Vliv daidzeinu na metabolom stolice

Bc. Kristína Hrubá

Master's thesis

The effect of daidzein on the stool metabolome

Abstract:

Daidzein je přírodní izoflavon s fytoestrogenním účinkem, vyskytující se zejména v sóje, sójových výrobcích, fazolích či hrachu. Na obsahu daidzeinu v přijímané potravě má tedy značný vliv stravovací kultura. Zatímco asijská a vegetariánská strava může poskytovat až 100 mg izoflavonů denně, západní styl stravování dodává konzumentovi pouze 0,2–1,5 mg izoflavonů. Mezi látky s nejsilnějším fytoestrogenním účinkem se řadí metabolit daidzeinu – equol. Equol je v západní populaci schopno produkovat pouze 20–30 % obyvatel, zatímco v Asii je to až 60 %. Tito jedinci jsou označováni jako producenti equolu. Mají specifickou střevní mikrobiotu, která je schopna tento fytoestrogen metabolizovat. Četnost producentů equolu je u vegetariánů oproti běžným konzumentům opět významně vyšší, z čehož lze usoudit, že složky stravy jako je vláknina a rostlinné bílkoviny mohou syntézu equolu podporovat. Mnohé studie již potvrdily pozitivní účinek daidzeinu a equolu na kardiovaskulární onemocnění, diabetes, osteoporózu, stárnutí pokožky, či některé typy rakoviny. Rovněž jsou tyto fytoestrogeny významným přírodním antioxidantem a vykazují protizánětlivou a neuroprotektivní aktivitu. Cílem této diplomové práce bylo zpracovat literární rešerši na téma daidzein a jeho osud v trávicím traktu člověka, přičemž praktická část práce si kladla za úkol stanovit hlavní katabolity daidzeinu v modelu tlustého střeva a popsat jejich vliv na metabolom stolice dárců. Vzorky stolice byly získány celkem od 20 osob, které se dělily do dvou skupin. Skupina A sestávala z 10 dárců do 45 let věku a skupinu B tvořilo rovněž 10 dárců nad 70 let. Tyto vzorky byly jako fekální inokulum ošetřeny daidzeinem, fermentovány pomocí fermentačního systému in vitro a následně byly po 0, 2, 4, 8 a 24 hodinách odebrány a podrobeny NMR analýze. U skupiny A se daidzein nevyskytoval v žádném čase, avšak u skupiny B dosahoval koncentrací téměř 3 mg/ dl. Metabolit daidzeinu equol nebyl detekován u žádného z dárců. Tato skutečnost mohla poukazovat na velice rychlý metabolismus dárců ze skupiny A a na fakt, že nikdo z dárců nebyl producentem equolu. Druhou možností mohla být nedostatečná citlivost NMR analýzy. Vzhledem k tomu by bylo vhodné provést experiment v budoucnu znovu za použití kapalinové chromatografie v kombinaci s hmotnostní spektrometrií (LC/MS), která vykazuje lepší citlivost v profilování metabolitů. Dále byl zkoumán vliv daidzeinu na metabolismus dalších významných látek. Daidzein ve vzorcích snižoval celkovou hladinu SCFA, a to zejména u dárců ze skupiny B. Dále zvyšoval koncentrace glukózy a etanolu. Tyto rozdíly koncentrací pravděpodobně souvisely se změnou střevní mikrobioty ovlivněnou daidzeinem, což vedlo ke změnám v metabolismu některých látek. Daidzein a equol, jakožto jedny z nejvýznamnějších fytoestrogenů s potenciálním léčebným účinkem, by měli být s ohledem na věkové skupiny předmětem dalšího zkoumání.

Abstract:

Daidzein is a natural isoflavone with a phytostrogenic effect. It is mainly found in soy, soy products, beans or peas. Dietary culture therefore has a significant influence on the daidzein content of the food intake. While Asian and vegetarian diets can provide up to 100 mg of isoflavones per day, the Western dietary style provides only 0.2–1.5 mg of isoflavones to the consumer. Among the substances with the strongest phytoestrogenic effect is the daidzein metabolite equol. Only 20–30 % of the Western population is able to produce equol, whereas in Asia it reaches as high as 60 %. These individuals are referred to as equol producers. They have a specific instestinal microbiota that are able to metabolize this phytoestrogen. As mentioned above, the frequency of equol producers is significantly higher in vegetarians compared to omnivores, suggesting that dietary components such as dietary fiber and plant proteins may promote equol synthesis. Many studies have already confirmed the beneficial effect of daidzein and equol on cardiovascular diseases, diabetes, osteoporosis, skin ageing and different types of cancer. These phytoestrogens are also important natural antioxidants and have both anti-inflammatory and neuroprotective activity. The aim of this thesis was to conduct a literature research on daidzein and its metabolic pathway in the human digestive tract, while the practical part of the work aimed to determine the main catabolites of daidzein in the colon model and to describe their influence on the donor stool metabolome. Stool samples were obtained from a total of 20 individuals, divided into two groups. Group A consisted of 10 donors under 45 years of age and group B also consisted of 10 donors over 70 years of age. These samples were treated with daidzein as faecal inoculum, fermented by in vitro fermentation system and then collected after 0, 2, 4, 8 and 24 hours and subjected to NMR analysis. In group A, daidzein was not present at any time point, whereas in group B it reached concentrations of almost 3 mg/ dL, and the daidzein metabolite equol was not detected in any of the donors. This fact could point to a rapid metabolism of the donors from group A and the fact that none of the donors were equol producers. A second possibility could be the lack of sensitivity of the NMR analysis. In view of this, it would be advisable to perform the experiment again in the future using liquid chromatography combined with mass spectrometry (LC/MS), which shows better sensitivity in metabolite profiling. Furthermore, the effect of daidzein on the metabolism of other important substances was investigated. Daidzein decreased the total SCFA level in the samples, especially in the donor group B. It also increased glucose and ethanol concentrations. These changes in concentrations are probably related to the change in gut microbiota affected by daidzein, which led to changes in the metabolism of some substances. Daidzein and equol, as some of the most important phytoestrogens with potential therapeutic effects, should be further investigated with regard to age groups.

Keywords

Daidzein, Metabolizmus, Mikrobiota, Tlusté střevo, Trávení

Keywords

Daidzein, Metabolism, Microbiota, Colon, Digestion

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 4. 2022

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Veronika Jarošová
• Reader: Lucie Malá, Ing.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Food and Nutrition