Projekti / Programi
Prehrana in mikrobna ekologija prebavil
01. januar 2009
- 31. december 2013
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.02.00 |
Biotehnika |
Živalska produkcija in predelava |
|
| 4.06.00 |
Biotehnika |
Biotehnologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B420 |
Biomedicinske vede |
Prehrana |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 4.02 |
Kmetijske vede in veterina |
Znanost o živalih in mlekarstvu |
prehrana, krma, okolje, funkcionalna hrana, zdravje, oksidacijski stres, probiotiki, prebiotiki, mikrobiologija, bakteriocini, prebavni trakt, selekcijski kriteriji, markerji, identifikacija, klasifikacija, biotehnologija
Raziskovalci (46)
Organizacije (2)
Povzetek
Prehrana je pomemben dejavnik v vzdrževanju dobrega zdravstvenega stanja organizma. Na poti do optimalne prehrane se je pojavil nov koncept, ki ga označuje termin funkcionalna hrana. Izhodiščna definicija, ki pravi "Živilo lahko označimo kot funkcionalno, če je mogoče zadovoljivo dokazati njegov ugoden vpliv na eno ali več ciljnih funkcij v telesu, poleg vpliva, ki ga je mogoče pojasniti zgolj s prehranskim učinkom", zahteva postavitev novih ciljev raziskovalne in tudi razvojne narave. Proučevanje mehanizmov in iskanje markerjev, na molekularnem in imunološkem nivoju, s katerimi lahko zadovoljivo merimo učinke živil ali krme, bosta osnovna pristopa v razvoju novega znanstvenega področja.
Vzroke za razvoj sodobnih civilizacijskih bolezni, ki jih je mogoče opredeliti s prehransko-medicinskega vidika, lahko združimo v dve skupini. V prvo sodijo energijsko in snovno neuravnotežena prehrana, v drugo pa vzroki, katerih posledica je porušeno mikrobno ravnotežje prebavil. Normalna črevesna mikrobna flora ima vsaj tri pomembne naloge: zmanjšuje možnost infekcije s patogenimi bakterijami, spodbuja zorenje črevesnega imunskega sistema in razvoj imunske tolerance na ubikvitarne antigene. Razkrivanje vloge mikroorganizmov v interakcijah gostujočih in gostiteljskih organizmov je eden ključnih korakov pri razumevanju delovanja celotnega ekosistema, v tem primeru prebavnega trakta živali ali človeka. Za obvladovanje predlaganih raziskovalnih vsebin bomo uporabili različne in vitro, ex vivo in in vivo raziskovalne metode, ter različne živalske modele. Prehranske raziskave bodo potekale na domačih in laboratorijskih živalih, z možnostjo spremljanja zauživanja in kvantitativnega izločanja snovi s sečem in blatom, s spremljanjem presnovnih parametrov in proučevanjem prehranskih dejavnikov z različnimi markerji kot so malondialdehid (MDA) v plazmi, v seču, v krmi, živalskih proizvodih in živilih (HPLC), stopnja poškodb DNA celic (kometni test), koncentracija E vitamina (alpha-, betapluagama-, delta- tokoferol/HPLC), skupni antioksidacijski status krvnega seruma in aktivnost glutation peroksidaze v eritrocitih. Poleg klasičnih analiz krme in hrane, ugotavljanja koncentracije makro in mikro mineralov (atomska absorpcijska spektrometrija), in sacco metode ugotavljanja prebavljivosti krme s pomočjo fistuliranih živali, bomo ocenjevali razmere v prebavilih in mikrobne fermentacije v posameznih delih prebavil s pomočjo ugotavljanja koncentracije kratkoverižnih (maščobnih) kislin (plinska kromatografija), ATP, amoniaka, viskoznosti in fermentabilnosti črevesne vsebine (in vitro plinski test). Poleg tradicionalnih mikrobioloških metod za izolacijo in gojenje mikroaerofilnih in striktno anaerobnih bakterij v anaerobnih komorah bomo uporabili predvsem širok nabor molekularno bioloških in genetskih metod, s katerimi bomo preučevali strukturo mikrobne združbe in njeno populacijsko dinamiko.
