Mikrobiota i jej wpływ na organizm człowieka

Termin „mikrobiom” został zaproponowany w 2001 r. przez Joshua Lederberga dla określenia zespołu wszystkich mikroorganizmów człowieka, zarówno komensalnych, symbiotycznych jak i patogennych, które dzielą z nami naszą przestrzeń życiową. Obecnie „mikrobiota” oznacza wszystkie drobnoustroje, czyli bakterie, grzyby, wirusy i archeony, zasiedlające organizm człowieka, natomiast termin „mikrobiom” oznacza zbiór ich genomów.  W piśmiennictwie naukowym pojęcia „mikrobiota” oraz „mikrobiom” zastąpiły pojęcie „mikroflora”.

Mikrobiom w organizmie  człowieka lokalizuje się w określonych miejscach np. skóra, jama ustna i górne drogi oddechowe, układ rozrodczy oraz układ pokarmowy. Szacuje się, że liczebność komórek mikrobiomu przewyższa 10-krotnie liczbę komórek budujących organizm zdrowego człowieka, a jego masa wynosi ok. 2 kg. Najliczniejszy oraz najbardziej zróżnicowany jest mikrobiom przewodu pokarmowego i to jemu poświęca się najwięcej uwagi.

Mikrobiota jelitowa wpływa na wiele aspektów naszej fizjologii, a jej odpowiedni skład odgrywa istotną rolę w prawidłowym funkcjonowaniu naszego organizmu. W ostatnich latach podkreślany jest związek składu mikrobioty z występowaniem konkretnych chorób.

Jaką rolę pełni w ustroju człowieka mikrobiota i jaki ma wpływ na nasze zdrowie?

Takie pytanie coraz częściej jest zadawane nie tylko przez naukowców, ale także przez „zwykłego” człowieka. Zastanawiamy się, czy dzięki odpowiedniej diecie możemy kształtować własny mikrobiom i wpływać na nasze zdrowie.

Wpływ mikrobiomu na zdrowie człowieka należy rozpatrywać wielopłaszczyznowo:

1. Bakterie bytujące w jelitach biorą udział w metabolizmie organizmu; przekształcają składniki pokarmowe złożone w proste, np. trawią nieprzyswajalne dla człowieka polisacharydy. Ponadto uczestniczą w wytwarzaniu krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, które mają wpływ na wzrost i różnicowanie enterocytów i komórek nabłonka okrężnicy, i tym sposobem wpływają na zachowanie jego ciągłości. Biorą udział w wytwarzaniu cennych witamin z grupy B, witaminy K i kwasu foliowego oraz w absorpcji elektrolitów i soli mineralnych, takich jak: sód, wapń, magnez czy potas. Bardzo istotnym związkiem pochodzenia bakteryjnego jest maślan, który jest preferowanym źródłem energii dla komórek jelita grubego, istnieją dowody że jest on także powiązany z występowaniem stanów zapalnych czy nowotworów jelit. Część mikrobioty przewodu pokarmowego degraduje i detoksyfikuje w jelicie grubym toksyczne, mutagenne i karcynogenne związki chemiczne. Dzięki takim działaniom, mikrobiom wzmacnia odporność organizmu i zapobiega chorobom. 

2. Bardzo istotną funkcją mikrobiomu przewodu pokarmowego jest jego ochrona przed bakteriami patogennymi. Bakterie komensalne, neutralizują patogeny bakteryjne poprzez współzawodnictwo o nisze ekologiczną i składniki pokarmowe oraz receptory błonowe. Stymulują też wytwarzanie sekrecyjnej immunoglobuliny A oraz kationowych peptydów antybakteryjnych (CAMPs). Grupa bakterii mlekowych, hamuje wzrost i namnażanie się patogennych szczepów poprzez wydzielanie antybakteryjnych metabolitów np. bakteriocyn, które charakteryzują się swoistym działaniem na określone patogenne gatunki bakterii. Do innych związków wytwarzanych przez różne gatunki mikrobioty i hamujących namnażanie się patogenów, należy zaliczyć: lizozym, krótkołańcuchowe kwasy organiczne, aldehyd β-hydroksymasłowy oraz reaktywne formy tlenu.

3. Mikrobiom ma wpływ na układ odpornościowy i to w wielu aspektach. Kolonizacja bakteriami komensalnymi prowadzi do różnicowania limfocytów naiwnych w limfocyty regulatorowe (Treg) oraz do produkcji IL-10; rozwoju tolerancji immunologicznej, utrzymanie równowagi cytokinowej oraz tolerancji pokarmowej.

