Co dobrego dla mnie robi moja mikrobiota?
Ideą przewodnią amerykańskiego projektu z lat 90 tych odkodowania genomu ludzkiego i stworzenia mapy genów była hipoteza, że za każdym stanem chorobowym kryje się jakiś odpowiedzialny za niego zmutowany gen. Gdybyśmy odkryli ten gen, wtedy moglibyśmy zastosować terapię genetyczną, aby te mutacje naprawić. Okazało się jednak, że mamy dość mały genetyczny materiał w porównaniu z tym w jak skomplikowany sposób funkcjonuje nasz organizm. Na przykład ludzki zestaw chromosomów[i] ma około 30 000 funkcjonalnych genów[ii], czyli takich, które kodują białka dla naszego organizmu. Wydaje się to duża liczba, ale jeśli porównamy tę liczbę z genami dżdżownicy, która ma ich około 20 000[iii], albo ryżu, który ma ich 45 000 – 56 000[iv], to nie jest już tak imponująca liczba…. Nasze funkcjonalne geny stanowią około 5% ludzkiego zbioru genów. Nie jest nadal jasne, do czego służy przeważająca reszta ludzkiego genomu.
Biolodzy zadali sobie wtedy pytanie: W jaki sposób możemy przeprowadzać w naszym ciele tysiące biochemicznych reakcji, które mają miejsce w każdej sekundzie naszego życia, mając tak ograniczoną pulę własnych, funkcjonalnych genów ? Odpowiedź na to pytanie kryje się w naszym mikrobiomie. Naukowcy szacują, że mamy około 232 milionów mikrobowych genów[v], czyli około 8 000 razy więcej mikrobowego DNA niż naszego własnego DNA! Obecnie zakłada się, że genom mikrobowy przyczynia się do przeprowadzania ponad 90 % funkcji niezbędnych do przeżycia naszego organizmu. Używamy zdolności genów drobnoustrojów do przetworzenia różnorakich molekuł, do produkcji między innymi witamin i hormonów. Co więcej, niekorzystne zmiany w mikrobiomie prowadzą do mentalnych, immunologicznych, metabolicznych chronicznych chorób.
Wirusy pomagają zwalczać infekcje
Liczbę wirusów na Ziemi szacuje się na liczbę 1031 [vi] liczbę większą niż liczba wszystkich znanych nam gwiazd ! Ten rozległy ocean genów jest bardziej użyteczny dla ludzi niż szkodliwy, nawet, jeśli weźmie się pod uwagę śmiertelne żniwo z ofiar ludzkich, jakie zbierają niektóre wirusy patogenne.
Listę dobroczynnych działań otwiera najmniejszy lokator naszego przewodu pokarmowego – bakteriofag, czyli wirus, który żyje w komórce bakteryjnej i dzięki niej się namnaża.
Pomyślne wykorzystanie wirusów fagowych do leczenia infekcji było powszechnie stosowane nieco ponad sto lat temu, dziesięć lat przed odkryciem penicyliny. Kiedy stwierdzono, że penicylina przyniosła jeszcze lepsze efekty, zaprzestano dalszych badań nad bakteriofagami. Obecnie, w obliczu poważnego problemu wywołanego pojawieniem się coraz to nowych szczepów bakterii chorobotwórczych opornych na antybiotyki, zainteresowano się na nowo wykorzystaniem bakteriofagów w walce z chorobami. Niedawno odkryto, że wirusy odgrywają zasadniczą rolę w rozwoju ludzkiego łożyska i produkcji tak ważnych molekuł, jak na przykład enzymy trawienne.
Bakteriofagi obecne w warzywach poddanych fermentacji mlekowej (kapusta kiszona, ogórki, pomidory i inne warzywa), pełnią rolę policjanta – trzymają w ryzach populacje bakterii chorobotwórczych obecne w naszych w jelitach. Z tego względu, o ile nie cierpimy na nietolerancję histaminy, zespół jelita drażliwego, czy SIBO (z ang. small intestinal bacterial overgrowth – rozrostu bakteryjnego jelita cienkiego), tego typu pokarmy powinny stanowić codzienny dodatek do naszych posiłków.
