Jak właściwie ma się mój jelit? To pytanie jest bardziej aktualne niż kiedykolwiek, ponieważ mikrobiom naszych jelit staje się coraz bardziej obecny w naszej świadomości i jest obecnie odpowiedzialny za wiele mechanizmów w naszym ciele. To, czy dożyjemy sędziwego wieku, zależy od wielu czynników, na które mamy prawdopodobnie większy wpływ, niż dotychczas sądzono. Najnowsze badania wskazują, że flora jelitowa odgrywa kluczową rolę w tym, jak długo żyjemy i na jakie choroby zachorujemy.
W tym artykule pokażemy Ci, jaki jest aktualny stan badań na temat mikrobiomu, czy testy mikrobiomu w ogóle się opłacają oraz co mają wspólnego krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, takie jak maślan, ze zdrowiem.
Co to jest mikrobiom?
Aby rozpocząć, musimy krótko wyjaśnić, czym właściwie jest mikrobiom. Ścisłe mówiąc, posiadamy różne mikrobiomy. Gdziekolwiek znajdują się bakterie, wirusy i grzyby, możemy mówić o mikrobiomie. Należą do nich z.B. układ pokarmowy (szczególnie jelita), skóra, usta, drogi oddechowe i układ moczowo-płciowy.
W tym artykule skupimy się głównie na mikrobiomie jelit, naszej florze jelitowej.
Zadania mikrobiomu
Ludzkie mikrobiom stanowi niewyczerpane pole badawcze, które codziennie przynosi nowe odkrycia naukowe. Dowiadujemy się więcej o mieszkańcach naszej flory jelitowej, osi jelitowo-mózgowej oraz o tym, jak choroby mogą być ewentualnie leczone za pomocą mikrobiomu. Bez symbiozy naszych bakterii i ciała prawdopodobnie nie moglibyśmy przeżyć. Mikrobiom jest z.B. niezbędny do asymilacji niektórych składników odżywczych z pożywienia.Ludzki organizm sam w sobie nie dysponuje całym spektrum enzymów niezbędnych do rozkładu każdego składnika odżywczego.
Produkty odpadowe i intuicja brzuszna
Pojęcie mikrobiomu jest używane zamiennie z florą jelitową i odnosi się do całości mikroorganizmów zasiedlających nasze jelita. To, co dla ludzkiego organizmu często postrzegane jest jedynie jako „odpady”, takie jak błonnik, , stanowi dla flory jelitowej istotne źródło pożywienia. Mikrobowe trawienie tych substancji jest nie tylko niezbędne dla samych bakterii, ale także prowadzi do produkcji metabolitów, które są niezwykle korzystne dla zdrowia ludzkiego, w tym wtórnych kwasów żółciowych, witamin, pochodnych aminokwasów i krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych.
Ponadto istnieje znaczący związek między mikrobiomem a układem nerwowym jelit – rozległą siecią neuronów, która przenika cały przewód pokarmowy. Często określa się go jako „drugie mózg” lub fizyczną manifestację „uczucia w brzuchu”.
Wiedziałeś?
Słodziki są podejrzewane o odgrywanie roli w oporności na insulinę, stanowiącej wstęp do cukrzycy typu 2, . Początkowo liczono na to, że słodziki będą mogły dostarczyć słodkiego smaku bez negatywnych skutków cukru. Jednak wydaje się, że tak nie jest. W tej badaniu naukowcy mogli wykazać, że słodziki zmieniają mikrobiom, a tym samym mogą przyczyniać się do rozwoju choroby.
Badania nad mikrobiomem
Obszar badań nad mikrobiomem jest jeszcze dość młody. Wynika to między innymi z tego, że wiele bakterii w naszym jelicie to ściśle beztlenowce. Oznacza to, że gdy mają kontakt z tlenem, umierają niemal natychmiast. Aby obejść ten problem, istnieje wiele różnych możliwości, które wymyślili badacze. Jedną z nich jest Human Microbiome Project.
