MIKROBIOM
poznaj swoje bakterie
Termin "mikrobiom" jest częściej stosowany do wszystkich genomów mikroorganizmów żyjących zarówno w ciele człowieka, jak i na nim, natomiast zespół drobnoustrojów zasiedlających jelita nazwano mikroflorą jelitową lub mikrobiotą jelitową. Jak wykazały badania, tak zwany supergenom człowieka składa się nie tylko z genów ludzkich, które stanowią zaledwie jego 1%, ale także z genów mikroorganizmów tworzących mikrobiom. Liczba genów bakteryjnych w organizmie człowieka jest od 50 do 100 razy większa niż liczba genów jego własnego genomu. W prowadzonych badaniach genomu mikrobioty jelitowej stwierdzono znaczącą liczbę genów, które nie występują w genomie człowieka. Produkty tych genów biorą udział w metabolizmie nierozkładanych przez człowieka związków (niektóre węglowodany, aminokwasy, ksenobiotyki) oraz biosyntezie witamin. Brzmi to niewiarygodnie, ale prawda jest taka, że to geny bakteryjne, a nie nasze ludzkie ciągną za sznurki. Nie pozostaje nam więc nic innego, jak się z tym pogodzić i dbać, żeby do rządów nie dopchał się jakiś niszczycielski despota, czyli patogen.
Mikrobiota określana jest często jako nowo odkryty narząd. Badania wskazują na symbiotyczne jej oddziaływanie i organizmu człowieka, które razem tworzą tak zwany superorganizm. Wspólny zespół genów drobnoustrojów i gospodarza można określić jako supergenom lub metagenom.
Uważa się, że komórki mikroorganizmów porozumiewają się nie tylko między sobą, ale także mogą wymieniać informacje z komórkami gospodarza (cross-talk process), tworząc wzajemną sieć powiązań decydującą o wielu ważnych procesach biologicznych. Poznawanie tych wzajemnych relacji powoduje, że organizm człowieka i zasiedlające go mikroorganizmy postrzegane są jako będący w chwiejnej równowadze złożony, kompleksowy, interaktywny ekosystem, który może odpowiadać zarówno za zdrowie, jak też przy występowaniu dysbiozy za liczne patologie i przewlekłe choroby zapalne.
Zmiany w mikrobiocie
Mikrobiota jelitowa każdego człowieka jest unikalna, bo z jednej strony jest stabilna, a z drugiej zmienia się pod wpływem danego czynnika, na przykład antybiotyku, a po zakończeniu jego działania przeważnie wraca do stanu typowego dla organizmu. Elementarnymi czynnikami wpływającymi na jej skład są: wiek, dieta, terapie antybiotykowe, perystaltyka oraz wytwarzanie metabolitów przez bakterie.
Obecność pewnych szczepów pośród tych 1500 gatunków może się przyczyniać do rozwoju danych jednostek chorobowych, na przykład nieswoistego zapalenia jelit, nowotworów, alergii czy otyłości. Pierwsze narażenie na drobnoustroje występuje w momencie porodu. Dowiedziono, że u dzieci, które przyszły na świat w sposób naturalny, obecne są drobnoustroje odzwierciedlające florę pochwy matki, takie jak Lactobacillus i Prevotella. U dzieci urodzonych poprzez cesarskie cięcie przeważają bakterie z rodzajów Staphylococcus, Corynebacterium oraz Propionibacterium, zasiedlające głównie powierzchnię skóry. W wieku niemowlęcym skład drobnoustrojów zależny jest od sposobu karmienia. W przypadku karmienia piersią przeważają bakterie z rodzaju Lactobacillus i Bifidobacterium, natomiast w przypadku stosowania mleka modyfikowanego zauważalna jest dominacja Bacteroides i Clostridium. W ciągu pierwszych lat życia mikroflora stopniowo formuje się w typowy zestaw drobnoustrojów dorosłego człowieka. Dopiero skład mikroflory dwulatka przypomina składem tę znajdującą się u dorosłego człowieka. Obserwowany jest stopniowy wzrost udziału Bacteroides przy równoczesnym obniżeniu liczebności Bifidobacterium i Lactobacillus. Skład mikroflory dorosłego człowieka jest stosunkowo stabilny, niemniej w podeszłym wieku zauważalny jest spadek liczby Bacteroides z równoczesnym wzrostem liczebności Enterococcus i Escherichia coli. Różnice środowiska w odcinkach przewodu pokarmowego powodują zróżnicowanie składu drobnoustrojów.