Czy „zły gość” – drożdżak Candida – ma jakieś dobre strony? Następnym mikrobem na naszej liście jest drożdżak – Candida albicans. Jego obecność w naszym organizmie jest całkiem naturalna – stanowi on niewielką część naszej fizjologicznej mikroboty.
W pewnych niekorzystnych uwarunkowaniach (stres, zbyt duża konsumpcja słodyczy, ogólnie zła dieta, genetyczna predyspozycja na inwazję Candidy) zmienia on swoją postać z jednokomórkowych blastospor na postać inwazyjną wytwarzającą nitkowate wypustki – mycelia. Te nitkowate strzępki przerastają komórki i po pewnym czasie tworzą prawdziwą grzybnię w naszych tkankach, uwalniającą silne toksyny zatruwające cały organizm. Taka chorobotwórcza inwazja Candidy nazywa się „kandydozą”. Candida glabrata, Candida tropicalis i Candida parapsilosis to inne gatunki z rodzaju Candida zamieszkujące nasze jelita[vii].
Badania wykazały, że C. albicans, C. dubliniensis i C. glabrata mogą redukować kationy metali toksycznych dla ludzkich komórek i blokujących pracę naszych enzymów, takich jak ołów (Pb 2+) i rtęć (Hg 2+). Candida transformuje te kationy do nieszkodliwych nanocząstek Pb 0 i Hg 0 i następnie składują je wewnątrz swoich komórek[viii]. Candida może również przekształcać siarczki kadmu do odpowiednich nanocząstek. Mechanizm biologicznego tworzenia tych cząstek nie został jeszcze do końca wyjaśniony. Grzyby z tego rodzaju potrafią dobrze prosperować we współczesnym, zatrutym toksynami środowisku. Świetnie dostosowują się do każdego środowiska i zachowują homeostazę[ix] pomimo obecności metali ciężkich w swoim otoczeniu. Niektórzy lekarze wyciągnęli wnioski, że nadmiar Candida albicans u ludzi, oprócz stresu i współczesnej diety, może mieć korzenie w zatruciu metalami ciężkimi. Temu drożdżakowi udaje się zdobyć liczebną przewagę nad dobroczynnymi bakteriami, z uwagi na fakt, że te ostatnie łatwo zostają zniszczone przez metale ciężkie. Jeśli naturalne lub chemiczne metody leczenia przewlekłej kandydozy nie przynoszą dobrych wyników, dobrym pomysłem byłoby wykonanie testów na obecność metali ciężkich w krwinkach czerwonych lub we włosach i w przypadku wykrycia ich obecności poddanie się chelatacji, czyli usuwania tych metali z tkanek. Jest wtedy większa szansa, że wraz z pozbyciem się metali ciężkich z organizmu łatwiej pozbędziemy się inwazyjnej formy Candidy albicans.
Bakterie w walce z patogenami
Kolejnym dobroczyńcą wśród mikroskopowych mieszkańców naszych jelit są przyjazne nam bakterie. Zapobiegają infekcjom układu pokarmowego i służą jako linia obrony przed wieloma toksynami. Tworzą fizyczną barierę ochronną przed potencjalnymi najeźdźcami, takimi jak chorobotwórcze bakterie, szkodliwe wirusy i pasożyty.
Zdrowy mikrobom jelitowy powinien zawierać dużą ilość pożytecznych bakterii, które wytwarzają krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, takie jak kwas masłowy i inaczej zwany kwasem butanowym. Te kwasy tłuszczowe, wraz z innymi metabolitami bakterii, pomagają w utrzymaniu zdrowej śluzówki przewodu pokarmowego, chronią przed patologią zwaną zespołem nieszczelnego jelita tzw. (Leaky Gut), bardzo korzystnie wpływają na mózg oraz zmniejszają stany zapalne w całym organizmie.
