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事实证明,我们如何准备食物对我们很重要。

科学家们最近发现,不同的饮食——例如,高脂肪与低脂肪,或植物性与动物性——可以迅速且可重复地改变肠道微生物组的组成和活性,其中的组成和活性的差异可以影响从新陈代谢到免疫到行为的一切。

“我们不知道的是,食物的形式是否也很重要,”人类进化生物学系助理教授雷切尔·卡莫迪(Rachel Carmody)说。答案显然是肯定的。

卡莫迪在哈佛大学和加州大学旧金山分校(University of California, San Francisco)共同领导了一个研究小组,研究食用熟食和生食对肠道微生物的影响,从而加深了我们对这些微生物如何随我们进化的理解。这项研究发表在周一的《自然微生物学》杂志上。

卡莫迪从研究生时代就对这个问题很感兴趣。“食品加工影响我们的身体消化食物的方式,”她指出。“像研磨或捣碎这样的物理技术可以破坏细胞,使它们的营养更容易获得。烹饪更进一步,因为除了物理转化食物外,它还通过化学方式转化食物。她说,处理一些难以消化的食物,“本质上是将部分消化过程外部化,因此剩余的消化部分会变得更有效率。”

卡莫蒂与微生物学和免疫学副教授、加州大学旧金山分校贝尼奥夫微生物组医学中心(UCSF Benioff Center for Microbiome Medicine)执行领导成员彼得·特恩堡(Peter Turnbaugh)一起担任第一作者和共同高级作者。这两名研究人员推测,由于烹饪增加了小肠对营养物质的吸收,到达结肠的营养物质较少,会影响居住在那里的大约100万亿个微生物之间的竞争,从而对宿主产生下游效应。

为了探索这种可能性,Carmody和Turnbaugh首先关注了两种食物,这两种食物被认为在人类历史的大部分时间里提供了大部分的卡路里:肉类和富含淀粉的根类蔬菜。为了测试制剂是如何影响肠道微生物的,他们给小鼠喂了生的和熟的这些食物的变体,并测量了由此引起的肠道微生物群落组成和功能的变化。肉食者体内的微生物数量变化不大,但无论如何准备,吃红薯的人体内的微生物数量变化很大,而且是在数小时内变化的。在随后的一项实验中,参与者分别吃生的和熟的植物性食物,这证实了这些影响在人类内脏中也同样存在。

Sweet potato实验对象和’实验对象在生食和熟食甘薯时肠道菌群发生了显著变化。照片由Rachel Carmody提供

为了找出驱动这些肠道微生物转移的机制,研究小组进行了一系列额外的实验。后续研究中,老鼠被喂食相同的食物,只改变淀粉成分的消化率,重现了生食与熟食甘薯饮食中许多微生物组的变化,证实了淀粉消化率是一个关键机制。进一步的证据来自用一系列蔬菜进行的饲养试验,试验发现,与甜菜和胡萝卜等非淀粉类食物相比,淀粉类食物对肠道菌群的影响最为深远。研究人员还注意到,喂食生食的老鼠体重有所下降。

有趣的是,该研究小组还发现了第二种机制的证据:热导致的本地食源性抗菌化合物的失活。

生长中的植物会产生一系列的抗菌化合物来保护自己。当这些植物性食物被煮熟后,这些化合物在很大程度上被灭活了,”卡莫迪说。“但当这些植物食品被生吃时,其中一些抗菌化合物会对肠道中的微生物产生作用,而有些微生物比其他微生物更容易受到影响。”

最后,研究人员将食用生的和熟的植物食物的老鼠的肠道微生物移植到一组食用标准食物的无菌老鼠体内。研究结果是惊人的,有些令人惊讶:食用生食的肠道微生物比食用熟食的肠道微生物增加了更多的体重和脂肪。暴露在生鲜食物中的微生物群落选择了那些让寄主变得更饥饿的微生物,并将寄主自身消化不掉的更多能量释放出来。因此,尽管生吃植物总体上提供的能量较少,但微生物群落的相关变化似乎有助于弥补部分不足。

卡莫迪说:“我们的肠道微生物不仅能充分利用现有的一切,它们的适应能力也很强。”肠道微生物群可以在几小时内改变,利用环境,而不是像人类那样进化数千年。“适应性可能是我们作为一个物种生存或发展的关键之一,”她说。“直到最近,人类的食物供应一直非常不稳定。你需要担心季节性。如果你出去打猎,你永远不知道你会成功还是空手而归。肠道菌群的可塑性可能是一个重要的能量缓冲。”

卡莫迪说,这一发现引发了一系列新问题。研究的一个领域将是探索肠道微生物如何处理一些生蔬菜的抗菌特性,以及这些食源性抗菌化合物如何更广泛地影响我们的健康。另一项研究将着眼于烹饪是否代表了一种选择压力,这种压力有利于人类和我们的微生物之间的共同进化。

卡莫迪说:“很明显,人类的身体是由我们悠久的烹饪历史塑造的,但这项研究表明,人类肠道微生物群也会受到影响。”

该论文的其他作者包括:Kylynda Bauer、Katia Chadaideh和哈佛大学的Vayu Maini Rekdal;哈佛大学和麦吉尔大学的Corinne F. Maurice;还有Jordan Bisanz, Elizabeth Bess, Peter Spanogiannopoulos,和UCSF的Qi Yan Ang。

特恩鲍格在加州大学旧金山分校的一份声明中说:“我们在啮齿类动物身上看到的烹饪对人类的影响也与人类有关,看到这一点很令人兴奋。”“我们很有兴趣对人类进行更大规模、更长期的干预和观察性研究,以了解长期饮食变化的影响。”

对卡莫迪来说,它产生了更为深远的影响。“作为一名人类进化生物学家,我已经到了不能完全确定人类是什么的地步——我们的生物学在哪里结束,环境在哪里开始。总而言之,我们是整体生物——我们自己的生态系统——为了更好地了解我们自己,我们必须了解这些生态系统的相互作用。”

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