Ruuansulatusmallit antavat uutta tietoa

Itä-Suomen yliopiston Kansanterveystieteen ja kliinisen ravitsemustieteen yksikössä on viime vuosina kehitetty in vitro -ruuansulatusmalleja, joita on sovellettu erityisesti proteiinien sulavuuden sekä ruuan ja suolistomikrobiston välisten vuorovaikutusten tutkimiseen.

Mallit koostuvat mahalaukkua ja ohutsuolta simuloivasta osasta, jossa elintarvikkeita pilkotaan koeputkessa tai laboratorioastiassa ruuansulatusentsyymeillä sekä bioreaktorista, jossa ihmisen suolistomikrobit altistetaan maha-ohutsuolimallista saadulle ruokasulalle paksusuolta vastaavissa olosuhteissa. Maha-ohutsuoliosuuden pohjana on käytetty kansainvälisesti harmonisoitua INFOGEST-mallia¹.

Energiaravintoaineiden ja ravintokuidun pilkkoutumistehokkuuden ja paksusuolifermentaatioiden lisäksi malleilla voidaan tutkia muun muassa mineraaliravintoaineiden liukoisuutta tai vaikkapa tiettyjen fenolisten yhdisteiden, elintarviketeollisuuden sivutuotevirtojen, metsäjakeiden tai mikromuovien vaikutuksia ihmisten tai eläinten suolistomikrobien kasvun ja aineenvaihdunnan dynamiikkaan.

Maha-ohutsuolimallin pH:ta, entsyymipitoisuuksia ja käsittelyaikoja säätämällä voidaan tarkastella esimerkiksi proteiinien pilkkoutumista vauvojen, aikuisten tai vanhusten ruuansulatuskanavassa. Paksusuolimallilla voidaan tutkia eri ikäisten henkilöiden suolistomikrobien toimintaa käyttämällä mallinnuksessa kohdeikäryhmältä kerättyjä ulostenäytteitä mikrobien lähteenä. Vastaavasti voidaan tutkia tiettyjä sairauksia sairastavien henkilöiden suolistomikrobien vasteita elintarvikkeille tai ruoasta saataville yhdisteille.

Malleja tuotekehityksen tueksi

In vitro -mallien etuna on nopeus, edullisuus ja eettisyys. Ne mahdollistavat esimerkiksi erilaisin teknologisin menetelmin valmistettujen elintarvikkeiden vertailun. Itä-Suomen yliopistossa on tutkittu esimerkiksi hapatettujen palkokasvien ja mallastettujen viljojen proteiinien sulavuutta mahassa ja ohutsuolessa sekä vaikutuksia paksusuolessa. Lisäksi on vertailtu kokonaisista kasvinosista, proteiinikonsentraateista ja proteiini-isolaateista valmistettuja tuotteita.

Malleja voidaan helposti käyttää kartoittamaan ja seulomaan isostakin näytemäärästä ominaisuuksiltaan lupaavimmat elintarvikkeet tai valmistusaineet mahdollisiin jatkotutkimuksiin eläinkokeissa tai kliinisissä tutkimuksissa. Yhdistämällä ruuansulatusmalliin korkean suorituskyvyn analyysimenetelmiä, kuten metabolomiikkaa tai proteomiikkaa, saadaan valtavasti tietoa ruuan bioaktiivisista yhdisteistä, suolistomikrobien aineenvaihdunnasta sekä näiden välisestä vuoropuhelusta.

Tutkittavia yhdisteitä voivat olla esimerkiksi lyhytketjuiset rasvahapot, kuitujen mukana kulkevat, mahdollisesti terveyttä edistävät fytokemikaalit tai ruuansulatusentsyymein toimintaa haittaavat proteiinit eli proteaasi-inhibiittorit. In vitro -menetelmistä saatava tieto täydentää myös ihmisillä tehtävistä interventioista saatavaa tietoa, esimerkiksi, kun tutkitaan aineenvaihduntatuotteiden fysiologisia vaikutuksia tai niihin liittyviä vaikutusmekanismeja.

Lähde:

¹ Brodkorb A. ym. 2019. INFOGEST static in vitro simulation of gastrointestinal food digestion. Nature Protocols 14: 991-1014. doi: 10.1038/s41596-018-0119-1.