Human Microbiome Project (HMP) – start badań nad mikrobiomem
Human Microbiome Project (HMP) był przełomową inicjatywą, która miała na celu zrozumienie złożonych społeczności mikrobiologicznych zasiedlających ludzkie ciało oraz zbadanie ich roli w zdrowiu i chorobie.Rozpoczęty w 2007 roku przez Narodowe Instytuty Zdrowia (NIH) w Stanach Zjednoczonych, był jednym z pierwszych dużych programów badawczych, które systematycznie zajmowały się ludzkim mikrobiomem.
Cele Projektu Mikrobiomu Ludzkiego
Głównym celem HMP było stworzenie bazy danych referencyjnych mikrobioty, która zasiedla różne części ludzkiego ciała, w tym jelita, usta, skórę i układ moczowo-płciowy. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych technologii genomowych, takich jak sekwencjonowanie 16S rRNA i metagenomika, projekt dążył do skatalogowania różnorodności genetycznej społeczności mikrobiologicznych oraz zrozumienia ich funkcji, interakcji i wpływu na zdrowie ludzkie.
Ważne odkrycia
Jednym z kluczowych wyników HMP było odkrycie, że ludzkie mikrobiom charakteryzuje się ogromną różnorodnością i stanowi znaczący zasób genetyczny, który jest niezbędny dla fizjologii człowieka.Projekt ujawniło, że mikroorganizmy biorą udział w wielu ważnych procesach biologicznych, w tym:
- Trawienie i metabolizm składników odżywczych
- Rozwój i funkcjonowanie układu odpornościowego
- Ochrona przed patogennymi mikroorganizmami
- Wpływ na funkcje mózgu i zachowanie
Co więcej, HMP pokazało, że zmiany w mikrobiomie są związane z wieloma chorobami, w tym przewlekłymi zapalnymi chorobami jelit, otyłością, cukrzycą, chorobami sercowo-naczyniowymi, a nawet zaburzeniami psychicznymi, takimi jak depresja
Wiedziałeś?
Osiedlenie flory jelitowej to proces trwający całe życie, który zaczyna się w chwili narodzin i kończy dopiero po śmierci.W badaniu opublikowanym w “Nature Metabolism” porównano florę jelitową 9000 osób w wieku od 18 do 101 lat. Naukowcy stwierdzili, że nie tylko człowiek się starzeje, ale także mikrobiom jelit. U zdrowych uczestników powyżej 77 roku życia zaobserwowano zmiany w florze jelitowej, w której dominowały rzadkie gatunki bakterii, a zwykły wzór mikrobiomu zmniejszał się. U mniej zdrowych uczestników brakowało tej wyjątkowości.
Test mikrobiomu – jakie są możliwości?
Z HMP wyłoniła się również potrzeba wiarygodnych testów mikrobiomu. W projekcie zastosowano kompletną sekwencjonację genomu, znaną również jako Whole Genome Sequencing (WGS). Zaletą jest to, że wszystko jest analizowane, a dokładnie to jest również jednym z wad.Zgodnie z powiedzeniem „nie widzieć lasu przez drzewa”, WGS może dostarczyć zbyt wielu informacji, które obecnie nie jesteśmy w stanie zinterpretować. Może w przyszłości będzie możliwe lepsze przetwarzanie tej obfitości informacji z pomocą sztucznej inteligencji.
Kolejną wadą pełnej sekwencjonowania genomu są wysokie koszty, zarówno finansowe, jak i związane z nakładem pracy. Istnieją jednak również inne testy mikrobiomu dostępne na rynku:
Analiza szczepów bakterii
Analiza szczepów bakterii, często przeprowadzana za pomocą sekwencjonowania 16S rRNA, koncentruje się na identyfikacji i ilościowym określeniu specyficznych gatunków lub szczepów bakterii w próbce. Sekwencjonowanie genu 16S rRNA ma na celu zbadanie wysoko konserwowanej regionu w genomie bakterii, co umożliwia rozróżnienie między różnymi szczepami bakterii. Wyobraź sobie to wszystko jak kod kreskowy. Każda bakteria posiada taki kod kreskowy (16S rRNA) i dla każdego gatunku bakterii ten kod zawsze nieco się różni. Dzięki temu naukowcy mogą odróżniać różne gatunki bakterii.