Bakterie mogą również chronić nas przed chorobotwórczymi wirusami – na przykład istnieją bakterie, które powstrzymują rozwój potencjalnie śmiertelnego rotawirusa[x].
Należy zwrócić uwagę na fakt, że rozróżnienie między „dobrymi” a „złymi” bakteriami jest w świetle współczesnych badan mikrobioty dość niefortunne. Najważniejszą cechą zdrowego mikrobiomu jest duża różnorodność gatunkowa i odpowiednie proporcje między poszczególnymi szczepami bakterii i innymi mikroorganizmami. Przy niewłaściwych proporcjach niektóre szczepy bakterii, które uważamy za « dobre », mogą stać się szkodliwe. Dajmy przykład znanej wszystkim bakterii o nazwie Escherichia coli. Jeśli występuje ona w jelicie w odpowiedniej ilości, może być uważana za dobroczynną, ponieważ produkuje dla nas witaminę K, ale jeśli jest jej zbyt dużo, może spowodować bardzo poważne choroby.
Bakterie regulatorami stanu zapalnego
Chroniczny stan zapalny w naszym organizmie zwiększa ryzyko wystąpienia praktycznie wszystkich chorób przewlekłych. Zapalenie to bardzo złożona, wielofazowa reakcją, którą natura wymyśliła po to, aby chronić nas przed patogenami. Niestety, jeśli rozwija się ona w niekontrolowany i nadmierny sposób, to przy okazji pozbycia się wrogów, może również uszkodzić narządy w ciele, a w skrajnych przypadkach doprowadzić do śmierci.
Pierwsza odpowiedź naszych komórek na sygnały wysyłane przez patogeny i inne szkodliwe czynniki wyzwala trio prozapalnych cytokin odporności wrodzonej (interleukina-1, interleukina-6 i czynnik martwicy nowotworu – z ang. tumor necrosis factor α).
Sygnały te stymulują molekułę występującą w jądrze komórki – czynnik jądrowy, który z kolei inicjuje transkrypcję (czytanie) DNA i produkcję dwóch białek: jeden zwany jest czynnikiem jądrowym -kB (NF-kappaB) i drugi nazywa się białkiem aktywującym (AP1).
Następnie nasze komórki odpornościowe produkują interferon typu I (IFN) i czynnik regulacyjny interferonu (IRF). Wszystkie te wyżej wymienione substancje biorą udział w odpowiedzi immunologicznej, czyli tworzeniu się i aktywacji wielu różnych komórek naszego układu odpornościowego, aby między innymi obronić się przed patogenami.
W niektórych sytuacjach te odpowiedzi immunologiczne mogą być zbyt silne i mogą doprowadzić do chorób autoimmunologicznych, w których komórki odpornościowe atakują komórki naszego ciała. Taka nadmierna reakcja układu odpornościowego może także doprowadzić do śmiertelnej posocznicy.
Aby zapobiec tak drastycznej sytuacji, idą nam z pomocą nasze własne bakterie jelitowe. Działają one, jako regulator ekspresji dwóch zestawów genów: zestawu genów wywołujących stan zapalny i zestawu genów, który działa przeciwstawnie do pierwszego, czyli hamuje odpowiedź zapalną.
Bakterie jelitowe mogą wpływać na zmniejszenie stanu zapalnego w organizmie, hamując aktywność naszych komórek dendrytycznych (jest rodzaj komórek odpornościowych) oraz obniżając poziom cytokin (substancji biorących udział w wyzwoleniu reakcji zapalnej). Podsumowując, nasze bakterie pełnią bardzo ważną rolę regulującą pracę układu odpornościowego, zapobiegają reakcjom, które są zbyt przesadzone i szkodliwe dla naszych komórek.