Wśród mikroflory jelitowej możemy wyróżnić trzy grupy drobnoustrojów: pożyteczne (pałeczki z rodzaju Bifidobacterium i Lactobacillus), oportunistyczne (pałeczki z rodzaju Bacteroides, Eubacterium i z rodziny Enterobacteriaceae) oraz chorobotwórcze (z rodzajów Clostridium, Staphylococcus i Pseudomonas). U zdrowych osób wszystkie te grupy pozostają w stanie równowagi biologicznej.
Funkcje mikroflory
Drobnoustroje zasiedlające jelito ludzkie pełnią funkcje metaboliczną, troficzną i immunologiczną. Funkcje te często uzupełniają się wzajemnie.
Funkcja metaboliczna związana jest z rozkładem resztek pokarmowych w wyniku fermentacji lub tworzeniem niezbędnych witamin z grupy B oraz witaminy K. Powstałe na drodze fermentacji krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (ang. short-chain fatty acids - SCFA) stanowią źródło energii dla komórek nabłonka jelita grubego. Obecność drobnoustrojów poprawia także przyswajalność składników mineralnych oraz elektrolitów, np. sodu, magnezu, wapnia czy potasu. Ponadto bakterie jelitowe wytwarzające hydrolazy wpływają na metabolizm tłuszczów w wątrobie, poprzez co pośrednio oddziałują na przemiany cholesterolu i kwasów tłuszczowych.
Częściowe uzupełnienie funkcji metabolicznej stanowi funkcja troficzna. Związana jest ona z działaniem ochronnym wobec nabłonka jelitowego i zapewnieniem jego ciągłości, co możliwe jest przede wszystkim na drodze syntezy substancji odżywczych dla kolonocytów (na przykład wspomniane wcześniej SCFA). Przyczyniają się one nie tylko do utrzymania ciągłości nabłonka, lecz również korzystnie wpływają na swoich producentów. Następnym elementem troficznej funkcji mikroflory jelitowej jest stymulacja syntezy mucyn przez komórki nabłonkowe. Mucyny zaliczane są do polisacharydów. Tworzą śluzową warstwę chroniącą nabłonek jelitowy przed toksynami i drobnoustrojami chorobotwórczymi. Zadaniem drobnoustrojów jelitowych jest działanie ochronne przed szkodliwą kolonizacją. Dochodzi do tego częściowo poprzez udział w powstawaniu swoistej bariery - warstwy śluzowej. Pożyteczna mikroflora, konkurując o miejsce bytowania, substancje odżywcze, a także poprzez produkcję bakteriocyn, zapobiega rozwojowi bakterii potencjalnie chorobotwórczych, w wyniku czego w układzie pokarmowym tworzy się homeostaza.
Przyczyny i skutki modyfikacji składu mikroflory jelitowej
Stosowanie antybiotyków zaburza wspomnianą powyżej równowagę. Wielkość zmian zależy od spektrum działania zastosowanego preparatu oraz od jego końcowego stężenia w jelicie. Preparaty dobrze wchłaniane w górnej części przewodu pokarmowego charakteryzuje mniejsze oddziaływanie na drobnoustroje jelitowe w porównaniu ze słabiej wchłanianymi. Preparaty podane w sposób pozajelitowy trafiają wraz z żółcią do światła jelita, a także wydzielane są przez śluzówkę. Skutkiem tego są zmiany ilościowe i jakościowe mikroflory, antybiotykooporność drobnoustrojów, a także zakażenia szczepami spoza spektrum działania leku. Kolejnym problemem związanym ze stosowaniem antybiotyków jest kolonizacja przez grzyby, zwłaszcza przez grzyby drożdżoidalne z rodzaju Candida sp. Obserwowane jest to najczęściej po podaniu antybiotyków silnie działających na bakterie beztlenowe zasiedlające jelito. Alternatywnym wobec antybiotyków rozwiązaniem są probiotyki, czyli żywe drobnoustroje (głównie bakterie), które podane w odpowiedniej dawce korzystnie wpływają na organizm człowieka. Wśród probiotyków wyróżnia się obecnie około jedenastu gatunków bakterii, trzy gatunki grzybów drożdżoidalnych i jeden gatunek grzybów pleśniowych. Wiele badań dowiodło, że efekt ich działania zależy nie tylko od gatunku, ale i szczepu. Do szczepów probiotycznych zalicza się między innymi bakterie Bacillus cereus, Escherichia coli, Lactococcus lactis, Enterococcus faecium i Enterococcus faecalis oraz grzyby drożdżoidalne i pleśniowe wykazujące aktywność probiotyczną, takie jak Saccharomyces boulardii i Aspergillus niger. Ich głównym zadaniem jest utrzymywanie homeostazy i zapobieganie dysbiozie.
