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Publicação
Effects of prolonged food additive intake on the human gut microbiota
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Resumo(s)
Food additives, commonly incorporated into food and beverages are widely regarded as safe by regulatory bodies. However, emerging research suggests that certain additives may alter gut microbiota composition and functionality, raising concerns about their potential health impacts. While much research has focused on how major dietary components influence gut microbiota, the effects of long-term intake of food additives on these microbial communities remain underexplored. This study investigates the impact of three dietary additives—carboxymethyl cellulose (CMC) and the carrageenans ι-CGN and κ-CGN—on gut microbiota using an in vitro model of gastrointestinal digestion. After characterizing the digestion process for each additive, their effects were further evaluated through in vitro fermentation for 192h, with fresh human fecal samples from volunteer donors. This approach allowed for the analysis of metabolic responses and microbial population dynamics within the intestinal microbiota. This study demonstrates that CMC, is readily fermented by gut microbes, leading to an initial increase in acetic acid production (≈ 5000 µM) but minimal yields of propionic and butyric acids (< 1000 µM). In contrast, the more complex ι-CGN and κ-CGN undergo a slower, sustained fermentation process, prioritizing butyric acid production (≈ 5000 µM). Overall, total short-chain fatty acid (SCFAs) production from digested samples remained low (< 6000 µM). Additionally, functional prediction analysis indicated that samples treated with ι-CGN, κ-CGN, and CMC had lower microbial metabolic activity (p < 0.05), suggesting that these additives may promote dysbiosis during fermentation, resulting in a less metabolically versatile microbial community. The significant microbial shifts observed in additive-treated samples include changes in the Firmicutes-to-Bacteroidota ratio to 2:1 and relative increases in the Proteobacteria and Synergistota phyla. These findings suggest that chronic consumption of these food additives may substantially alter microbial dynamics and SCFAs synthesis, with potential adverse implications for gut health.
Aditivos alimentares, tipicamente incorporados em alimentos e bebidas, são amplamente considerados seguros pelos meios reguladores. No entanto, pesquisas emergentes sugerem que certos aditivos podem alterar a composição e funcionalidade da microbiota intestinal, levantando preocupações sobre os seus potenciais impactos na saúde. Embora muitos estudos tenham focado em como os principais componentes da dieta influenciam a microbiota intestinal, os efeitos do consumo prolongado de aditivos alimentares nessas comunidades microbianas permanecem por explorar. Este estudo investiga o impacto de três aditivos alimentares – carboximetilcelulose (CMC) e iota e kappa carragenanos ι-CGN e κ-CGN – na microbiota intestinal, utilizando um modelo in vitro de digestão gastrointestinal. Após caracterizar o processo de digestão para cada aditivo, os seus efeitos foram avaliados por meio de fermentação in vitro durante 192 horas, com amostras de fezes humanas frescas de doadores voluntários. Esta abordagem permitiu a análise das respostas metabólicas e das dinâmicas populacionais microbianas na microbiota intestinal. O estudo demonstra que a CMC é imediatamente fermentada por microrganismos intestinais, resultando num aumento inicial na produção de ácido acético (≈ 5000 µM), mas com baixos rendimentos de ácidos propiônico e butírico (< 1000 µM). Em contraste, ι-CGN e κ-CGN passam por um processo de fermentação mais lento e contínuo, dando prioridade à produção de ácido butírico (≈ 5000 µM). No geral, a produção total de ácidos gordos de cadeia curta (SCFAs) nas amostras digeridas permaneceu baixa (< 6000 µM). A análise de previsão funcional indicou que as amostras tratadas com ι-CGN, κ-CGN e CMC apresentaram menor atividade metabólica microbiana (p < 0,05), sugerindo que estes aditivos podem promover disbiose durante a fermentação, resultando numa comunidade microbiana menos versátil metabolicamente. As mudanças microbianas observadas nas amostras tratadas com aditivos incluíram alterações no ratio Firmicutes-Bacteroidota para 2:1 e aumentos relativos nos filos Proteobacteria e Synergistota. Estes resultados sugerem que o consumo crônico destes aditivos alimentares pode alterar a dinâmica microbiana e a síntese de SCFAs, com potenciais implicações adversas para a saúde intestinal.
Aditivos alimentares, tipicamente incorporados em alimentos e bebidas, são amplamente considerados seguros pelos meios reguladores. No entanto, pesquisas emergentes sugerem que certos aditivos podem alterar a composição e funcionalidade da microbiota intestinal, levantando preocupações sobre os seus potenciais impactos na saúde. Embora muitos estudos tenham focado em como os principais componentes da dieta influenciam a microbiota intestinal, os efeitos do consumo prolongado de aditivos alimentares nessas comunidades microbianas permanecem por explorar. Este estudo investiga o impacto de três aditivos alimentares – carboximetilcelulose (CMC) e iota e kappa carragenanos ι-CGN e κ-CGN – na microbiota intestinal, utilizando um modelo in vitro de digestão gastrointestinal. Após caracterizar o processo de digestão para cada aditivo, os seus efeitos foram avaliados por meio de fermentação in vitro durante 192 horas, com amostras de fezes humanas frescas de doadores voluntários. Esta abordagem permitiu a análise das respostas metabólicas e das dinâmicas populacionais microbianas na microbiota intestinal. O estudo demonstra que a CMC é imediatamente fermentada por microrganismos intestinais, resultando num aumento inicial na produção de ácido acético (≈ 5000 µM), mas com baixos rendimentos de ácidos propiônico e butírico (< 1000 µM). Em contraste, ι-CGN e κ-CGN passam por um processo de fermentação mais lento e contínuo, dando prioridade à produção de ácido butírico (≈ 5000 µM). No geral, a produção total de ácidos gordos de cadeia curta (SCFAs) nas amostras digeridas permaneceu baixa (< 6000 µM). A análise de previsão funcional indicou que as amostras tratadas com ι-CGN, κ-CGN e CMC apresentaram menor atividade metabólica microbiana (p < 0,05), sugerindo que estes aditivos podem promover disbiose durante a fermentação, resultando numa comunidade microbiana menos versátil metabolicamente. As mudanças microbianas observadas nas amostras tratadas com aditivos incluíram alterações no ratio Firmicutes-Bacteroidota para 2:1 e aumentos relativos nos filos Proteobacteria e Synergistota. Estes resultados sugerem que o consumo crônico destes aditivos alimentares pode alterar a dinâmica microbiana e a síntese de SCFAs, com potenciais implicações adversas para a saúde intestinal.
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Palavras-chave
Food additives Gut microbiota Carrageenan Carboxymethyl cellulose Inflammation Aditivos alimentares Microbiota intestinal Carragenina Carboximetilcelulose Inflamação
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