Mikrobiota to nasza druga wątroba
Ponieważ bakterie jelitowe neutralizują wiele toksyn z naszego pożywienia, można je traktować jako drugą wątrobę. Kiedy spada ilość dobrych bakterii w jelitach, wątroba jest przeciążona ilością toksyn, które musi zneutralizować każdego dnia. Zalegające w organizmie związki toksyczne upośledzają funkcjonowanie każdej naszej komórki doprowadzając po dłuższym czasie do wielu groźnych, chronicznych chorób. Każdy wie, że warto robić co jakiś czas kuracje oczyszczające dla wątroby, aby usprawnić jej pracę. Nie każdy natomiast zdaje sobie sprawę z tego, że zdrowa mikrobiota w jelitach to nie tylko mniejsze źródło codziennych metabolicznych i płynących z zewnątrz toksyn, ale pierwsza pomoc dla wątroby w jej codziennej pracy odtruwania naszego organizmu.
Wpływ na stres i odczuwanie bólu
Nowe odkrycia naukowe pokazują, że zbyt duży udział patogennych bakterii w jelitach może zmieniać nasze postrzeganie bólu. Osoby, których mikrobiota jest patologiczna, są bardziej wrażliwe na ból.[xi] Nasze bakterie są również w stanie kontrolować wydzielanie kortyzolu i adrenaliny – dwóch hormonów związanych ze stresem.
Bakterie pomagają nam zachować linię!
Dwie najczęstsze grupy drobnoustrojów występujące w jelitach to Firmicutes i Bacteroidetes, które stanowią ponad 90% populacji bakterii w jelicie grubym. Wiadomo, że Firmicutes są miłośnikami tłuszczu, i ich obecność jest niezbędna, aby dobrze wchłaniać tłuszcze z pożywienia. Wykazano także, że bakterie z tej grupy mają więcej enzymów zdolnych do trawienia złożonych węglowodanów, w związku z tym wydają się być znacznie bardziej wydajne w pozyskiwaniu energii, (czyli kalorii) z pożywienia. Nadmiar kalorii jest następnie magazynowany przez nasz organizm w tkance tłuszczowej.
Naukowcy odkryli, że poddane badaniu osoby otyłe miały wysoki poziom Firmicutes we florze jelitowej w porównaniu z osobami szczupłymi, które miały więcej bakterii Bacteroidetes[xii]. W rzeczywistości względny stosunek tych dwóch grup, czyli stosunek Firmicutes/Bacteroidetes (lub F/B), jest podstawowym kryterium pozwalającym stwierdzić, czy mamy skłonność do przybierania na wadze. Związek między Firmicutes i Bacteroidetes był istotnie podwyższony w grupie otyłej w porównaniu z grupą o normalnej masie ciała.
Ostatnio wiemy, że wysoki poziom Firmicutes aktywuje geny zwiększające ryzyko otyłości, cukrzycy, a nawet chorób układu krążenia.
Jeśli mamy duże problemy ze zrzuceniem wagi i właśnie dowiedzieliśmy się, że mamy więcej Firmicutes niż Bacteroidetes, nie powinniśmy się poddawać. Bacteroidetes rozwijają się dzięki naturalnej żywności bogatej we włókna roślinne. Popularne potrawy w krajach rozwiniętych nie są bogate w błonnik roślinny, co jest jednym z czynników, które przyczyniły się do epidemii otyłości.
Metabolity bakteryjne a układ nerwowy
Dopiero zaczynamy odkrywać metabolity bakteryjne, czyli odpady powstające w wyniku procesów życiowych (należą do nich substancje, które następnie są wykorzystywane przez ciało ludzkie jako niektóre witaminy i neuroprzekaźniki) i ich wpływ na układ nerwowy. Produkcja witamin i neuroprzekaźników, bez których nie moglibyśmy żyć to tylko część korzyści z posiadania mikrobioty. Już teraz wiemy z całą pewnością, że bakterie jelitowe wpływają na komunikację między układem pokarmowym a mózgiem. Odgrywają także ważną rolę w procesach poznawczych w mózgu.
