doi: 10.15389/agrobiology.2025.4.664rus
УДК 57.084:613.263:635.21:[619+612.017
Исследования выполнены при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках государственных заданий № 0532-2021-0008 и № 0532-2021-0009.
ВЛИЯНИЕ КАРТОФЕЛЬНОГО СОКА НА НЕКОТОРЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИММУННОГО ПРОФИЛЯ И МИКРОБИОТУ КИШЕЧНИКА КРЫС
А.Е. ЧЕРНИЦКИЙ✉, Д.А. ОБЕРЮХТИН, О.Ю. ОПАРИНА,
Я.Ю. ЛЫСОВА, Е.П. ШАНИНА
Исследования микробиоты кишечника и связанной с ней иммунной защиты относятся к важным направлениям в физиологии питания, поскольку все три фактора (пища—кишечная микробиота—иммунные клетки) непрерывно взаимодействуют между собой и участвуют в формировании резистентности макроорганизма к вирусным и бактериальным инфекциям. Введение в рацион растительных компонентов может заметно улучшить состав микробиоты кишечника и эффективность иммунной защиты. Картофель (Solanum tuberosum L.) — традиционный продукт питания, являющийся уникальным источником макро- (белки, жиры и углеводы) и микронутриентов (аскорбиновая кислота, ниацин, рибофлавин, тиамин, железо, фосфор, кальций, калий, антоцианы, каротиноиды). Одним из способов сохранить высокое содержание и биодоступность функциональных пищевых компонентов картофеля может стать его употребление в виде сока из неочищенных клубней, не подвергавшихся термической обработке. Состав клубней и получаемого из них сока значительно варьируются в зависимости от сортовых особенностей картофеля, окраски его мякоти и кожуры, содержания вторичных метаболитов. Ожидаемо, что различия в химическом составе сока определяют специфичность его действия на организм. Однако ранее эксперименты, подтверждающие эту гипотезу, не проводились. Цель исследования — сравнительная оценка влияния сока, полученного из неочищенных клубней картофеля сортов с разной пигментацией клубней, на иммунный профиль и микробиоту кишечника крыс. В эксперименте на шнековой соковыжималке получали сок из трех сортов картофеля: Багира (фиолетовый картофель), Лила (розовый картофель) и Аляска (белый картофель). Все сорта картофеля исследовали на содержание сухого вещества, крахмала, протеина, моно- и дисахаров, витамина С. Полученный сок выпаивали крысам в первой половине дня. В эксперименте использовали четыре группы нелинейных крыс-самцов по 9 особей в каждой (возраст 9-10 нед), три группы получали сок из фиолетового, розового и белого картофеля, одна (контроль) получала питьевую воду. В начале эксперимента (фон, 0-е сут) проводили взвешивание животных, отбирали образцы цельной крови для гематологических и иммунологических исследований, а также фекалий для бактериологического анализа. Далее в течение 4 нед экспериментальной диеты крыс всех групп еженедельно взвешивали. На 28-е сут отбирали образцы цельной крови и фекалий для проведения повторных лабораторных исследований. Гематологические показатели определяли на полуавтоматическом ветеринарном анализаторе Abacus Junior Vet («Diatron», Австрия). Лейкоцитарную формулу подсчитывали в мазках крови, окрашенных по Романовскому-Гимзе, по общепринятой методике. Подсчитывали Т- и В-лимфоциты, вычисляли Т/В-индекс, показатель фагоцитарной активности, фагоцитарный индекс, рассчитывали индекс системного воспаления, индекс системного воспалительного ответа, совокупный индекс системного воспаления, соотношение числа нейтрофилов и лимфоцитов, тромбоцитов и лимфоцитов, моноцитов и лимфоцитов. Бактериологические исследования проводили в соответствии с рекомендациями по выявлению условно-патогенных микроорганизмов в клинической микробиологии. Применяли методы описательной статистики, выполняли попарную оценку различий (U-критерий Манна-Уитни) и построение диаграмм (программы Jamovi, «The Jamovi Project», Австралия; https://www.jamovi.org/, Microsoft Office Excel 2023). Результаты считали статистически значимыми при p < 0,05. За время эксперимента все крысы показали прирост массы тела. Самым большим он оказался в группе животных, получавших сок из белого картофеля (на 39,7 % за 28 сут). Иммунологический анализ выявил активацию фагоцитарного звена иммунитета во всех опытных группах (увеличение фагоцитарного индекса на 20,0 % для групп, получавших сок из розового (U = 12,5; p = 0,015) и белого (U = 13,0; p = 0,030) картофеля, и на 25,0 % — из фиолетового картофеля (U = 5,50; p = 0,002), при этом в группе, получавшей сок из фиолетового картофеля, отмечено снижение числа моноцитов на 66,7 % (U = 18,0; p = 0,044) и Т/В индекса на 18,5 % (U = 11,5; p = 0,011). Указанные изменения мы интерпретируем как следствие прямого действия антоцианов на иммунные клетки через торможение провоспалительной сигнальной системы NF-κB, потенцирование созревания дендритных клеток и снижение активации Т-лимфоцитов макрофагами. Описанные эффекты привели к уменьшению численности Staphylococcus spp. на 15,0 %, Enterococcus spp. на 16,7 %, Escherichia coli со слабовыраженными ферментативными свойствами на 40,0 %, но никак не повлияли на Proteusspp. и увеличили содержание дрожжеподобных грибов в фекалиях крыс на 16,7 %. У животных, получавших сок из розового и белого картофеля, вероятно, наблюдалась активация метаболического каскада Bifidobacteriumspp.