Enabling predictive modeling of molecular connections between fermented foods and human inflammation through a paired dataset of cell-based models and multi-omics approaches

Decennialang hebben mensen zich tot gefermenteerde voedingsmiddelen zoals yoghurt, zuurkool en kimchi gewend, aangetrokken door hun pittige smaken en de belofte van een betere gezondheid. De wetenschap heeft lang het idee ondersteund dat deze voedingsmiddelen rijk zijn aan een enorme variëteit aan minuscule levende organismen en de chemische stoffen die zij produceren. Recente studies hebben aangetoond dat het eten van deze voedingsmiddelen het interne vuur van het lichaam, bekend als inflammatie (ontsteking), kan kalmeren en helpt de gemeenschap van microben die in onze darmen leven diverser te maken. Hoewel onderzoekers de ingrediënten in deze voedingsmiddelen in kaart hebben gebracht en de algemene voordelen hebben waargenomen, bleef de specifieke keten van gebeurtenissen die een lepel gefermenteerd voedsel verbindt met een rustiger immuunsysteem een mysterie. We weten dat het voedsel helpt, maar we begrijpen de moleculaire conversatie die plaatsvindt tussen de microben in het voedsel, hun chemische bijproducten en de menselijke cellen die onze darmwand bekleden, nog niet volledig.

Een team van onderzoekers heeft nu een belangrijke stap gezet naar het oplossen van dit puzzelstukje door een gedetailleerde kaart van deze interacties te maken. Ze begonnen met het verzamelen van meer dan 100 verschillende soorten commercieel verkrijgbare gefermenteerde voedingsmiddelen, die een grote variëteit vertegenwoordigen van de producten die in de schappen van de supermarkt liggen. In plaats van het voedsel alleen te analyseren, plaatsten ze menselijke cellen in een laboratoriumsetting en stelden ze deze bloot aan deze voedingsmiddelen om te zien hoe de cellen reageerden. Om het volledige plaatje te vatten, vertrouwden de wetenschappers niet op één enkele methode. Ze maten de chemische samenstelling van de voedingsmiddelen zelf, identificeerden de specifieke soorten microben die in elk monster aanwezig waren, en keken vervolgens hoe de menselijke cellen van gedrag veranderden na behandeling met deze middelen. Door de gegevens van het voedsel direct te koppelen aan de gegevens van de cellen, creëerden ze een uitgebreide dataset die de unieke samenstelling van een gefermenteerd voedingsmiddel verbindt met de specifieke biologische respons die het in menselijk weefsel teweegbrengt.

Het resultaat van dit werk is een enorme, open collectie gegevens die de punten verbindt tussen wat er in het voedsel zit en wat er in het lichaam gebeurt. De onderzoekers genereerden gedetailleerde genetische profielen van de menselijke cellen onder elke behandeling, waarbij ze precies lieten zien welke genen aan of uit werden gezet wanneer de cellen verschillende gefermenteerde voedingsmiddelen tegenkwamen. Dit koppelden ze aan een volledige inventarisatie van de microben en metabolieten die in elk voedselmonster werden gevonden. Deze aanpak stelt wetenschappers in staat om verder te gaan dan gissen en te beginnen met het bouwen van voorspellende modellen. Deze modellen kunnen onderzoekers helpen bij het testen van specifieke ideeën over welke delen van een gefermenteerd voedingsmiddel verantwoordelijk zijn voor het verminderen van inflammatie. De studie beweert geen enkele "magic bullet" of een universeel geneesmiddel te hebben geïdentificeerd, maar biedt in plaats daarvan de grondstoffen die nodig zijn voor de wetenschappelijke gemeenschap om precieze vragen te stellen.

Door al hun ruwe gegevens en bewerkte bestanden publiekelijk beschikbaar te stellen, hebben de auteurs een fundament gelegd voor toekomstige ontdekkingen. Deze bron stelt andere wetenschappers in staat om de moleculaire mechanismen te verkennen die ten grondslag liggen aan de ontstekingsremmende effecten van gefermenteerde voedingsmiddelen, zonder dat zij helemaal opnieuw hoeven te beginnen. Het werk suggereert dat de weg naar het begrijpen van hoe deze voedingsmiddelen functioneren als hulpmiddelen voor de gezondheid ligt in het kijken naar de complexe, gelaagde relatie tussen de ingrediënten van het voedsel en de menselijke biologie. Met deze nieuwe bron kan de wetenschappelijke gemeenschap nu beginnen met het formuleren en testen van hypothesen over hoe specifieke microben en chemicaliën in gefermenteerde voedingsmiddelen interageren met menselijke paden, wat de weg vrijmaakt voor meer geïnformeerde strategieën in het gebruik van deze voedingsmiddelen om de menselijke gezondheid te ondersteunen.