Cilji: spoznavanje zakonitosti in predlaganje novih načinov krmljenja, ki omogočajo prirejo funkcionalne hrane živalskega izvora, opis vpliva alternativnih krmnih dodatkov (rastlinski izvlečki, fibrolitični encimi) in izbranih probiotikov ter prebiotikov na sestavo mikrobne združbe v prebavilih domačih živali, ljudi in v modelnih sistemih, ki takšne prebavne ekosisteme simulirajo, izbira markerjev, ki omogočajo merjenje učinkov krme, hranil, pre-, probiotikov in drugih bioaktivnih snovi v organizmu ter razvoj toksikoloških, genotoksikoloških in imunoloških metod za sledenje njihovih pozitivnih in negativnih vplivov.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskovanje učinkov prehrane na organizem gostiteljev - živali ali ljudi, na njihovo mikrobioto ter študij interakcij med mikroorganizmi v prebavnem traktu so zahtevali razvoj in uvajanje številnih molekularno bioloških, genetskih, genomskih in proteomskih metod, ki bodo koristne ne le za nadaljnje raziskave naše skupine, temveč za svetovno znanstveno javnost. Med drugim smo: v sodelovanju s švicarskimi raziskovalci dokazali uporabnost transkriptomske analize krvnih celic (miši) kot vira biomarkerjev za ugotavljanje vpliva probiotikov na infekcije, tudi subklinične; v sodelovanju s češkimi raziskovalci uvedli metodo za ekstrakcijo DNA iz fekalnih in drugih vzorcev, ki temelji na uporabi hidrofilnih magnetnih kroglic P(HEMA-co-GMA); dopolnili in razvili metodo kometnega testa za oceno toksičnosti in genotoksičnosti, ki smo ga na celični liniji jetrnih celic HepG2 nadgradili z uporabo encimov FPG (formamidopirimidin glikozilaza) in EndoIII (endonukleaza III), ter uvedli uporabo modelnega evkariontskega mikroorganizma Tetrahymena thermophila; optimizirali metodo PCR v realnem času za preiskave mikrobiote črevesne sluznice; uvedli metodo PMA- PCR v realnem času za selektivno ugotavljanje nepoškodovanih bakterij v probiotičnih izdelkih z liofiliziranimi ali mikrokapsuliranimi mikroorganizmi; preskusili trodimenzionalni in vitro model črevesnega epitelija, ki vsebuje dendritične celice, pridobljene iz človeških monocitov iz periferne krvi, človeške črevesne epitelne celice in probiotične bakterije. Izboljšane metode za analize probiotičnih izdelkov in za genotoksične teste prispevajo tudi k prizadevanju EU za standardizacijo in uzakonitev metod v evropskem prostoru ter nadomeščanja uporabe laboratorijskih živali s celičnimi linijami in enoceličnimi organizmi. Raziskave vzorcev blata, črevesne sluznice, humanega mleka, kolostruma, mekonija, vampa … so prinesle pomembna spoznanja o pestrosti mikrobnih združb, ki naseljujejo prebavni trakt različnih domačih in laboratorijskih živali ter človeka. Pridobljena spoznanja o mikrobioti različnih skupin ljudi (vegetarijancev, novorojencev, bolnikov s kroničnimi črevesnimi boleznimi) bodo koristna za izgradnjo novih prehranskih strategij in preventivnih ukrepov za uspešen boj proti različnim zdravstvenim težavam, ki pestijo vedno večji del človeštva. Rezultati o načinu delovanja naravnih snovi, predvsem rastlinskih ekstraktov na različne pomembne procese, vključene v antioksidativno obrambo, ki smo jih pridobili in vivo na različnih živalskih modelih, so posebej aktualni in pomembni, saj je izsledkov takih raziskav, zaradi težavnosti izvajanja, za razliko od in vitro raziskav, v svetovni znanstveni literaturi relativno malo. Izpostaviti velja tudi spoznanja o sinergističnem delovanju različnih skupin antioksidantov, ki so topni v vodi in v maščobah. Slednji vplivajo na zdravje živali, na večjo učinkovitost krmljenja (vpliv na vampne bakterije in na razgradljivost in prebavljivost suhe snovi) in zmanjšanje obremenjevanja okolja. Predvsem slednje je pomembno iz globalnega vidika, saj predstavljajo izpusti toplogrednih plinov predvsem iz govedoreje resen globalni ekološki problem. Tudi odkrivanje novih mikroorganizmov s probiotičnim potencialom ter dokazovanje mehanizmov njihovega delovanja, kakor dokazovanje varnosti in zaščitni sposobnosti seva Lb. gasseri K7 na mišjem modelu C57BL/6J, inficiranem z enterohemoragično E. coli O157:H7, preskušanje varnosti in protivnetnega delovanja komenzalnih bakterij iz črevesne sluznice in proučevanje mehanizmov prenosa laktobacilov (Lb. gasseri K7, Lb. rhamnosus GG) iz črevesa v mlečno žlezo, je zanimivo na mednarodni ravni. Današnje zahteve za probiotične mikroorganizme vključujejo podrobno poznavanje pozitivnih in negativnih lastnosti takšnih mikroorganizmov, mehanizmov njihovega preživetja in delovanja v okolju prebavil ter vseh možnih interakcij, v katere lahko vstopajo bodisi z drugimi mikroorganizmi bodisi s celicami ali tkivi gostitelja.
