The use of the artificial digestive tract model in nutritional sciences®

• Autorzy: Królikowski Tomasz

Warianty tytułu

PL

Wykorzystanie modelu sztucznego przewodu pokarmowego w naukach żywieniowych®

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The human microbiome, especially the gut microflora, has been a research topic for many years and its influence on human health has caught a particular interest. Thus, any abnormalities are linked to the prevalence of many diseases and conditions. Due to the rapid technological development, microbiome research is often undertaken using an artificial model of the digestive tract or gastrointestinal tract, these technological developments are of significant support to the basic research performed on the microbiome. The structure of the human gut is very complicated as well as its function, thus, it is extremely difficult to build such machinery that would function correctly. This review is based on available literature about the SHIME® artificial human gut model (patented technology by the University of Ghent and the ProDigest company that act as the owner). Thanks to the project “Food and Nutrition Center – modernization of the SGGW campus in order to create the Food and Nutrition Research and Development Center (CŻiŻ)” cofinanced by the European Union from the European Regional Development Fund under the Regional Operational Program of the Mazowieckie Voivodeship for 2014-2020 [RPMA project no. 01.01.00-14-8276 / 17] The Institute of Human Nutrition Sciences has acquired the SHIME® technology artificial digestive tract.

PL

Mikrobiom człowieka, w tym szczególnie mikrobiota jelitowa od wielu lat jest przedmiotem badań w aspekcie jej wpływu na zdrowie. Z kolei, zaburzenia składu mikrobioty powiązane są z ryzykiem występowania wielu chorób. Do badań nad mikrobiomem coraz częściej wykorzystuje się modele sztucznego przewodu pokarmowego, które stanowią istotne wsparcie badań podstawowych w naukach żywieniowych. Ze względu na skomplikowaną budowę i funkcjonowanie przewodu pokarmowego człowieka bardzo trudno jest skontruować taki model, który by w pełni odpowiadał wszystkim uwarunkowaniom naturalnego przewodu pokarmowego. Niniejsze opracowanie powstało na bazie dostępnych artykułów naukowych dotyczących w szczególności działania i zastosowania sztucznego modelu przewodu pokarmowego SHIME®, (opatentowanej technologii, której twórcą i właścicielem jest konsorcjum Uniwersytetu w Gandawie i firma ProDigest). Dzięki projektowi pt. „Centrum żywności i żywienia - modernizacja kampusu SGGW w celu stworzenia Centrum Badawczo- Rozwojowego Żywności i Żywienia (CŻiŻ)” współfinansowanego przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Mazowieckiego na lata 2014-2020 [Nr projektu RPMA.01.01.00-14-8276/17] Instytut Nauk o Żywieniu Człowieka wzbogacił się o sztuczny przewód pokarmowy w technologii SHIME.

Słowa kluczowe

EN

microbiome; artificial gut; artificial gastrointestinal system; small intestine; large intestine

PL

sztuczny przewód pokarmowy; mikrobiom; jelito cienkie; jelito grube

• Wydawca: Wyższa Szkoła Menadżerska
• Czasopismo: Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego
• Rocznik: 2021
• Tom: nr 1
• Strony: 168--174
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., fig., rys.