Bakterie były pierwsze
Bakterie zasiedlają Ziemię od co najmniej 2,5 miliarda lat. W trakcie ewolucji, poszukując nowych źródeł pożywienia, mikroorganizmy kolonizowały nowe nisze. Po zasiedleniu organizmu człowieka ewoluowały razem z nim, nabierając unikatowych cech oraz wykształcając swoisty sposób wzajemnych zależności i komunikowania się. Następstwem tego procesu jest obecność zarówno na powłokach ciała, jak też wewnątrz niego licznych, często bardzo zróżnicowanych populacji mikroorganizmów. Są to głównie drobnoustroje saprofityczne lub komensale, zwykle pełniące funkcję ochronną dzięki współzawodnictwu o miejsce i o pokarm z patogenami. Działanie przeciwbakteryjne, chroniące gospodarza przed patogenami, mają również bakteriocyny wytwarzane przez autochtoniczną mikroflorę jelit. Ponadto mikroorganizmy pełnią wiele innych funkcji, między innymi dostarczają witaminy (biotyna, witamina K), a także substancji odżywczych oraz energii poprzez rozkład węglowodanów złożonych do cukrów prostych i krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych. Mikrobiota jest odpowiedzialna za biotransformację wielu związków chemicznych, do których to procesów organizm człowieka nie jest przystosowany. Szacuje się, że nawet 10% energii uzyskiwanej z pożywienia (głównie w postaci SFCA), która jest wykorzystywana przez komórki człowieka, dostarczają bakterie bytujące w jelicie. Drobnoustroje tworzące mikroekosystem jelitowy odpowiadają za stymulację miejscowej i ogólnej odporności przeciwzakaźnej. Pobudzają wytwarzanie czynnika martwicy nowotworów (TNF), który wpływa na aktywność limfocytów, metabolizm komórek oraz apoptozę komórek nowotworowych. Mimo różnic między ludźmi w ich poszczególnych układach ciała (skóra, układ moczowo-płciowy, układ pokarmowy) występują zawsze określone gatunki bakterii. Bogactwo mikroorganizmów zasiedlających jelito jest ogromne. Mikrobiota jelit to największy, najbardziej zróżnicowany naturalny bakteryjny ekosystem z dotychczas poznanych.
Co nam daje mikrobiota
Korzyści czerpane przez gospodarza z mikrobioty to wspomaganie trawienia składników pokarmu, których jelita nie mogą samodzielnie rozłożyć, regulacja metabolizmu, przetwarzanie i detoksykacja groźnych związków chemicznych, które dostają się do jelit z pożywieniem, trening i regulacja układu odpornościowego oraz zapobieganie inwazji niebezpiecznych patogenów i ich rozrostowi. Natomiast zaburzenia i modyfikacje mikrobiomu jelitowego związane są z długą listą chorób, jak nieswoiste zapalenie jelit, biegunka poantybiotykowa i astma, a mogą nawet odgrywać rolę w zaburzeniach ze spektrum autyzmu czy zwyrodnieniowych schorzeniach układu nerwowego, jak choroba Parkinsona.
Gdyby zebrać wszystkie drobnoustroje i uformować w jeden narząd, to ważyłby 1,3 kg, czyli porównywalnie z mózgiem, który waży 1,5 kg.
Mikrobiota jelitowa zawiera ponad 7 milionów genów, czyli na jeden ludzki gen przypada około 360 bakteryjnych.