Pomen za razvoj Slovenije
Med cilji, ki smo jih dosegli z izpeljavo raziskovalnega programa Prehrana in mikrobna ekologija prebavil, velja na prvem mestu omeniti podporo izobraževalnemu procesu na prvi in drugi Bolonjski stopnji in na doktorskem študiju, v skladu s poslanstvom ustanove, ki ji pripada. Tako smo lahko študentom programov prve stopnje (Živilstvo in prehrane, Biotehnologija, Mikrobiologija in Kmetijstvo – Zootehnika), študentom programov druge stopnje (Živilstvo, Prehrana, Znanost o živalih, Biotehnologija, Mikrobiologija) neposredno prenesli nova dognanja s tega področja, enako pa velja za študente interdisciplinarnih doktorskih študijskih programov Bioznanosti, Biomedicina in Varstvo okolja. Področje proizvodnje in oskrbe z varno hrano, kamor lahko uvrstimo rezultate raziskav te programske skupine, ostaja med najpomembnejšimi področji raziskav v Sloveniji in v Evropi nasploh tudi v naslednjih letih. Proizvodnja varne hrane temelji na za zdravje varnih resursih in upošteva paradigme trajnostnega razvoja. Obema aspektoma smo pri raziskovanju posvetili veliko pozornosti, saj smo preskušali učinkovitost in varnost naravnih bioaktivnih snovi v prehrani ljudi in živali, kot so naravni prehranski dodatki za krmo (ekstrakti lesa, naravni viri vitamina E, gobe, oljčni listi..) in naravni probiotiki. Programski sklop, ki je obravnaval vpliv prehrane nosečnic in mater na mikrobioto prebavil otrok in posledično na njihovo dolgoročno zdravlje, je in še bo prispeval k večjemu osveščanju, boljši prehrani in posledično boljšemu zdravstvenemu stanju prebivalcev Slovenije. Nova znanja in metode smo, skupaj z našimi partnerji iz gospodarstva, že začeli vpeljevati v najmodernejše tehnologije pridelovanja krme, vodenja prehrane živali in prirejo/predelavo zdrave in varne hrane, ob sočasnem manjšem obremenjevanju okolja. Raziskave, ki smo jih opravili z rastlinskimi ekstrakti, so zanimive tudi za slovenske proizvajalce rastlinskih ekstraktov, proizvajalcev krme in rejcev domačih živali, saj smo na podlagi rezultatov naših raziskav prišli do nekaterih znanstvenih ugotovitev, ki razlagajo in vivo delovanje naravnih rastlinskih ekstraktov kot antioksidantov v prehrani živali. Kažejo tudi na njihov potencial v obliki krmnih dodatkov za izboljšanje kakovosti in stabilnosti živalskih proizvodov in odpirajo možnosti ustvarjanja oz. trženja tovrstnih funkcionalnih živil. Pomembni so tudi izsledki glede njihove rabe za zmanjšanje obremenjevanja okolja. Ponujajo tudi spoznanja, ki bodo morda v prihodnosti predstavljala dobre temelje za uporabo takih naravnih rastlinskih ekstraktov kot antioksidantov v prehrani ljudi. Zelo dobro poteka tudi prenos metod in spoznanj, pridobljenih v sklopu raziskav probiotikov, v uporabo, tako s strani proizvajalcev kakor tudi laboratorija za probiotike, ki od leta 2010 deluje na Inštitutu za mlekarstvo in probiotike. Slednje predstavlja dodano vrednost pri kontroli kakovosti probiotičnih izdelkov kakor tudi spodbuja razvoj novih probiotičnih izdelkov. Vse omenjeno je nenazadnje pomembno za zagotavljanje neoporečnosti, kakovosti in konkurenčnosti slovenskih proizvodov in s tem tudi konkurenčnosti kmetijstva in agroživilske industrije. Med izvajanjem programa se je potrdilo, da prehranska tematika zahteva kompleksno notranjo povezanost raziskav in razvojnega dela (R&R), pri čemer je neobhodno potrebno komplementarno znanje različnih naravoslovnih in tehnoloških ved, kar je v naši programski skupini zagotovljeno.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
