Nanodeeltjes in voedsel kunnen het gedrag van darmbacteriën veranderen
Nieuw onderzoek naar nanodeeltjes in voedsel heeft nieuwe inzichten opgeleverd over hun impact op darmbacteriën.
Onderzoekers van het Universitair Medisch Centrum van Mainz in Duitsland en collega's van andere centra in Duitsland, Oostenrijk en de Verenigde Staten hebben ontdekt dat de ultrakleine deeltjes zich kunnen binden aan darmbacteriën.
In een studienota over hun werk - die nu in het tijdschrift verschijnt npj Science of Food - de auteurs leggen uit hoe gehechtheid aan nanodeeltjes de levenscyclus van darmbacteriën en hun interacties met het lichaam van hun gastheer kan veranderen.
De resultaten zouden nuttig moeten zijn voor zowel de geneeskunde als de voedingsindustrie. Ze zouden bijvoorbeeld kunnen leiden tot onderzoek naar het gebruik van nanodeeltjes in probiotica.
Een voorbeeld hiervan is de observatie van de wetenschappers dat synthetische nanodeeltjes infectie kunnen voorkomen door Helicobacter pylori.
H. pylori is een bacterie die groeit in het slijmvlies van de menselijke maag. Het is van groot belang voor veel wetenschappers vanwege de complexe relatie met kanker.
"Voorafgaand aan onze studies", zegt senior auteur Roland H. Stauber, een professor bij de afdeling Otolaryngologie, Hoofd- en nekchirurgie aan het Universitair Medisch Centrum van Mainz, "heeft niemand echt gekeken of en hoe nano-additieven de gastro-intestinale flora rechtstreeks beïnvloeden. . "
Het gebruik van nanodeeltjes neemt snel toe
Nanotechnologie manipuleert materialen op nanometerschaal, ongeveer dezelfde schaal als die van atomen en moleculen. Een nanometer is 1 miljardste van een meter, wat betekent dat er 25.400.000 in 1 inch zijn.
Prof. Stauber en collega's beschrijven in hun studieachtergrond hoe het gebruik van nanodeeltjes op veel gebieden snel toeneemt. Deze variëren van geneeskunde en landbouw tot de vervaardiging van producten voor persoonlijke verzorging en voedselverwerking.
De voedingsindustrie gebruikt bijvoorbeeld synthetische nanodeeltjes om voedsel lichter en kleuriger te maken, voedingsstoffen af te geven en infectie te voorkomen.
Al deze kunnen de menselijke darmen binnendringen "als onderdeel van nano-enabled voedingsmiddelen en dranken", rapporteren de auteurs van het onderzoek.
Nanodeeltjes zijn niet alleen interessant omdat ze erg klein zijn, maar ook omdat de materialen waaruit ze bestaan unieke eigenschappen hebben op nanoschaal.
In vergelijking met grotere deeltjes die van dezelfde materialen zijn afgeleid, hebben nanodeeltjes een veel groter oppervlak in verhouding tot hun grootte, hebben ze een "grotere Brownse beweging" en kunnen ze biologische barrières passeren. Deze barrières omvatten de slijmlaag die weefsels zoals de darm bekleedt.
Om deze redenen zal hun lot in de menselijke darmen waarschijnlijk sterk verschillen van dat van grootschalige tegenhangers die van dezelfde materialen zijn afgeleid.
Volgens de auteurs van de studie: "Het is daarom belangrijk om ervoor te zorgen dat alle nano-geactiveerde voedselingrediënten veilig zijn voor toepassing in voedingsmiddelen."
De menselijke darm en zijn microbioom
De menselijke darm, of het maagdarmkanaal, verteert ongeveer 60 ton voedsel tijdens de gemiddelde levensduur. In de loop van millennia hebben de menselijke darmen en de enorme kolonies microben die het bezetten een relatie ontwikkeld die zowel complex als voor beide partijen voordelig is.
Naarmate het partnerschap zich ontwikkelde, zijn darmmicroben een sleutelrol gaan spelen in de menselijke gezondheid en ziekten.
Darmmicro-organismen bestaan voornamelijk uit bacteriën; ze omvatten ook schimmels, virussen en eencellige organismen die protozoa worden genoemd.
Wetenschappers gebruiken de term darmmicrobioom om te verwijzen naar de som van alle genomen van de triljoenen micro-organismen in de darm.
De 3 miljoen genen in het darmmicrobioom zijn veel groter dan de 23.000 in het menselijk genoom. Ze produceren ook duizenden kleine moleculen die vele functies vervullen in de menselijke gastheer.
Op deze manier helpen darmbacteriën voedsel te verteren, energie te oogsten, immuniteit te beheersen en te beschermen tegen ziekteverwekkers.
Onevenwichtigheden in het microbioom van de darmen kunnen deze cruciale functies echter verstoren om ziekte te veroorzaken of er geen bescherming tegen te bieden.
Studies hebben een onbalans in het microbioom in verband gebracht met hart- en vaatziekten, allergieën, kanker, zwaarlijvigheid en psychiatrische aandoeningen.
Alle nanodeeltjes binden zich aan darmbacteriën
Prof. Stauber en zijn collega's zetten experimenten op waarin ze de effecten van een breed scala aan synthetische nanodeeltjes konden onderzoeken.
Deze experimenten simuleerden de reizen die de verschillende deeltjes zouden kunnen maken terwijl ze door de verschillende delen van de darm reizen en verschillende bacteriën tegenkomen.
Het belangrijkste resultaat was dat alle "momenteel gebruikte of mogelijke toekomstige levensmiddelenadditieven met nanogrootte" het vermogen vertoonden om zich te binden aan bacteriën in de darmen.
De nanodeeltjes binden zich aan allerlei soorten bacteriën, ook aan de ‘probiotische’ soorten die zich kunnen voortplanten in melkproducten zoals yoghurt.
Terwijl alle synthetische nanodeeltjes die ze testten zich aan bacteriën hechtten, merkten de onderzoekers verschillen op in hun bindingseigenschappen.
Wanneer ze aan nanodeeltjes waren gebonden, veranderden de bacteriën hun gedrag op een bepaalde manier die gunstig zou kunnen zijn en op andere manieren die misschien niet het geval waren.
Een mogelijke uitkomst die van nut kan zijn, is het remmen van infecties, bijvoorbeeld door H. pyloriHet team deed deze ontdekking tijdens het experimenteren met silica-nanodeeltjes in celculturen.
Een mogelijk verontrustend vooruitzicht dat in andere experimenten naar voren kwam, was echter dat binding aan nanodeeltjes sommige onvriendelijke bacteriën minder zichtbaar zou kunnen maken voor het immuunsysteem. Zo'n resultaat zou bijvoorbeeld ontstekingsreacties kunnen versterken.
Een belangrijk punt van de auteurs is dat voedsel ook van nature voorkomende nanodeeltjes bevat, waarvan sommige tijdens de bereiding het voedsel kunnen binnendringen.
Het team voerde ook experimenten uit met natuurlijke nanodeeltjes en was verrast om vergelijkbare resultaten te vinden als de experimenten met synthetische nanodeeltjes.
"Het was raadselachtig dat we ook natuurlijk voorkomende nanodeeltjes uit voedsel konden isoleren, zoals bier, die vergelijkbare effecten lieten zien."
Prof. Roland H. Stauber
