Construcción de un modelo de colon proximal humano para el estudio de prebióticos Público Deposited
The human proximal colon is the region of the large intestine where the greater prebiotic effect has been reported. However, this is not a region easily accessible to routine studies. In order to carry out studies on microbial ecology in this region, laboratory models that imitate some characteristics of the digestive system have been developed. The aim of this research was to build up a laboratory model with the same conditions of fermentation and adsorption than the human proximal colon, as well as to determine the response to the addition of inulin, resistant banana starch and orange dietary fiber. The model was constructed using a glass tube (50 x 5 cm) with a dialysis membrane inside. The substrate was introduced in the dialysis membrane three times a day, simulating a typical human food. The composition of the substrate was 58% carbohydrates, 35% protein, 3% fiber, 3% starch, 1% lipids in dry weight basis with 90% moisture. As inoculum it was used fecal cultivated biomass propagated in trypticasein soy broth (TSB). The intestinal absorption was simulated by means of a continuous flow of a solution of polyethylene glycol (PEG) outside the dialysis membrane. Grow of biomass to be used as fecal inoculum was achieved. The inoculum obtained had a concentration of microorganisms and short-chain fatty acids (SCFA) similar to that found in a fecal solution. The use of a propagated inoculum improves conditions for handling and transportation, increases concentration of anaerobic microorganisms, and avoid interference of unknown substances. In the proximal human colon model the growth of both aerobic and anaerobic microorganisms was obtained, as well as the production of short-chain fatty acids, similarly to those concentrations reported by other authors for this region. All microorganisms increased their count after inoculation of the substrate, and higher growths were obtained after each feeding. The concentration of SCFA inside and outside the membrane was significantly different due to the extraction efficiency of the PEG solution. The highest production was reached at 48 hours. At the beginning acetate was the predominant compound, but after 12 hours the proportion of butyrate increased while acetate decreased. This production of SCFA was similar to that of proximal colon in living systems. The continuous operation of the colon model for 48 hours was enough to obtain a good development of microorganisms and of SCFA production. This model reproduced the conditions of the human proximal colon adequately and can be used to study the development of the colonic microbiota. The addition of inulin in the model led to an increase in the concentration of total and facultative anaerobes, as well as lactobacilli and bifidobacteria. On the other hand, in spite that the aerobic mesophilic count was increased, the concentration of coliforms and enterobacteria decreased. The concentration of clostridia remained the same at 24 hours until 48 hours; its growth was not affected by the addition of inulin. It was demonstrated the susceptibility of the colon model system to small changes in the metabolism of colonic microflora due to food stimulus such as the addition of inulin. The physicochemical and functional characterization o resistant starch of banana and orange dietary fiber was obtained. The starch from banana Musa balbisiana Colla contains more than a half of digestion resistant starch. Orange flour contains about 40% of dietary fiber, from which, a half is soluble dietary fiber. When these substrates were assessed in the colon model, a decrease in the concentration of enterobacteria was obtained, while an increase in lactobacilli and bifidobacteria resulted. With starch a grater concentration of SCFA was obtained and the production of butyric acid was stimulated, while with orange fiber and pectin only the formation of acetic acid was got. With this model it is possible to contribute to the knowledge of the ecology of colonic microbiota, as well as the effect of different substances in its growth and metabolism.
El colon proximal humano es la región del intestino grueso donde se ha reportado e mayor efecto prebiótico, sin embargo, no es un sitio fácilmente accesible para estudios de rutina. Para realizar estudios de ecología microbiana en esta región se han desarrollado modelos de laboratorio que imitan algunas características del sistema digestivo. El objetivo de este trabajo fue construir un modelo de laboratorio con las condiciones de fermentación y absorción del colon proximal humano, así como determinar la respuesta a la adición de inulina, almidón resistente de plátano y fibra dietética de naranja. El modelo se construyó empleando un tubo de vidrio (50 x 5 cm) con una membrana de diálisis en su interior. El sustrato se introdujo en la membrana de diálisis tres veces al día, simulando una alimentación humana típica. La composición del sustrato incluyó 58% de carbohidratos, 35% de proteínas, 3% de fibra, 3% de almidón, y 1% de lípidos en base seca, con el 90% de humedad. Como inóculo se utilizó un cultivo de biomasa fecal propagado en caldo de soya y tripticaseina (TSB). La absorción intestinal fue simulada mediante el flujo continuo de una solución de polietilenglicol (PEG) alrededor de la membrana de diálisis. Se logró el cultivo de biomasa fecal para su empleo como inóculo. El inóculo se obtuvo con una concentración de microorganismos y ácidos grasos de cadena corta (AGCC) semejante a la encontrada en solución fecal. Con la propagación se mejoraron las condiciones de manejo y transporte, se aumentó la concentración de microorganismos anaerobios y se eliminó la interferencia por sustancias desconocidas. En el modelo del colon proximal se obtuvo crecimiento de microorganismos aerobios y anaerobios así como producción de ácidos grasos de cadena corta en concentraciones similares a las reportadas por otros autores para la región del colon. Todos los microorganismos aumentaron su cuenta después de la inoculación del sustrato y se obtuvo el mayor crecimiento después de cada alimentación. La concentración de AGCC dentro y fuera de la membrana fue significativamente diferente debido a la eficacia de extracción de la solución de PEG. La mayor producción se obtuvo a las 48 h. Al principio, el acetato fue el compuesto predominante, pero después de 12 h la proporción de butirato aumentó y el acetato disminuyó. Esta producción de AGCC fue similar a la del colon proximal en los sistemas vivos. El funcionamiento continuo del modelo del colon durante 48 h fue suficiente para obtener un buen desarrollo de microorganismos y la producción de AGCC. Este modelo reproduce las condiciones del ser humano de colon proximal de manera adecuada y puede ser utilizado para estudiar el desarrollo de la microbiota colónica. La adición de inulina en el modelo provocó el aumento en la concentración de anaerobios totales y facultativos, así como en lactobacilos y bifidobacterias. Aunque en la concentración de mesófilos aerobios se presentó un aumento, en coliformes y enterobacterias hubo una disminución en la concentración. La concentración de clostridios se mantuvo igual tanto a las 24 h como a las 48 h; su crecimiento no fue afectado por la adición de inulina. Se demostró la sensibilidad del sistema modelo del colon para mostrar pequeños cambios que ocurren en el metabolismo de la microflora colónica ante un estímulo alimenticio como lo es la adición de inulina. Se obtuvo la caracterización fisicoquímica y funcional de almidón resistente de plátano y fibra dietética de naranja. El almidón de plátano Musa balbisiana Colla contiene más de la mitad de almidón resistente a la digestión. La harina de naranja contiene alrededor de 40% de fibra dietética, de la cual, la mitad corresponde a fibra dietética soluble. Al evaluar estos sustratos en el modelo de colon se obtuvo una disminución en la concentración de enterobacterias y un aumento en lactobacilos y bifidobacterias. Con los almidones se obtuvo una mayor concentración de AGCC y se estimuló la producción de ácido butírico, mientras que con la fibra de naranja y pectina sólo se obtuvo formación de ácido acético. Con el modelo de colon se contribuirá a aumentar el conocimiento sobre la ecología colónica, así como el efecto de diversas sustancias en su crecimiento y metabolismo.
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