Twórcy

autor

Królikowski Tomasz

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Polska

• https://orcid.org/0000-0002-5807-0357

Bibliografia

• [1] BOLCA S., T. VAN DE WIELE, S. POSSEMIERS. 2013. “Gut metabo types govern health effects of dietary polyphenols. Curr Opin Biotechnol. ” Apr;24(2): 220–5. doi: 10. 1016/j. copbio. 2012. 09. 009. Epub 2012 Oct 4. PMID: 23040410.
• [2] DECROOS K., E. EECKHAUT, S. POSSEMIERS, W. VERSTRAETE. 2006. “Administration of equol– producing bacteria alters the equol production status in the Simulator of the Gastrointestinal Microbial Ecosystem (SHIME)”. J Nutr. Apr;136(4): 946–52. doi: 10. 1093/jn/136. 4. 946. PMID: 16549455.
• [3] DINAN TG., C. STANTON, JF. CRYAN. 2013. „Psychobiotics: a novel class of psychotropic”. Biol Psychiatry. Nov 15;74(10): 720–6. doi: 10. 1016/j. biopsych. 2013. 05. 001. Epub 2013 Jun 10. PMID: 23759244.
• [4] FERRUA M. J., R. P. SINGH. 2015. “Human Gastric Simulator (Riddet Model)”. In: K. VERHOECKX et al. (eds) The Impact of Food Bioactives on Health. Springer, Cham. https://doi. org/10. 1007/978-3-319- 16104-4_7],
• [5] GIULIANI C., M. MARZORATI, M. INNOCENTI, R. VILCHEZ-VARGAS, M. VITAL, DH. PIEPER., T. VAN DE. WIELE, N. MULINACCI. 2016. “Dietary supplement based on stilbenes: a Focus on gut microbial metabolism by the in vitro symulator M-SHIME®”. Food Funct. Nov 9;7(11):4564-4575. doi: 10. 1039/c6fo00784h. PMID: 27713962.
• [6] GROOTAERT C., P. VAN DEN ABBEELE, M. MARZORATI, WF. BROEKAERT, CM. COURTIN, JA. DELCOUR, W. VERSTRAETE, T. VAN DE WIELE. 2009. “Comparison of prebiotic effects of arabinoxylan oligosaccharides and inulin in a simulator of the human intestinal microbial ecosystem”. FEMS Microbiol Ecol. Aug;69(2): 231–42. doi: 10. 1111/j. 1574–6941. 2009. 00712. x. Epub 2009 Jun 9. PMID: 19508502.
• [7] LE CHATELIER E., T. NIELSEN, J. QIN, E PRIFTI, F. HILDEBRAND, G. FALONY, M. ALMEIDA, M. ARUMUGAM, JM. BATTO, S. KENNEDY, P. LEONARD, J. LI, K. BURGDORF, N. GRARUP, T. JØRGENSEN, I. BRANDSLUND, HB. NIELSEN, AS. JUNCKER, M. BERTALAN, F. LEVENEZ, N. PONS, S. RASMUSSEN, S. SUNAGAWA, J. TAP, S. TIMS, EG. ZOETENDAL, S. BRUNAK, K. CLÉMENT, J. DORÉ, M. KLEEREBEZEM, K. KRISTIANSEN, P. RENAULT, T. SICHERITZ-PONTEN, DE. VOS WM, JD. ZUCKER, J. RAES, T. HANSEN; metahitconsortium, P. BORK, J. WANG, SD. EHRLICH,O. PEDERSEN. 2013. “Richness of human gut microbiome correlates with metabolic markers”.Nature. Aug 29;500(7464): 541–6. doi: 10. 1038/nature12506.PMID: 23985870.
• [8] L LIU., J. FIRRMAN, C. TANES, K. BITTINGER,A. THOMAS-GAHRING, GD. WU, P. VAN DENABBEELE, PM. TOMASULA. 2018. “Establishing a mucosal gut microbial community in vitro using an artificial simulator. PLoS One”. Jul 17;13(7):e0197692. doi: 10. 1371/journal. pone. 0197692.PMID: 30016326; PMCID: PMC6050037.
• [9] MARZORATI M., L. WITTEBOLLE, N. BOON,D. DAFFONCHIO, W. VERSTRAETE. 2008.“How to get more out of molecular finger prints: practical tools for microbial ecology”. Environ Microbiol.Jun;10(6): 1571–81. doi: 10. 1111/j. 1462-2920.2008. 01572. x. Epub 2008 Mar 4. PMID: 18331337.
• [10] MINEKUS M. 2015. “The TNO Gastro-Intestinal Model (TIM)”. In: VERHOECKX K. et al. (eds)The Impact of Food Bioactives on Health. Springer,Cham. https://doi. org/10. 1007/978-3-319-16104-4_5
• [11] MOLLY K., M. VANDE WOESTYNE, W. VERSTRAETE.1993. “Development of a 5–stepmulti–chamber reactor as a simulation of the humanin testinal microbial ecosystem”. Appl Microbiol Biotechnol. May;39(2): 254–8. doi: 10. 1007/BF00228615. PMID: 7763732.
