Kevin Kohl/Utahin yliopisto

Miksi japanilaiset saavat sushista irti enemmän ravintoa kuin sinä tai minä

Suolistobakteerien yhteydestä terveydentilaan on viime vuosina kuultu loputtomasti uutisia. Mutta katsotaanpa välillä tutkimuksen mielenkiintoista alaviitettä. Mitä tapahtuu suolistobakteereille, kun siirrytään käyttämään kokonaan uutta ruoka-ainetta?

Tuore tutkimus Utahin yliopistosta käsittelee nimenomaisesti tätä kysymystä. Ecology Letters- sarjassa julkaistussa tutkimuksessa tarkasteltiin Yhdysvaltain aavikolla eläviä pieniä jyrsijöitä, kauppiasrattuja (Neotoma). Ne joutuivat sopeutumaan noin 17 000 vuotta sitten ilmastonmuutokseen ja sen mukanaan tuomaan kasvillisuuden muutokseen. Katajat, joihin kauppiasratut olivat sopeutuneet, korvautuivat eläinten esiintymisalueen eteläosissa kreosoottipensailla.

Sekä katajat että kreosoottipensaat ovat myrkyllisiä useimmille kasvinsyöjänisäkkäille. Kauppiasratut olivat kuitenkin sopeutuneet evoluutionsa aikana syömään katajaa, mutta ei kreosoottipensasta. Jos pohjoisen kataja-alueilla eläville jyrsijöille tarjotaan tänä päivänä kreosoottipensasta, ne eivät siedä sitä. Alueen eteläosissa samat jyrsijät kuitenkin syövät sitä sujuvasti. Miten? Vastaus on, että suolistobakteerit tulivat avuksi.

Kreosoottipensaiden korvatessa katajan kauppiasrattujen elinalueen eteläosissa, siirtymän uuteen ravintokasviin on täytynyt olla vaikea. Kreosoottipensas ei tapa jyrsijää suoralta kädeltä, mutta eläimen maksa kuluttaa niin paljon energiaa myrkkyjen käsittelemiseen, että jyrsijän paino laskee dramaattisesti. Tämä laihtuminen johtaa ennen pitkää kuolemaan.

Jyrsijöiden sopeutumista on kuitenkin auttanut se, että ravintokasvin vaihdos on tapahtunut vähitellen. Utahin yliopiston tutkimuksessa pelkästään katajaan sopeutuneille jyrsijöille syötettiin tavallista kaninrehua, johon lisättiin vähitellen pieni määrä kreosoottipensasta. Parissa viikossa näiden jyrsijöiden suolisto kuhisi bakteereja, jotka kykenivät hajottamaan kreosoottipensaan myrkkyjä. Jyrsijöillä, jotka söivät pelkkää kaninrehua, ei tällaisia bakteereja ollut.

Toisessa tutkimuksessa kreosoottipensaaseen sopeutuneille jyrsijöille annettiin antibioottia. Tämän manööverin tuloksena jyrsijät menettivät kykynsä hyödyntää kreosoottipensasta, ja ne alkoivat laihtua. Tämä oli voimakas osoitus sen puolesta, että nimenomaisesti suolistobakteerit huolehtivat kreosoottipensaan myrkkyjen hajotuksesta.

Kolmannessa tutkimuksessa pelkästään katajaan sopetuneille jyrsijöille annettiin ulostesiirre. Toisin sanoen, ne saivat ensin ravintonsa mukana kreosoottipensaaseen erikoistuneiden lajikumppanien ulostetta (ne syövät toistensa ulosteita muutenkin). Tämän jälkeen niille tarjottiin ravinnoksi kreosoottipensasta. Tulos osoitti jälleen, että oikeanlaisilla mikrobeilla täydennettynä katajanpurijatkin kykenivät hyödyntämään kreosoottipensasta ravintonaan.

Tutkimusta johtanut Kevin Kohl sanoo, että löytö herättää monia kysymyksiä. Ensinnäkin, monia uhattuja eläimiä pidetään ensin vankeudessa ennen kuin ne vapautetaan luontoon. Jos kasvinsyöjien ravinto on yksipuolista, ne eivät välttämättä saa riittävän monipuolista bakteeristoa hajottamaan luonnonkasveissa tavattavia myrkkyjä.

Entä millä tavalla antibioottien rutiininomainen käyttö vaikuttaa laiduntavien tuotantoeläinten kykyyn hajottaa luonnonkasvien myrkkyjä, kysyy Kohl.

Utahin yliopiston tutkimus on ensimmäinen, jossa osoitetaan suolistobakteerien hajottavan myrkkyjä kasvinsyöjänisäkkäillä. Aiemmin samanlaisesta ilmiöstä on kuitenkin raportoitu hyönteisillä. Vuonna 2012 japanilaiset tutkijat raportoivat PNAS-tiedesarjassa soijaviljelmiä vaivaavasta luteesta (Riptortus pedestris), josta tuli vastustuskykyinen torjunta-aine fenitrotionille suolistobakteerien avustamana.