Nasze dobroczynne bakterie chronią nas przed rozwojem wielu groźnych chorób
Bakterie chronią nas przed rozwojem wielu cywilizacyjnych chorób. Akkermancia muciniphila, bardzo dobrze przestudiowany przez naukowców szczep bakterii, chroni przed syndromem kardiometabolicznym[xiii] w wyniku, którego rozwija się około 60 różnych chorób jak np. cukrzyca, otyłość, choroby serca, zespół, policystycznych jajników, pewne typy raka, niepokój i depresje, Parkinson, Alzheimer. Inna bakteria Faecalibacterium prausnitzii chroni przed wieloma stanami zapalnymi w jelitach[xiv].
Przedstawione w tym artykule dobroczynne działania zrównoważonej i bogatej w gatunki mikrobioty jelitowej to tylko część ogromnej ilości skomplikowanych, korzystnych dla naszego zdrowia funkcji, które ona wykonuje. Nasz mikrobiom pozwala nam żyć : wytwarzać hormony i neuroprzekaźniki, bronić się przed patogenami, odtruwać się z toksyn, eliminować i dezaktywować szkodliwe substancje.
Te jednokomórkowe organizmy pozbawione neuronów i mózgów sterują naszym ciałem z zadziwiającą precyzją i «inteligencją »! Chrońmy je i zapewnijmy im jak najlepsze warunki do życia.
Zastrzeżenie: Powyższy artykuł ma charakter informacyjny i w żaden sposób nie może być uważany za poradę medyczną.
[i] Chromosom jest struktura wewnątrzkomórkową, która jest nośnikiem informacji. Zbudowany jest z trzech podstawowych struktur, którymi są: DNA – informacja genetyczna, białka histonowe oraz białka niehistonowe, które pozwalają na bardzo ścisłe „upakowanie” długiej nici DNA.
[ii] Chromosome Map – Genes and Disease – NCBI Bookshelf (nih.gov)
[iii] What does a worm want with 20,000 genes?, Jonathan Hodgkin, doi: 10.1186/gb-2001-2-11-comment2008;
[iv] https://www.scientificamerican.com/article/scientists-sequence-rice/
[v] https://microbiomepost.com/how-many-genes-make-up-the-human-microbiome/
[vi] Microbiology by numbers, Nature reviews Microbiology 9, 628 (2011). https://doi.org/10.1038/nrmicro2644;
[vii] https://www.pasteur.fr/fr/centre-medical/fiches-maladies/candidoses
[viii] “Bioreduction of precious and heavy metals by Candida species under oxidative stress conditions”, Abel Moreno , Nicola Demitri and others , 07 January 2019 https://doi.org/10.1111/1751-7915.13364
[ix] Homeostaza polega na zachowaniu równowagi wewnętrznego środowiska w odniesieniu do warunków zewnętrznych.
[x] “Prevention and cure of rotavirus infection via TLR5/NLRC4–mediated production of IL-22 and IL-18” , Benyue Zhang, Benoit Chassaing and others, DOI: 10.1126/science.1256999
[xi] “Pain regulation by gut microbiota: molecular mechanisms and therapeutic potential”, RanGuo, Li-HuaChen; https://doi.org/10.1016/j.bja.2019.07.026
[xii] “The Firmicutes/Bacteroidetes Ratio: A Relevant Marker of Gut Dysbiosis in Obese Patients?” Magne F, and others, Nutrients. 2020 May 19;12(5):1474. doi: 10.3390/nu12051474. PMID: 32438689; PMCID: PMC7285218.
[xiii] “Akkermansia muciniphila, une bactérie pour lutter contre le syndrome métabolique
Optimisation des effets bénéfiques et évaluation de la sûreté chez l’homme
Optimization and safety assessment of Akkermansia muciniphila for human administration“
Hubert Plovier et Patrice D. Cani , https://doi.org/10.1051/medsci/20173304002, 12 May 2017
[xiv] Faecalibacterium prausnitzii: from microbiology to diagnostics and prognostics Lopez-Siles, M., Duncan, S., Garcia-Gil, L. et al. . ISME J 11, 841–852 (2017). https://doi.org/10.1038/ismej.2016.176