Wiedziałeś?
Jeszcze raz krótko wyjaśnię pojęcia. Bakterie dzieli się na rodziny i szczepy. Pierwsza część słowa reprezentuje nazwisko rodziny, z.BBacillus a druga część nazwy reprezentuje szczep, w tym przypadku Bacillus subtilis. Chociaż ta nazwa brzmi raczej jak patogen, Bacillus subtilis jest niezwykle ważny dla naszego zdrowia. Został nawet wybrany na „Mikrob roku 2023”.
Dalsze testy mikrobiomu
Oprócz już wspomnianych, istnieje jeszcze kilka innych testów.Powszechnie stosowane są również sekwencjonowanie metagenomowe shotgun oraz metaproteomika. Pierwsze z nich oferuje w porównaniu do sekwencjonowania genu 16S rRNA zaletę, że obejmuje również inne organizmy, takie jak wirusy czy grzyby. W metaproteomice nie bada się genetyki, lecz produkowane białka. To pole badawcze, zwane również proteomiką , jest jednym z najciekawszych w dziedzinie medycyny spersonalizowanej i długowieczności. W porównaniu do epigenetyki, , gdzie mierzy się markery na DNA, w proteomice bada się wytwarzane białka. Na tym oparty jest również najnowszy test MoleQlar, dzięki któremu możesz poznać swój profil molekularny. We współpracy z renomowanym LMU Monachium oferujemy Ci głębszy wgląd w swoje molekularne ja.
Odkryj swoje proteom dzięki teście profilu molekularnego od MoleQlar. Dowiedz się więcej teraz.
To nie tylko geny
Obszar badań nad mikrobiomem jest niezwykle złożony i kształtowany przez wiele czynników. Interesującym przykładem jest bakteria Eggerthella lenta (E. lenta) DSM 2243, bakteria, która występuje w ludzkim jelicie. E. lenta ma interesującą interakcję z lekiem na serce Digoksyną. Digoksyna była często stosowana w leczeniu niektórych dolegliwości sercowych, takich jak niewydolność serca i zaburzenia rytmu serca. Działa, poprawiając wydajność mięśnia sercowego i regulując częstość akcji serca. Obecnie jest rzadko stosowana w terapii tych schorzeń. Jednym z powodów była trudność w dawkowaniu leku.U niektórych ludzi już najmniejsze ilości digoksyny działały, podczas gdy inni potrzebowali znacznie wyższej dawki. Możliwe wyjaśnienie kryje się w naszym jelicie.
Jak mikrobiom wpływa na leki
Niektóre szczepy E. lenta są w stanie metabolizować i inaktywować digoksynę, co zmniejsza skuteczność leku w organizmie. Ten mikrobiologiczny metabolizm zachodzi dzięki enzymowi reduktazy glikozydów sercowych, który przekształca digoksynę w mniej aktywną formę. I tutaj pojawia się jeszcze jeden czynnik, który sprawia, że cała zależność staje się bardziej skomplikowana. Colleen Cutcliffe, biolog molekularny, powiedziała w podcaście Petera Attii, że ma znaczenie, czy E. lenta ma jedną kopię genu kodującego ten enzym, czy pięć genów. Ludzie, którzy mają E.lenta formę z pięcioma genami odpowiedzialnymi za inaktywację digoksyny, wydają się znacznie gorzej reagować na lek.Jeśli w przyszłości będziemy mogli dowiedzieć się więcej o tych interakcjach, będzie to kolejny krok w kierunku spersonalizowanej medycyny.
Jak można wzmocnić mikrobiom?