Wędrujący kompleks mioelektryczny (MMC) to aktywność elektromechaniczna mięśni gładkich przewodu pokarmowego między posiłkami. Jego celem jest usuwanie niestrawionych resztek pokarmowych i pozbycie się niepotrzebnych bakterii. Proces ten obejmuje cztery fazy i trwa do chwili, gdy znów zaczniesz jeść. Jeśli MMC nie działa prawidłowo, spożyte pokarmy mogą dłużej zalegać w żołądku i jelicie cienkim, co może objawiać się uczuciem ciężkości i pełności, a nawet prowadzić do przerostu bakterii w jelicie cienkim.
Mikrobiota posiada zdolności komunikacji. Jeśli dostaje to, czego potrzebuje, czujesz się dobrze, jeśli odczuwa jakieś braki, to odbija się to także na twoim samopoczuciu. Jednym ze sposobów komunikowania poprzez mikrobiotę jest łaknienie. Najłatwiej można to zauważyć przy ochocie na coś słodkiego, która jest sygnałem sojuszników żyjących w brzuchu. Nakarmiona mikrobiota uwalnia cukry i kwasy tłuszczowe, co przekłada się na poprawę nastroju. Zauważ, że to właśnie drugi mózg, czyli jelita, ciągnie za sznurki i decyduje, co zjesz, by go uszczęśliwić!
Mikrobiota odnawia się mniej więcej co godzinę, więc nawet jeśli panuje tam dyktator ze swoją armią, to jest szansa go obalić i wprowadzić demokrację wśród drobnoustrojów.
Genów drobnoustrojów tworzących twój mikrobiom jest sto razy więcej niż twoich. Jesteś hybrydą, która tylko w 1% jest człowiekiem. W jelitach żyją tysiące gatunków mikrobów, a każdy z nich ma niepowtarzalny komplet genów. Co więcej, zestaw tych drobnoustrojów potrafi zmieniać się z każdym posiłkiem, a zatem mamy jednak spore możliwości regulacji tych genetycznych informacji.
Różnorodność mikrobiomu
Różnorodność mikroorganizmów jest bardzo istotna. U osób zdrowych występuje duża liczba genów, a u osób z insulinoopornością i seniorów czy otyłych identyfikuje się mniej różnorodną mikroflorę. Rozwój cywilizacyjny również przyczynił się do zubożenia mikrobioty. Szeroko posunięta higiena, restrykcyjne przestrzeganie czystości, przeprowadzka z ubłoconej wsi do zabetonowanego miasta, preferowanie chlorowanej wody i dezynfekowanego, przetworzonego jedzenia, rosnąca odległość od zwierząt domowych i innych to droga do redukcji gamy mikroorganizmów, czego konsekwencją może być wyższe ryzyko chorób alergicznych oraz zapalnych.
MIKROFLORA JELITOWA DZIELI SIĘ NA TRZY GRUPY:
1. bezwzględnie patogenna - zakłóca pracę przewodu pokarmowego przez produkcję toksyn (Salmonella, Shigella, Staphylococcus, Pseudomonas)
2. względnie patogenna - negatywne oddziaływanie ujawnia się w czasie zaburzeń funkcjonowania przewodu pokarmowego (Klebsiella, Proteus, Escherichia)
3. dobroczynna - hamuje rozwój patogenów i stymuluje wiele ważnych funkcji układu pokarmowego (Lactobacillus, Bifidobacterium)
Zarówno bezwzględnie patogennych, jak i dobroczynnych bakterii jest po 5%; czyli 90% mikrobiomu przeciąga linę na swoją stronę - bakterie te mogą stać się naszymi sprzymierzeńcami albo przejść na stronę wroga i dołączyć do patogenów. To nasuwa wniosek, by zaopatrywać w broń sprzymierzeńców na poziomie jelitowym. A wsparcie to znajduje się na talerzu i generalnie w tym, co jesz i pijesz każdego dnia. Dbaj o dobre bakterie, bo jeśli będą głodowały, to do rządu dorwą się patogeny, co zburzy równowagę mikrobioty jelitowej i spowoduje szereg negatywnych objawów (nie tylko ból brzucha czy biegunki, ale wręcz poważne choroby, jak zespół wrzodziejącego jelita).
Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki