Influência de prebiótico e sulfato ferroso na modulação da microbiota intestinal humana e murina e do prebiótico associado ao cálcio na biodisponibilidade de minerais

Abstract

O presente trabalho teve como objetivos verificar o efeito de prebiótico (Raftilose® P95 - FOS), (1 e 5%), probiótico (Bifidobacterium longum - 108 UFC/dia) e simbiótico (5% FOS + B. longum) na biodisponibilidade de ferro, cálcio e magnésio em ratos e na modulação da microbiota murina (aeróbios totais, anaeróbios totais, bifidobactérias e coliformes); o efeito de cálcio (2,5, 5,0 e 10,0g/kg) sobre a biodisponibilidade de ferro e magnésio, em 2 estudos in vivo: biodisponibilidade de ferro (12 grupos experimentais, n=8) com duração de 35 dias, sendo um período de repleção de 14 dias (AOAC, 1994, modificado) e biodisponibilidade de minerais (7 grupos experimentais, n=10). Foram verificados os efeitos in vitro (culturas em série e modelos intestinais) de diferentes níveis de sulfato ferroso (11, 22 e 33 mg/Kg, correspondentes a 50, 100 e 150% dos níveis utilizados na composição do meio de cultura) sobre a microbiota colônica humana e sua utilização de FOS, por meio de análise da contagem celular total, bacteróides, bifidobactérias, clostridios e bactérias sulfato redutoras pela técnica de hibridização fluorescente in situ (FISH), e contagem microbiológica de enterobactérias, lactobacilos, anaeróbios totais e bifidobactérias; a produção de ácidos orgânicos de cadeia curta: acético, propiônico, isobutírico, n-butírico, isovalérico, n-valérico, capróico, D- e L-lactato, determinados por meio de cromatografia gasosa. Os resultados indicaram que a suplementação com FOS (1%) não afetou a biodisponibilidade de ferro em animais submetidos a dietas deficientes em ferro, porém aumentou a absorção de magnésio (p<0,05) e cálcio (p<0,05). Foi demonstrada interação negativa entre cálcio e ferro (p<0,01) e entre cálcio e magnésio (p<0,05). Doses de 5% de FOS resultaram em diarréia nos animais e não aumentaram (p>0,05) a biodisponibilidade de ferro de animais anêmicos. A suplementação com B. longum tampouco influenciou (p>0,05) a recuperação da anemia dos animais nem alterou (p>0,05) as contagens dos diferentes grupos bacterianos intestinais. Em dietas controle verificou-se diminuição do grupo dos coliformes cecais com aumento do teor de ferro da dieta (p<0,01). O efeito de FOS sobre a microbiota humana e produção de ácidos orgânicos depende do teor de ferro e do segmento intestinal estudado. Baixo teor de sulfato ferroso (11 mg/L) resultou em diminuição (p<0,01) de enterobactérias, em experimentos em modelo intestinal. A incorporação de FOS estimulou esse grupo bacteriano (p<0,01) em dietas com baixo teor de ferro, bem como bifidobactérias e lactobacilos em todos os segmentos e dietas. Dietas com alto teor de sulfato ferroso (33 mg/kg) e FOS estimularam o grupo dos clostrídios. A incorporação de FOS a dietas com 11mg FeSO4/L resultou em aumento da produção de acetato (p<0,01), isobutirato (p<0,05), n-butirato (p<0,05) e isovalerato (p<0,01) no recipiente que simula o cólon ascendente; acetato (p<0,05) no cólon transverso e isobutirato (p<0,05) e caproato (p<0,01) no cólon descendente. A incorporação de FOS a dietas com 33mg FeSO4/L resultou na diminuição de n-valerato (p<0,05) no cólon ascendente; aumento de propionato (p<0,05) e isobutirato (p<0,05) no cólon transverso e diminuição de acetato (p<0,05), propionato (p<0,05), n-butirato (p<0,01), isovalerato (p<0,05) e n-valerato (p<0,05) no cólon descendente. Dietas com baixo teor de sulfato ferroso + FOS resultaram em maior produção de n-valerato (p<0,05) no cólon ascendente; menor produção de propionato (p<0,05), isovalerato (p<0,05) e n-valerato (p<0,05) no cólon transverso; e maiores concentrações de acetato (p<0,05), isobutirato (p<0,05), n-butirato (p<0,05), n-valerato (p<0,01) e caproato (p<0,05) no cólon descendente, quando comparadas com dietas com alto teor de sulfato ferroso + FOS. Os experimentos indicam que a concentração mineral presente em uma dieta pode vir a influenciar a saúde do hospedeiro, não apenas devido à biodisponibilidade per si, mas por também influenciar a ecologia microbiana. Sugere-se um cuidadoso estudo das doses de prebióticos a serem utilizadas, para evitar efeitos colaterais, como diarréia, que possam vir a influenciar nos resultados fisiológicos e novos estudos na área, com outros microorganismos probióticos, como Lactobacillus sp. ou outras espécies de bifidobactérias, devido a diferenças de metabolismo e adaptação dos mesmos à condições experimentais, outras substâncias prebióticas, que possam influenciar diferentes grupos microbianos e,ou, fontes dietéticas de minerais, como dietas baseadas em arroz/feijão, multimisturas, mais próximas da realidade populacional, em vez de suplementação com minerais inorgânicos.

The aim of this work is to verify prebiotic (Raftilose® P95 - FOS), (1 e 5%), probiotic (Bifidobacterium longum - 108 UFC/day) and synbiotic (5% FOS + B. longum) effects on rats ́ iron, calcium and magnesium bioavailability and on their microflora modulation (total aerobes, anaerobes, bifidbacteria and coliforms); calcium effect (2,5, 5,0 and10,0g/kg) on iron and magnesium bioavailability, through 2 in vivo studies: iron bioavailability (12 experimental groups, n=8) during 35 days, with repletion period of 14 days (AOAC, 1994, modified) and mineral bioavailability (7 experimental groups, n=10). The effects of In vitro experiments (batch cultures and gut models) using different iron sulphate levels (11, 22 and 33 mg/Kg, corresponding to 50, 100 and 150% of levels used in composition of culture medium) on human colonic microflora and its FOS supplementation were evaluated. Microflora modulation was analysed through total cellular count analysis, bacteroides, bifid bacteria, clostridia and reducing sulphate bacteria through fluorescent in situ hybridization (FISH), and microbiological count of enterobacteria, lactobacilli, total anaerobes and bifid bacteria. Short-chain fatty acids production – SCFA (acetic, propionic, isobutyric, n-butyric, isovaleric, n-valeric, caproic, D- and L-lactate) was determined through gas-chromatography. Results have shown that FOS supplementation (1%) did not affect iron bioavailability in animals on low iron content diets, but magnesium (p<0.05) and calcium (p<0.05) absorption increased. Negative interaction between calcium and iron (p<0.01) and between calcium and magnesium (p<0.05) was proved. FOS (5%) resulted in diarrhoea in anaemic animals and did not increase (p>0.05) iron bioavailability. B. longum supplementation (p>0.05) did not influence anaemia recovery of animals nor changed (p>0.05) counts of different intestinal bacterial groups. On control diets coliforms group was reduced with increase of dietetic iron level (p<0.01). FOS effect on human microbiota and SCFA production depends on iron content and on gut segment analysed. Low content of iron sulphate (11 mg/L) resulted in enterobacteria decrease (p<0.01), in gut model experiments. FOS addition stimulated this bacterial group (p<0.01) on low iron content diets as well as bifid bacteria and lactobacilli on all segments and diets. High iron sulphate diets (33 mg/kg) and FOS stimulated clostridia group. FOS addition to 11mg FeSO4/L diets resulted in increase in acetate (p<0.01), isobutyrate (p<0.05), n-butyrate (p<0.05) and isovalerate (p<0.01) productions in recipients that simulate ascendant colon; acetate (p<0.05) in transversal colon and isobutyrate (p<0.05) and caproate (p<0.01) in descendant no colon. FOS addition to 33mg FeSO4/L diets resulted in n-valerate (p<0.05) decrease in ascendant colon; propionate (p<0.05) and isobutyrate (p<0.05) increase in transversal colon and acetate (p<0.05), propionate (p<0.05), n-butyrate (p<0.01), isovalerate (p<0.05) and n- valerato (p<0.05) decrease in descendant colon. Low iron sulphate content diets supplemented with FOS resulted in higher n-valerate production (p<0.05) in ascendant colon; lower propionate (p<0.05), isovalerate (p<0.05) and n-valerate (p<0.05) production in transversal colon; higher acetate (p<0.05), isobutyrate (p<0.05), n-butyrate (p<0.05), n- valerate (p<0.01) and caproate (p<0.05) concentration in descendant colon, when compared to high iron sulphate content supplemented with FOS diets. Experiences have shown that dietetic mineral can not only influence host’s health because of their bioavailability but that they can also influence microbial ecology. We suggest detailed studies of prebiotic doses to avoid collateral effects such as diarrhoea, which could influence physiologic results. We also suggest new studies on this area with other probiotic microorganisms, such as Lactobacillus sp or with other species of bifidbacteria, due to strains ́ metabolic differences and adaptation’s to experimental conditions; other prebiotic substances, that could influence different microbial groups and/ or mineral sources such as rice/beans, multi mixtures that could be closer to population dietetic base instead of such inorganic minerals.