Alterações na microbiota intestinal de ratos Wistar obesos e não-obesos através da administração do extrato comercial de guaraná (Paullinia cupana)

Abstract

O guaraná (Paullinia cupana) é uma planta nativa da América do Sul, e suas sementes tem sido utilizadas por tribos amazônicas desde antes da colonização. O extrato de guaraná é consumido popularmente nos dias de hoje, entretanto pouco se sabe sobre a relação desse extrato com a microbiota intestinal. A microbiota possui um papel central na absorção de nutrientes da dieta e na regulação do metabolismo energético, sendo modificada na obesidade. A microbiota intestinal também é afetada pelo consumo de compostos vegetais, sendo muitas vezes regulada positivamente por dietas ricas em polifenóis. Todavia, o consumo de extratos vegetais pode gerar um desfecho tóxico, assim como alterações negativas na microbiota. O efeito de extratos ricos em compostos secundários deve ser estudado individualmente. Nesse trabalho avaliamos as alterações no ecossistema intestinal causadas pelo extrato comercial de sementes do Guaraná em animais saudáveis e no contexto da obesidade.Induzimos a obesidade em animais através de uma dieta que mimetiza a dieta ocidental, caracterizada por uma maior quantidade de gordura, sal e açúcar refinado, e uma menor quantidade de fibras. Os animais também foram submetidos ao tratamento com um extrato comercial de Guaraná, cafeína ou salina. A disbiose intestinal foi medida no conteúdo cecal através da amplificação e sequenciamento da porção ribossomal 16S. Também foi medida a atividade enzimática no fígado, rins e intestino delgado, assim como a quantidade de citocinas proinflamatórias no soro. A dieta obesogênica gerou um aumento no ganho de peso e no acúmulo de gordura dos animais comparada com a dieta Chow. Tanto o Guaraná quanto a cafeína não foram capazes de reverter o ganho de peso e o acúmulo de gordura. Também observamos a diminuição da atividade da enzima CAT no rim nos animais que receberam guaraná, independente da dieta. A dieta obesogênica induziu alterações na microbiota intestinal semelhantes às da obesidade, diminuindo a proporção de Bacteroidetes sobre Firmicutes, aumentando o gênero Mucispirilum e diminuindo os gêneros Lactobacillus e Bifidobacterium. Os tratamentos com guaraná e cafeína na dieta Chow diminuíram a proporção B/F, assim como o gênero Bifidobacterium. Observamos um aumento no filo Proteobacteria nos animais do grupo controle obeso. Esse aumento foi revertido pelo tratamento com guaraná. Analisando os gráficos de clusterização e landscape, observamos uma maior distância entre a microbiota dos animais que receberam dietas diferentes do que a dos animais que receberam tratamentos diferentes. Os tratamentos com guaraná ou cafeína modificaram o ecossistema intestinal, mas sem a capacidade de diminuir o acúmulo de gordura ou o ganho de peso. A maior alteração na microbiota foi devido à dieta obesogênica e não aos tratamentos, mostrando que os efeitos anti-obesogênicos do guaraná observados em outros estudos provavelmente não são via microbiota intestinal.

Guarana (Paullinia cupana) is a plant native of South America, and its seedshave been used by Amazonian tribes since before colonization. Guarana extract is consumed popularly today, however little is known about the interactions of this extract with the intestinal microbiota. The gut microbiota plays a central role in the absorption of nutrients from the diet and in the regulation of energy metabolism, being altered in obesity. The intestinal microbiota is also affected by the consumption of plant metabolites and is often regulated positively by diets rich in polyphenols. However, the consumption of plant extracts can generate a toxic outcome, as well as negative changes in the microbiota. Therefore, the effect of plant extracts should be studied individually. In this work, we evaluated the changes in the intestinal ecosystem caused by the administration of a commercial extract of Guaraná seeds in healthy animals and in the context of obesity. We induced obesity in animals through a diet that mimics the western diet, characterized by a higher amount of fat, salt and refined sugar, and a smaller amount of fiber. The animals were also treated with a commercial extract of Guarana, caffeine or saline. Intestinal dysbiosis was evaluated by cecal content, amplification and sequencing of the 16S ribosomal portion. The antioxidant enzymatic activity of the liver, kidney and small intestine was measured as well as the concentration of pro-inflammatory cytokines in the serum. The obesogenic diet increased the weight gain and fat accumulation of the animals compared to the Chow diet. Both Guarana and caffeine were unable to reverse weight gain and fat accumulation. We observed a lower activity of the Glutathione Peroxidase enzyme in the kidney and small intestine in the animals that received obesogenic diet compared to the Chow diet, regardless of the treatment. We also observed the decrease of Catalase enzyme activity in the kidney of animals that received Guarana, regardless of diet. The obesogenic diet induced changes in the intestinal microbiota similar to other works in literature, reducing the proportion of Bacteroidetes/Firmicutes (B/F), increasing the genus Mucispirilum and decreasing the genera Lactobacillus and Bifidobacterium. Guarana and caffeine treatments in the Chow diet decreased the B/F ratio, thus the Bifidobacterium genus. We observed an increase in the phylum Proteobacteria, in the animals of the Obese Control group. This increase in the phylum Proteobacteria, was reversed by the treatment with Guaraná. Analyzing the phylogenetic proximity charts and landscape, we observed a greater distance between the animals that received different diets than animals that received different treatments. Treatments with guarana or caffeine modified the intestinal ecosystem, but without the ability to decrease fat accumulation or weight gain. The major change in the microbiota was due to the obesogenic diet and not to the treatments, showing that the antiobese effects of guarana observed in other studies probably are not via intestinal microbiota.