Po tym, jak dowiedzieliśmy się wiele o testowaniu i tle mikrobiomu, przyjrzymy się pytaniu, co możemy zrobić, aby zbudować lub wzmocnić mikrobiom.
Zanim zagłębimy się w temat, musimy zdefiniować kilka pojęć: Jeśli chcesz wiedzieć więcej o poszczególnych tematach, wystarczy kliknąć na słowo, a przejdziesz do szczegółowego artykułu:
- Probiotyki: To preparaty, które z.B. zawierają żywe bakterie jelitowe. Probiotyki są chętnie stosowane, aby przywrócić różnorodność flory jelitowej, lub aby przywrócić równowagę między „dobrymi” a „złymi” bakteriami
- Prebiotyki: Prebiotyki to substancje, najczęściej niestrawne węglowodany, takie jak inulina, fruktooligosacharydy (FOS) i galaktooligosacharydy (GOS), które selektywnie wspierają aktywność lub wzrost korzystnych mikroorganizmów w jelitach. W żywności znajdziesz je jako błonnik, a służą jako „pokarm” dla twoich bakterii jelitowych
Czy wiedziałeś?
Niemieckie Towarzystwo Żywienia (DGE) zaleca dla dorosłych codzienną dawkę co najmniej 30 gramów błonnika. Te substancje występują wyłącznie w produktach roślinnych, z.B. w produktach pełnoziarnistych, owocach i warzywach. Wysoka zawartość błonnika w diecie zapewnia, że bakterie w jelitach otrzymują wystarczającą ilość pokarmu.Większość ludzi jednak je mniej niż zalecane 30 gramów dziennie.
- Symbioty: Symbioty to produkty lub suplementy diety, , które zawierają kombinację probiotyków i prebiotyków . Idea za tym polega na tym, że prebiotyki służą jako źródło składników odżywczych dla żywych mikroorganizmów dostarczanych z probiotykami, co może poprawić ich przeżywalność, osiedlanie się i skuteczność w przewodzie pokarmowym.
- Postbioty: Postbioty to bioaktywne związki, które są produkowane przez aktywność metaboliczną probiotycznych mikroorganizmów w jelitach. Należą do nich krótkozłowne kwasy tłuszczowe (takie jak maślan, propionian i octan), bakteriocyny, enzymy, witaminy i inne metabolity.Te substancje mogą mieć pozytywny wpływ na gospodarza, wspierając na przykład funkcję bariery jelitowej, działając przeciwzapalnie i modulując układ odpornościowy.
Wszystkimi tymi sposobami możesz wzmocnić swoją florę jelitową. Najprościej jest dostosować dietę, zwiększając ilość błonnika. Jeśli obecnie nie spożywasz dużo błonnika dziennie, najlepiej stopniowo zwiększaj jego ilość, ponieważ w przeciwnym razie mogą wystąpić wzdęcia lub problemy żołądkowo-jelitowe. Więcej na ten temat znajdziesz w naszym artykule o budowaniu flory jelitowej.
Metabolizm butyratu – nie tylko ważny dla zdrowia jelit
Metabolizm butyratu odnosi się do biochemicznego procesu, w którym określone mikroorganizmy w ludzkich jelitach fermentują niestrawne węglowodany (szczególnie błonnik) i wytwarzają krótkozłoczywne kwasy tłuszczowe (SCFAs) , takie jak butyrat. Butyrat jest szczególnie interesujący, ponieważ ma wiele pozytywnych efektów na nasze zdrowie, w tym wspieranie zdrowia jelit, wzmacnianie funkcji barierowej jelit, działanie przeciwzapalne oraz potencjalne mechanizmy ochronne przed chorobami metabolicznymi, takimi jak cukrzyca typu 2.