4. W ostatnim czasie podkreślany jest związek mikrobiomu z konkretnymi jednostkami chorobowymi. Mikrobiom jelit jest niezbędną częścią składową całego organizmu, konieczną do utrzymania prawidłowego stanu zdrowia. Zmiany mikrobiomu są związane z indukcją niektórych chorób jelitowych i podwyższonym ryzykiem wystąpienia schorzeń ogólnoustrojowych. Sugeruje się również zależność między składem flory komensalnej a otyłością, cukrzycą, alergią, chorobami nowotworowymi czy autyzmem.

5. Początkowy okres życia jest zasadniczy dla rozwoju mikrobiomu, a rodzaj mikroflory nabytej we wczesnym okresie życia jest krytyczny dla rozwoju odpowiedzi immunologicznej i tolerancji pokarmowej. Przewód pokarmowy noworodków jest zasiedlany pierwszymi „mikrobami” w wyniku ich bezpośredniej transmisji od matki przed porodem, w czasie porodu fizjologicznego oraz karmienia piersią i bezpośredniego kontaktu. Określana jako „rdzeniowa” mikrobiota jelitowa (ang. core gut microbiota) kształtuje się już u płodu oraz podczas kolejnych 1000 dni życia. Kluczowe znaczenia dla jej kształtowania ma: zdrowie matki w okresie ciąży i karmienia piersią, poród naturalny, sposób karmienia (mleko matki/mleko modyfikowane) oraz podawane w pierwszych latach życia leki, a zwłaszcza antybiotyki.

6. Wyniki najnowszych badań wskazują na rolę mikroflory w modulowaniu rozwoju mózgu, wpływie na jego funkcje na drodze złożonych mechanizmów neuronalnych, hormonalnych i immunologicznych, związanych z prawidłowym działaniem osi mózgowo-jelitowej.

7. Zaburzenia depresyjne, które należą do najczęściej diagnozowanych schorzeń psychiatrycznych, także wydają się powiązane ze zmianami mikrobiomu jelit. Badania wskazują bowiem, iż czynniki stresowe wpływają na silne zaburzenie składu bakterii bytujących w naszych jelitach, a to w konsekwencji może być jeden z czynników sprzyjających rozwojowi zaburzeń psychiatrycznych. Powtarzające się zaburzenia mikrobiomu mogą powodować bezsenność, depresję i nadwrażliwość na ból

Literatura:

Lederberg J., McCray A.T., ’Ome Sweet ’Omics—a genealogical treasury of words, “Scientist” 2001, s. 8

Binek M: Mikrobiom człowieka – zdrowie i choroba. Post Mikrobiol 2012; 51: 27–36.

Jandhyala S. A., Talukdar R., Subramanyam C. i in., Role of the normal gut microbiota, World J Gastroenterol 2015, s. 8787-8803.

Gliński Z. Kostro K. Mikrobiom – charakterystyka i znaczenie, Życie Weterynaryjne  2015; 90(7)

Olszewska J, Jagusztyn-Krynicka EK. Human Microbiome Project – Mikroflora jelit oraz jej wpływ na fizjologię i zdrowie człowieka. Postępy Mikrobiologii 2012;51:243-256.

Rakowska M., Lichosik M., Kacik J., Kalicki B., Wpływ mikrobioty na zdrowie człowieka, Pediatr Med Rodz 2016, 12 (4), p. 404–412

Jańczewska I., Domżalska Popadiuk I. Kolonizacja przewodu pokarmowego noworodków oraz wpływ czynników modyfikujących mikrobiotę jelitową na zachowanie zdrowia. Forum Zakażeń 2016; 7(6): 4

Pac-Kożuchowska E, Krawiec P. Wpływ mikrobioty jelitowej na stan zdrowia dzieci Standardy Med Pediatria 2014; 11: 89-95 43–448

Douglas-Escobar M, Elliott E, Neu J. Effect of intestinal microbial ecology on the developing brain. JAMA Pediatr. 2013; 167(4): 374–379.

Mayer EA, Tillisch K. The brain-gut axis in abdominal pain syndromes. Annu. Rev. Med. 2011; 62: 381–396.

Cryan JF, Dinan TG. Mind-altering microorganisms: The impact of the gut microbiota on brain and behavior. Nat. Rev. Neurosci. 2012; 13(10): 701–712.

Lyte M. Microbial endocrinology: Host-microbiota neuroendocrine interactions influencing the brain and behavior. Gut Microbes. 2014; 5(3): 381–389.

Collins SM, Bercik P. The relationship between intestinal microbiota and the central nervous system in normal gastrointestinal function and disease. Gastroenterology. 2009; 136(6): 2003–2014.