Journal of Cancer Prevention. 6, 1997; S43–S45. doi:10.1097/00008469-199703001-00009
8.    Ferreyra, J.A., Wu, K.J., Hryckowian, A.J., Bouley, D.M., Weimer, B.C., Sonnenburg, J.L. et al. Gut microbiota-produced succinate promotes C. difficile infection after antibiotic treatment or motility disturbance. Cell Host Microbe 16, 2014; 770–777 doi:10.1016/j.chom.2014.11.003
9.    Nelson K.E., Weinstock G.M., Highlander S.K., Worley K.C., Creasy H.H., Wortman J.R., Rusch D.B., Mitreva M., Sodergren E., et al. Human Microbiome Jumpstart Reference Strains Consortium. A catalog of reference genomes from the human microbiome. Science. 2010;328:994–999. doi: 10.1126/science.1183605
10.    Hugon, P., Dufour, J.-C., Colson, P., Fournier, P.-E., Sallah, K., Raoult, D. A comprehensive repertoire of prokaryotic species identified in human beings. Lancet Infect. Dis. 2015. doi:10.1016/S1473-3099(15)00293-5
11.    Valdes A.M., Walter J., Segal E., Spector T.D. Role of the gut microbiota in nutrition and health. BMJ. 2018;361:36–44. doi: 10.1136/bmj.k2179.
12.    Sender R, Fuchs S, Milo R. Revised estimates for the number of human and bacteria cells in the body. PLoS Biol 2016;14(8):e1002533
13.    Clarke G, Stilling RM, Kennedy PJ, Stanton C, Cryan JF, Dinan TG. Minireview: Gut microbiota: The neglected endocrine organ. Mol Endocrinol 2014 Aug;28(8):1221−38
14.    Milani C, Duranti S, Bottacini F, Casey E, Turroni F, Mahony J, Belzer C, Delgado Palacio S, Arboleya Montes S, Mancabelli L, Lugli GA, Rodriguez JM, Bode L, de Vos W, Gueimonde M, Margolles A, van Sinderen D, Ventura M. The first microbial colonizers of the human gut: composition, activities, and health implications of the infant gut microbiota. Microbiol Mol Biol 2017; doi.org/10.1128/MMBR.00036-17.
15.    Rodrigo Otбvio Miranda, Antonio Fernandes de Carvalho, Luнs Augusto Nero. Development of a selective culture medium for bifidobacteria, Raffinose-Propionate Lithium Mupirocin (RP-MUP) and assessment of its usage with Petrifilm™ Aerobic Count plates. Food Microbiol . 2014 May;39:96-102.  doi: 10.1016/j.fm.2013.11.010. Epub 2013 Nov 26. 
16.    Jun Chen, Xinyi Chen and Chun Loong Ho. Recent Development of Probiotic Bifidobacteria for Treating Human Diseases 2021. Front Bioeng Biotechnol. doi: 10.3389/fbioe.2021.770248 
17.    Donaldson, G.P., Lee, S.M. and Mazmanian, S.K. Gut biogeography of the bacterial microbiota. Nat. Rev. Microbiol. 14, 2015;20–32 doi:10.1038/ nrmicro3552
18.    Eamonn M. M. Quigley “Gut Bacteria in Health and Disease” Gastroenterol Hepatol (N Y) 2013 Sep; 9 (9): 560–569
19.    Arumugam M, Raes J, Pelletier E, Le Paslier D, Yamada T, Mende DR, et al. Enterotypes of the human gut microbiome. Nature 2011; 473: 174-80. doi: 10.1038/nature09944.

Cудалгааны ажлыг хянан, нийтлэх санал өгсөн: Анагаах ухааны доктор Ж.Батжаргал