Löytö oli huomionarvoinen, sillä normaalisti vastustuskyvyn kehittyminen on pitkä prosessi. Sen aikana torjunta-aineelle vastustuskykyiset geenit lisääntyvät vähitellen sukupolvesta toiseen, kunnes kaikki yksilöt ovat vastustuskykyisiä. Aasialainen lude sai vastustuskyvyn kuitenkin lähes kertaheitolla sen suolistossa symbionttina elävien Burkholderia -bakteerien avulla. Bakteerin tietyt kannat neutralisoivat fenitrorionin hyönteiselle vaarattomaksi. Tutkijat osoittivat, että fenitrotionille vastustuskykyiset bakteerikannat lisääntyivät nopeasti viljelmillä, joissa torjunta-ainetta käytettiin.

Vastustuskyvyn mekanismi saattaa olla tiedettyä yleisempi, sillä lähes kaikilla kasvinsyöjäluteilla ja kirvoilla on suolistossaan symbioottisia bakteereja, jotka esimerkiksi tuottavat isäntähyönteisen tarvitsemia aminohappoja.

Jos sallitte hieman poiketa pääaiheesta, kerron tähän väliin Parasites and Vectors -sarjassa julkaistusta uunituoreesta tutkimuksesta, koska sekin käsittelee suolistoasiaa. Siinä Lancasterin yliopiston tutkijat koettivat löytää keinoa pysäyttää Leishmania-loinen tartuttamalla tappava bakteeri loista kantaviin hietakärpäsiin. Leishmania -alkueläin aiheuttaa tropiikissa yleistä leishmaniaasia. Loinen lisääntyy hietakärpäsen suolessa ja siirtyy ihmiseen verta imevän hietakärpäsen syljestä.

Valitettavasti tutkijat havaitsivat, että loinen suolessa on hietakärpäselle kannattava juttu. Loinen toimi eräänlaisena probioottina, joka suojasi hyönteistä bakteeritartunnalta. Miten se tämän tekee, on vielä toistaiseksi täysi arvoitus, mutta tulos on paha takaisku pyrkimyksille kontrolloida hietakärpästen populaatioita patogeenisten bakteerien avulla. Jos näin tehtäisiin, henkiin jäisivät nimenomaisesti loista kantavat yksilöt.

Palataksemme takaisin postauksen pääaiheeseen niin entä sitten ihminen? Suolistomme kuhisee baktereja, jotka hajottavat proteiineja, rasvahappoja ja hiilihydraatteja. Mutta entä kun törmäämme ruoka-aineisiin, joihin bakteerit eivät kykene. Siitä kertoo huippumielenkiintoinen esimerkki Japanista.

Japanilaiset syövät paljon merilevää. Merilevässä taas on paljon hyvin monimutkaisia hiilihydraatteja, jotka eivät niin vain hajoakaan, koska esimerkiksi sinulla ja minulla ei ole siihen sopivia entsyymejä. Mutta pienen evolutiivisen kikan ansiosta japanilaisilla on.

Ranskalaiset tutkijat skannasivat muutama vuosi sitten entsyymejä, jotka hajottaisivat merilevää. He löysivät uuden entsyymiryhmän, nimeltään beta-porfyranaasi, ja etsivät samanlaisia entsyymejä kansainvälisistä tietokannoista. Ensin he havaitsivat, että meressä elävä bakteeri Zobellia galactanivorans tuottaa samanlaisia entsyymejä. Samansukuisia entsyymejä löytyi myös muilta meribakteereilta. Tarkemmissa tutkimuksissa selvisi, että entsyymit olivat erikoistuneet hajottamaan Porphyra -suvun merilevien polysakkaridia, porfyraania. Sattumoisin tämän suvun merilevät ovat suosittua ruokaa Japanissa.

Tietokannoista löytyi lisäksi yksi bakteeri, joka ei tuntunut kuuluvan kuvaan. Se oli ihmisen yleinen suolistobakteeri Bacteroides plebeius. Miksi tämä bakteeri tuotti merilevän polysakkarideja hajottavaa entsyymiä? Vastaus löytyi, kun tutkijat katsoivat tarkemmin näytteenluovuttajien etnistä alkuperää. B. plebeius löytyi kaikilta ihmisiltä ympäri maailmaa, mutta merilevää hajottavaa entsyymiä se tuotti ainoastaan japanilaisissa suolissa. Tutkimus julkaistiin Naturessa vuonna 2010.

Löytö tarkoitti, että japanilaiset olivat syöneet merilevän mukana myös merilevää hajottavia bakteereja niin kauan, että B. plebeius oli saanut meribakteereilta geenin tai kaksi omaan työkalupakkiinsa. Kun geenisiirto oli kerran tapahtunut, japanilaiset saivat merileväateriastaan irti paljon enemmän ravintoa kuin länsimaiset, joiden suolistobakteereista puuttuivat kriittiset geenit.

Geenin vakiintuminen väestöön ei edellyttänyt, että jokainen sukupolvi hankkisi sen erikseen nielemällä raakaa merilevää. Merilevää hajottavia bakeereja löytyi nimittäin myös pieniltä vauvoilta, jotka eivät olleet syöneet mitään muuta kuin äidinmaitoa. Vauva oli siis perinyt genomin lisäksi myös äitinsä mikrobiomin.

Kommentit (0)

Seuraa 

Käsikopelolla

Jani Kaaro on tiedetoimittaja ja tietokirjailija, joka tekee havaintoja tieteen maailmasta ja sen liepeiltä. Jani odottaa lukijoilta vinkkejä mielenkiintoisista tutkimuksista ja toivoo myös yhteydenottoja tieteentekijöiltä, jotka haluavat esitellä omia töitään.

Teemat

Kategoriat