如今，隨着人口增長、氣候變化等因素使糧食生產受到了前所未有的關注。最近，各種有關糧食增產的研究及其成果轉化已被陸續發表。然而，一些科學家開始了「逆向思維」，即從食品「廢料」中挖寶。因為每年在食品加工過程中被丟棄的部分也是一個巨大的資源。據相關數據顯示，2020年，全球柑橘產量約為1.4億噸，但只有約一半被用於加工，剩下的好幾千萬噸全都進了垃圾場。這些「廢物」如果處理不當，還可能會對土壤和水生系統產生影響。
因此，如果能在這些食品廢物中挖到「寶」將會產生一舉多得的影響。那麼誰能堪當此大任呢？當然是腸道細菌這個「生化大師」！
眾所周知，腸道菌群對機體具有包括從心理健康到生理健康的一系列深遠影響，並已得到越來越多的研究證實。
2022年6月27日，發表在《Cell》上的一項研究中，來自聖路易斯華盛頓大學領導的研究團隊已鑒定出一種人腸道細菌可以從橙子廢料中「挖掘」出被「困」在纖維中的營養物質。該研究強調了微生物學、食品科學和營養學之間的關係，並建立了一種利用腸道細菌"挖掘"被植物纖維"困住"的天然產物的方法，同時為闡明膳食纖維對宿主生理影響的機制提供了新的視角。
在這項新研究中，研究人員首先給定植人腸道菌群的小鼠餵食高脂肪、低纖維飲食，並在飲食中添加了10%或不添加從橙子中提取的纖維。隨後，他們發現一種名為N-甲基-5-羥色胺（N-Me-5HT）的分子被釋放出來，並確定是人腸道細菌與橙子纖維這一組合釋放出了這種化合物。
研究人員表示，人們對N-甲基-5-羥色胺的了解相對較少，但它在結構上與5-羥色胺（血清素）非常相似，5-羥色胺是一種神經遞質，在情緒、睡眠和身體其他關鍵功能中發揮重要作用。
隨後，研究人員測試了49種不同種類的人腸道細菌，發現卵形擬桿菌（Bacteroides ovatus）能有效從橙子纖維中「挖掘」出N-Me-5HT。
分子分析結果顯示，卵形擬桿菌菌株可以通過表達果膠聚糖的降解酶來釋放纖維中的N-Me-5HT，而人類基因組中缺乏這種酶，這種酶起到了分子剪刀的作用，可以分解被「困」在橙子纖維中N-Me-5HT的複雜糖類結構。
研究人員還檢測了133種可食用植物，包括玉米、小麥和大米等主要糧食作物，發現N-Me-5HT只存在於極少數纖維類型中，包括柑橘類水果和花椒屬植物。
接下來，他們繼續分析了N-Me-5HT的生物學效應。當他們給無菌小鼠餵食不含橙子纖維的高脂肪飲食後，補充N-Me-5HT可以減少脂肪儲存，改善肝臟中的糖代謝，併產生了更快的腸道轉運時間。
最後，該團隊在人體試驗中初步探索了上述研究的轉化潛力。
在一個小型臨床試驗中，研究人員證實，攝入含有橙子纖維零食的參與者糞便樣本中N-Me-5HT的含量增加。這種影響是纖維特異性的。當攝入含有豌豆纖維的零食時，不會發生這種影響。因此，他們得出結論：橙子纖維零食以劑量依賴的方式，特異性地增加糞便N-Me-5HT的含量，並且該含量與腸道菌群消化果膠聚糖酶的基因水平相關。
該研究合著者、病理學與免疫學副教授Michael Barratt博士說：「5-羥色胺參與了身體的許多過程，從情緒到食慾再到腸道健康，我們看到了給小鼠補充N-甲基-5-羥色胺帶來的有益影響。現在，我們開始破譯N-甲基-5-羥色胺與5-羥色胺相似性和差異性。」
總之，這項新研究提出了許多潛在方法，包括添加特定膳食纖維的飲食策略。
Barratt說：「在理想情況下，我們希望可以根據對個體腸道菌群的了解來推薦膳食纖維，特別是那些具有挖掘某些纖維代謝能力的腸道細菌。」
該研究通訊作者、愛迪生家庭基因組科學與系統生物學中心主任Jeffrey Gordon教授補充道：「不同纖維具有獨特且豐富的生物分子庫，並且每種腸道細菌都有不同的能力從各種纖維中挖掘出營養物質，包括已知的生物大分子和那些尚未被發現的生物分子。這裡的隱藏着無可限量的空間。我們的研究揭示了個性化營養的巨大潛力。"
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.06.004
