Mikrobiom jelitowy — kim właściwie jesteśmy?

Wprowadzenie: człowiek jako „statek pokoleniowy”

Temat mikroorganizmów żyjących w naszych jelitach — mikrobioty (flory jelitowej) — jest tak obszerny, że wymaga kilku odsłon. Badając te mikroby, uczymy się rozumieć samych siebie i zadawać pytanie: kim tak naprawdę jesteśmy na poziomie komórkowym?

Kluczowa metafora: człowiek przypomina statek pokoleniowy lecący przez kosmos przez wiele lat. Wewnątrz przebywają „astronauci” — bakterie i inne mikroby — którzy wykonują prace niezbędne do utrzymania statku w ruchu. Żadna ze stron nie może istnieć bez drugiej; obie chronią się i kierują nawzajem. Powiedzenie „jesteś tym, co jesz” okazuje się nie tylko prawdziwe, ale i znacznie dalej idące, niż sądzono.

Co żyje w naszych jelitach

Oś jelita–mózg jest znana naukowcom od dekad: mózg i „drugi mózg” w jelitach wzajemnie na siebie oddziałują, przy czym jelita bywają stroną silniej wpływającą.
W jelitach żyją nie tylko bakterie, lecz także archeony (starożytne bakterie) oraz grzyby — np. powszechnie występujący Candida albicans, który obok problemów zdrowotnych pełni prawdopodobnie także role, których jeszcze nie rozumiemy.
Zjawisko nie dotyczy wyłącznie ludzi — także wiele gatunków zwierząt, w tym owady, ma własne mikrobiomy.

Skala zjawiska

Jelita to najwyższe zagęszczenie mikroorganizmów spośród wszystkich środowisk na Ziemi.
Żyje w nich około 300 do nawet 1000 gatunków, z których wiele wciąż jest odkrywanych i słabo poznanych.
Zsumowane geny wszystkich tych mikrobów są około 100 razy liczniejsze niż geny ludzkiego genomu. Genetycznie rzecz biorąc, jesteśmy więc naprawdę „statkami” dla mikrobiologicznych kolonistów.
Wiele z tych mikroorganizmów istnieje na Ziemi od miliardów lat, a życie wewnątrz nas przystosowały sobie prawdopodobnie dopiero w ostatnich milionach lat.

Funkcje mikrobioty

Ochrona przed patogenami, które inaczej z łatwością zaatakowałyby organizm.
Ochrona przed toksynami środowiskowymi.
Naprawa i utrzymanie struktur jelitowych — dokładnie jak załoga dbająca o statek.
Wsparcie metabolizmu: trawienie substancji, których sami nie potrafimy strawić. Dlatego aż około 60% masy kału stanowią martwe mikroby.
Udział w odporności — obszar odkrywany stosunkowo niedawno.
Wpływ na mózg, w tym na jakość snu.

Zmiany mikrobiomu w czasie i wpływ industrializacji

Odcisk palca miejsca zamieszkania

Każdy człowiek ma nieco inny skład mikrobioty. Badania wykazały, że mieszkańcy różnych miast mają odmienne zestawy mikrobów — istnieje więc rodzaj „bakteryjnego odcisku palca” związanego z miejscem życia.

Badanie starożytnych odchodów

Opublikowane niedawno badanie przeanalizowało genomy mikrobów ze skamieniałych odchodów sprzed nawet 2000 lat. Wnioski:

Część dawnych bakterii była całkowicie nieznana nauce — po prostu zniknęły z naszych organizmów.
Współczesny mikrobiom zawiera wiele szczepów opornych na antybiotyki, ale ma znacznie mniejszą różnorodność.
Istnieje bezpośredni związek między składem bakterii a chorobami takimi jak cukrzyca i otyłość.
Mikrobiom dawnych ludzi przypominał ten spotykany dziś u społeczności rdzennych, choć nawet u nich brakuje już owych „zaginionych” gatunków.

Rola diety

Przejście na tzw. dietę supermarketową pozbawiło nas składników odżywczych, którymi żywiły się ochronne bakterie.
Degradacja śluzu w jelicie grubym — mająca podłoże bakteryjne — wiąże się z chorobą Leśniowskiego-Crohna, celiakią i wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego. Dawniej problemy te praktycznie nie występowały.
Dawne mikroby miały więcej transpozaz — enzymów pozwalających szybko adaptować DNA do zmiennych warunków. Współczesne bakterie, mając łatwy i monotonny dostęp do pożywienia, stały się poniekąd „leniwe” i mniej zdolne do adaptacji. U społeczności rdzennych i rolniczych, gdzie dieta zmienia się niemal codziennie, jest inaczej.

Przeszczep mikrobioty i odwracanie starzenia

Badania na myszach przyniosły najbardziej zaskakujące wyniki:

Zastosowano przeszczep kału (już praktykowany w medycynie) od młodych myszy do starych.
Udało się odwrócić część procesów związanych ze starzeniem, zwłaszcza pogorszenie funkcji poznawczych.
Mózgi starszych myszy wykazały oznaki regeneracji, a ich zdolności poznawcze się poprawiły.
Za dużą część efektu odpowiadała prawdopodobnie bakteria z rodzaju Enterococcus, licznie obecna u młodych, a nieobecna u starych myszy.

U ludzi przeszczepy mikrobioty stosuje się już przy alergiach czy zespole jelita drażliwego. Możliwe, że wkrótce lekarze zaczną wykorzystywać przeszczepy od młodszych dawców do poprawy zdrowia osób starszych.

Oś jelita–mózg: nastrój, osobowość, sen

Depresja i lęk

W innym eksperymencie przeszczepiono myszom mikrobiotę od osób z dużą depresją (MDD). Myszy rozwinęły podobne objawy — wyraźnie większy lęk i zachowania depresyjne.

Sen i rytm dobowy

Skład mikrobioty zmienia się w ciągu doby, więc jelita są wystawione na różne metabolity o różnych porach dnia. Łączy to mikrobiom bezpośrednio z jakością snu i rytmem okołodobowym.

Cechy osobowości

Badanie sprzed kilku miesięcy wskazuje na powiązanie konkretnych bakterii z konkretnymi cechami osobowości. Mechanizm jest stosunkowo prosty:

Bakterie pozostawiają po sobie określone metabolity i związki chemiczne.
Te substancje wpływają na oś jelitowo-mózgową, generując sygnały, które inaczej by nie powstały.
Skoro dieta kształtuje to, które bakterie się namnażają, dieta może z czasem zmieniać osobowość.

Zmiany nie są natychmiastowe i zależą od równowagi całego mikrobiomu, ale korelacje są wyraźne. „Jesteś tym, co jesz” dotyczy więc nie tylko ciała, lecz także osobowości i stanu poznawczego.

Pytania bez odpowiedzi

Co się dzieje z osobowością, gdy antybiotyki wybiją bakterie odpowiedzialne za określone cechy?
Jak szybko zmieni się osobowość i zdrowie po radykalnej zmianie diety?
I wreszcie pytanie filozoficzne: czy jesteśmy statkami pokoleniowymi sterowanymi przez bakterie, które doskonale nauczyły się w nas żyć — czy raczej zostaliśmy przez nie zajęci bez pytania i stały się one stałymi lokatorami wbrew naszej woli?

Dziedzina jest wciąż w powijakach, dlatego temat doczeka się kolejnych części.