• [12] POSSEMIERS S., S. BOLCA, C. GROOTAERT,A. HEYERICK, K. DECROOS, W. DHOOGE,D. DE KEUKELEIRE, S. RABOT, W. VERSTRAETE,T. VAN DE WIELE. 2006. “The prenylnflavonoid isoxanthohumol from hops (Humulus lupulus L. ) is activated into the potent phytoestrogen8–prenylnaringenin in vitro and in the human intestine”. J Nutr. Jul;136(7): 1862–7. doi: 10. 1093/jn/136. 7. 1862. PMID: 16772450.
• [13] POSSEMIERS S., K. VERTHÉ, S. UYTTENDAELE,W. VERSTRAETE. 2004. “PCR–DGGE-based quantification of stability of the microbial communityin a simulator of the human intestinal microbial ecosystem”.FEMS Microbiol Ecol. Sep 1;49(3): 495–507. doi: 10. 1016/j. femsec. 2004. 05. 002. PMID:19712298.
• [14] SENDER R., S. FUCHS, R. MILO. 2016. “AreWe Really Vastly Outnumbered? Revisiting the Ratioof Bacterial to Host Cells in Humans”. Cell. Jan28;164(3): 337–40. doi: 10. 1016/j. cell. 2016. 01.013. PMID: 26824647.
• [15] SHI N., N. LI, X. DUAN, H. NIU. 2017. “Interaction between the gut microbiome and mucosal immune system”. Mil Med Res. Apr 27;4:14. doi: 10. 1186/s40779-017-0122-9. PMID: 28465831; PMCID:PMC5408367.
• [16] SOKOL H., B. PIGNEUR, L. WATTERLOT etal. 2008. “Faecali bacterium prausnitzii is an anti–inflammatory commensal bacterium identifi ed by gutmicrobiota analysis of Crohn disease patients”. ProcNatl Acad Sci U S A 105: 16731–16736.
• [17] THUENEMANN E. C., G. MANDALARI, G. T.RICH, R. M. FAULKS. 2015. “Dynamic Gastric Model (DGM)”. IN: VERHOECKX K. et al. (eds)The Impact of Food Bioactives on Health. Springer,Cham. https://doi. org/10. 1007/978-3-319-16104-4_6
• [18] TOMPKINS TA., I. MAINVILLE, Y. ARCAND.2011. “The impact of meals on a probiotic during transit through a model of the human upper gastrointestinal tract”. Benef Microbes 2(4): 295–303. doi:10. 3920/Bm2011. 0022.
• [19] TSAVKELOVA EA., IV. BOTVINKO, VS. KUDRIN,AV. OLESKIN. 2000. “Detection of neurotransmitter amines in microorganisms with the use of high-performance liquid chromatography”.Dokl Biochem. May–Jun; 372(1–6): 115–7. PMID:10935181.
• [20] VAN DEN ABBEELE P., C. BELZER, M. GOOSSENS,M. KLEEREBEZEM, WM. DE VOS,O THAS, R. DE WEIRDT, FM. KERCKHOF, T.VAN DE WIELE. 2012. “Butyrate–producing Clostridium cluster XIVa species specifically colonize mucins in an in vitro gut model”. ISME J. May;7(5):949–61. doi: 10. 1038/ismej. 2012. 158. Epub Dec 13.PMID: 23235287; PMCID: PMC3635240.
• [21] VAN DEN ABBEELE P., T. VAN DE WIELE, W.VERSTRAETE, S. POSSEMIERS. 2011. “The host selects mucosal and luminal associations of coevolved gut microorganisms: a novel concept”.FEMS Microbiol Rev. Jul;35(4): 681–704. doi: 10.1111/j. 1574–6976. 2011. 00270. x. Epub Mar 18.PMID: 21361997.
• [22] VAN DUYNHOVEN J., EE VAUGHAN, DM JACOBS,RA. KEMPERMAN, EJ. VAN VELZEN,G. GROSS, LC. ROGER, S. POSSEMIERS, AK.SMILDE, J. DORÉ, JA. WESTERHUIS, T. VANDE WIELE. 2011. “Metabolic fate of polyphenolsin the human super organism”. Proc Natl Acad Sci US A. Mar 15;108 Suppl 1(Suppl 1): 4531–8. doi: 10.1073/pnas. 1000098107. Epub 2010 Jun 25. PMID:20615997; PMCID: PMC3063601.
• [23] VERHOECKX K., P. COTTER, I. LÓPEZ-EXPÓSITO,CH. KLEIVELAND, T. LEA,A. MACKIE,T. REQUENA, D. SWIATECKA, H. WICHERS.2015. “The Impact of Food Bio–Actives on Gut Health In Vitro and Ex Vivo Models”. Springer,Cham 305–315
• [24] WILLING B., J. HALFVARSON, J. DICKSVED,M. ROSENQUIST, G. JÄRNEROT, L. ENGSTRAND,C. TYSK, JK. JANSSON. 2009. “Twin studies reveal specific imbalances in the mucosa-associated microbiota of patients with ileal Crohn’s disease”.Inflamm Bowel Dis. May;15(5): 653–60. doi:10. 1002/ibd. 20783. PMID: 19023901.
• [25]. ŻAKOWICZ J., A. BRAMORSKA, W. ZARZYCKA,A. KOVBASIUK, K KUĆ, A. BRZEZICKA.2020. „Wpływ mikrobioty jelitowej na mózg, funkcje poznawcze i emocje”. Kosmos. Seria A, Biologia /Polskie Towarzystwo Przyrodników im. Kopernika Tom 69, Numer 326: 45–58.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).