Produkcja butyratu w jelitach
Produkcja butyratu zachodzi poprzez fermentację błonnika przez beztlenowe bakterie w jelicie grubym. Te bakterie, do których należą rodzaje takie jak Faecalibacterium, Eubacterium, Roseburia i Butyrivibrio, wykorzystują błonnik jako źródło energii i produkują przy tym SCFA, w tym maślan. Maślan służy następnie komórkom błony śluzowej jelita (kolonocytom) jako główne źródło energii i wspiera ich zdrowie oraz funkcję. Przy okazji: komórki błony śluzowej jelita są jedynymi komórkami w ciele, które mogą wykorzystywać maślan jako źródło energii.
Czy wiedziałeś?
Może znasz „cudowny środek na odchudzanie” Ozempic, znany również jako zastrzyk na odchudzanie. W rzeczywistości kryje się za tym lek na cukrzycę mellitus, który naśladuje hormon w organizmie. Dokładniej mówiąc, to GLP-1 (peptyd podobny do glukagonu-1). Więcej na ten temat dowiesz się w artykule o Berberynie. Ale wracając do mikrobiomu.Butyrat produkowane przez bakterie może stymulować komórki L w jelicie, które z kolei produkują hormon GLP-1. Dlatego dieta bogata w błonnik może pośrednio zwiększać sekrecję GLP-1 poprzez stymulację produkcji butyratu i tym samym mieć pozytywny wpływ na metabolizm glukozy oraz regulację apetytu.
Bioaktywne berberyna z chromem i cynkiem w kompleksie mineralnym Berbersome
Rola Bacillus subtilis
Bacillus subtilis, często wymieniany jako probiotyczna bakteria, odgrywa nieco inną rolę w mikrobiomie niż bezpośredni producenci butyratu. B. subtilis jest gram-dodatnią, glebową bakterią, która może być również obecna w ludzkim jelicie. Jest znana ze swojej zdolności do tworzenia odpornych endospor, które pozwalają jej przetrwać trudne warunki środowiskowe.Chociaż B. subtilis nie jest bezpośrednio zaangażowany w produkcję butyratu, może jednak mieć pośredni wpływ na metabolizm butyratu i ogólne zdrowie jelit:
- Wsparcie zdrowej flory jelitowej: B. subtilis może wspierać wzrost i aktywność bakterii produkujących butyrat w jelitach, promując różnorodność mikrobiologiczną i równowagę ekologiczną.
- Stymulacja układu odpornościowego: B. subtilis może modulować odpowiedź immunologiczną i przyczyniać się do integralności bariery jelitowej, co pośrednio może poprawić środowisko dla produkcji butyratu.
- Konkurencja z patogennymi mikroorganizmami: Dzięki swoim właściwościom antymikrobowym B. subtilis może hamować wzrost szkodliwych bakterii, wspierając w ten sposób zdrowszą florę jelitową, która z kolei promuje produkcję butyratu.
Wszystkie te cechy przyczyniły się do tego, że B.subtilis 2023 roku została uznana za Mikroba Roku.
Mikrobiom i jego rola w długowieczności
Im starsi się stajemy, tym mniej różnorodności ma nasz mikrobiom. Z symbiozy w najgorszym przypadku powstaje Dysbioza. Zmiany w mikrobiomie mogą być tak poważne, że zostały uznane za jedną z Hallmarks of Aging . Opisują one zmiany molekularne, które towarzyszą starzeniu się. Nadzieją jest, że jeśli uda nam się odwrócić te Hallmarks, będziemy mogli również zatrzymać proces starzenia.
Podsumowanie
„…chory jelito jest źródłem wszelkiego zła…”, wiedział już Hipokrates. Nienaruszone jelito jest niezwykle ważne dla naszego zdrowia i długiego życia. Zrozumienie molekularnego składu flory jelitowej to wyzwanie, któremu musimy teraz stawić czoła. Nasze Mikrobiom jest wysoko złożonym i fascynującym polem badawczym. Dzięki nowoczesnym metodom analizy genów i proteomiki, zbliżyliśmy się do lepszego zrozumienia naszej flory jelitowej. W przyszłości spersonalizowana medycyna może również wiązać się z mikrobiomem.