—короткоцепочечные жирные кислоты—иммунные клетки кишечника. В этих группах не были выявлены дополнительные изменения в иммунном профиле, однако бактериологический анализ показал общую тенденцию к снижению представленности Staphylococcus spp. (на 15,0 %), Enterococcusspp. (соответственно на 16,7 и 40,0 %), Proteus spp. (соответственно на 100,0 и 66,7 %), E. coli со слабовыраженными ферментативными свойствами (соответственно на 100,0 и 40,0 %) и дрожжеподобных грибов (на 20,0 %) в фекалиях крыс. У крыс, получавших сок из розового и белого картофеля, снижение численности условно-патогенных микроорганизмов было опосредовано возросшей долей Bifidobacterium spp. на 25,0 %в составе кишечной микробиоты. Эти бактерии лимитировали рост остальных микроорганизмов за счет способности к ферментированию неперевариваемых углеводов в короткоцепочечные жирные кислоты. Последние обладают мощным иммуномодулирующим действием и обеспечивают сдерживание роста условно-патогенных микроорганизмов. Таким образом, настоящее исследование показало, что длительное (28 сут) применение соков из клубней картофеля, особенно с пигментированной мякотью, может рассматриваться как способ нутритивной коррекции иммунного профиля и состава кишечной микробиоты у моногастричных животных и человека. Перспективы дальнейших исследований включают изучение механизмов взаимодействия антоцианов и короткоцепочечных жирных кислот с клетками иммунной системы, а также проведение доклинических и клинических испытаний на других биологических объектах.
Ключевые слова: Solanum tuberosum L., картофель, картофельный сок, крысы, микробиота кишечника, иммунный статус.
EFFECTS OF POTATO JUICE ON SOME INDICATORS OF IMMUNEPROFILE AND INTESTINAL MICROBIOTA IN RATS
A.E. Chernitskiy✉, D.A. Oberiukhtin, O.Yu. Oparina,
Ya.Yu. Lysova, E.P. Shanina
Research into the gut microbiota and the associated immune defense is an important area of nutritional physiology, as all three factors – food, gut microbiota and immune cells – interact continuously with each other and contribute to the macroorganism's resistance to viral and bacterial infections. The addition of plant-based components into the diet can significantly improve the composition of gut microbiota and immune defense effectiveness. Potatoes Solanum tuberosum L. are one of the traditional foods that are a unique source of macronutrients (proteins, fats, and carbohydrates) and micronutrients (ascorbic acid, niacin, riboflavin, thiamine, iron, phosphorus, calcium, potassium, anthocyanins, carotenoids). One way to preserve the high content and bioavailability of functional components in potatoes is to consume them in the form of juice from unpeeled tubers that have not undergone heat treatment. The composition of tubers and the juice obtained from them varies significantly depending on the varietal characteristics of the potato, the colour of the tuber flesh and peel, and the content of secondary metabolites. It is expected that differences in the chemical composition of the juice determine its specific effect on the body. However, no experiments confirming this hypothesis have been conducted previously. The aim of the study was to compare the effects of juice obtained from unpeeled tubers of different potato varieties on the immune profile and gut microbiota of rats. In an experiment using a screw juicer, juice was extracted from three varieties of potatoes: Bagira (purple potato), Lila (pink potato) and Alaska (white potato). All potato varieties were tested for dry matter, starch, protein, mono- and disaccharides, and vitamin C content. The juice obtained was left to settle for 30 minutes, and the supernatant was given to the animals to drink in the first half of the day. The experiment used four groups of male non-linear rats, 9 individuals in each (aged 9-10 weeks): three experimental groups that received juice from purple, pink and white potatoes, respectively, and one control group that was on a standard diet (mixed feed and drinking water). At the beginning of the experiment (background, day 0), the animals were weighed, whole blood samples were collected for hematological and immunological studies, and feces were collected for bacteriological analysis. Then, during the 4 weeks of the experimental diet, the rats in all groups were weighed weekly. On day 28, whole blood and fecal samples were collected for repeat laboratory tests. Hematological parameters were determined using a semi-automatic veterinary analyzer Abacus Junior Vet (Diatron, Austria). The leukocyte formula was calculated in blood slides stained according to Romanovsky-Giemsa, using the standard method. T- and B-lymphocytes, T/B index, phagocytic activity, and phagocytic index were determined using a modification of P.N. Smirnov et al. (2007). Additionally, the systemic inflammation index, systemic inflammatory response index, aggregate inflammation systemic index, neutrophil to lymphocyte ratio, platelet to lymphocyte ratio, and monocyte to lymphocyte ratio were calculated according to the formulas of V.A. Shvarts et al. (2024). Bacteriological studies of samples were performed in accordance with the Methodological Recommendations “Methods of bacteriological examination of conditionally pathogenic microorganisms in clinical microbiology”. Descriptive statistics, pairwise assessment of differences (Mann-Whitney U test) and diagram construction were performed using Jamovi software (The Jamovi Project, Australia; https://www.jamovi.org/) and Microsoft Office Excel 2023. Results were considered statistically significant at p < 0.05. During the experiment, all rats showed an increase in body weight. The largest increase was observed in the group of animals that received white potato juice (39.7 % over 28 days). Immunological analysis revealed activation of the phagocytic link of immunity in all experimental groups. The phagocytic index increased by 20.0 % for groups receiving juice from pink (U = 12.5; p = 0.015) and white (U = 13.0; p = 0.030) potatoes, and by 25.0 % for purple potato juice (U = 5.50; p = 0.002)). In the purple potato juice group, there was a 66.7 % decrease in the number of monocytes (U = 18.0; p = 0.044) and an 18.5 % decrease in the T/B index (U = 11.5; p = 0.011). These changes were interpreted as a consequence of the direct action of anthocyanins on immune cells, mediated through the inhibition of the pro-inflammatory signalling system NF-κB, potentiation of dendritic cell maturation and reduction of T-lymphocyte activation by macrophages. The described effects led to a reduction by 15.0 % in the number of Staphylococcus spp., by 16.7 % in Enterococcus spp., and by 40.0 % in Escherichia coli with weak enzymatic properties, but did not affect Proteus spp. and increased the yeast-like fungi content in rat feces by 16.7 %. Animals fed the pink and white potato juice likely showed an activation of the metabolic cascade Bifidobacterium spp.—short-chain fatty acids—intestinal immune cells. No additional changes in the immune profile were detected in these groups. However, bacteriological analysis showed general trend towards a decrease in the content of Staphylococcus spp. (by 15.0 %), Enterococcus spp. (by 16.7 and 40.0 %, respectively), Proteus spp. (by 100.0 and 66.7 %, respectively), E. coli with weak enzymatic properties (by 100.0 and 40.0% respectively), and yeast-like fungi (by 20.0 %) in rat feces. In rats fed the pink and white potato juice, an increased proportion of Bifidobacterium spp. by 25.0 % in the intestinal microbiota mediated the decrease in the number of opportunistic microorganisms. These bacteria limited the growth of other microorganisms due to their ability to ferment indigestible carbohydrates into short-chain fatty acids. The latter have a powerful immunomodulatory effect and ensure inhibition of the growth of conditionally pathogenic microorganisms. Thus, the present study showed that long-term (28 days) use of juices from potato tuber, especially those pigmented, can be considered as a means of nutritional correction of the immune profile and intestinal microbiota in monogastric animals and humans. Prospects for further research include studying the mechanisms of interaction between anthocyanins and short-chain fatty acids with immune system cells and preclinical and clinical trials on other biological objects.
Keywords: Solanum tuberosum L., potato, potato juice, rats, gut microbiota, immunity.
ФГБНУ Уральский федеральный аграрный |
Поступила в редакцию Принята к публикации |
