Probiotyki

Skąd się wzięły?

Płód rozwija się w środowisku jałowym i chronionym przed drobnoustrojami. Ta sytuacja ulega nagłej zmianie w trakcie porodu i zaraz po nim, gdy ciało noworodka kolonizowane jest przez bakterie, archeony, grzyby i wirusy nabyte od matki i innych osób, a także pochodzące ze środowiska. W ciągu następnych kilku lat na skórze noworodka, w jego nozdrzach, jamie ustnej, jelitach i układzie moczowo-płciowym rozwijają się społeczności drobnoustrojów określanych mianem „mikrobiomów”.

Trwający 5 lat Projekt Mikrobiomu Człowieka był międzynarodowym przedsięwzięciem badawczym rozpoczętym w roku 2007. Jego celem było określenie składu genetycznego mikrobiomu występującego u zdrowych i dorosłych ludzi. Uzyskane w trakcie realizacji projektu wyniki wykazały, że liczba komórek drobnoustrojów bytujących w ciele człowieka, przewyższa liczbę komórek gospodarza dziesięciokrotnie.

Przeprowadzone analizy wykazały, że zarówno skład populacyjny mikrobiomów, jak i udział poszczególnych genów jest zmienną cechą osobniczą, oraz różni się znacząco w poszczególnych rejonach ciała. Udowodniono poza tym, że skład populacyjny drobnoustrojów kolonizujących np. jelito różni się od składu populacji drobnoustrojów bytujących w jamie ustnej, skórze czy w innych niszach. Organem, w którym odnotowano najwyższą zmienność gatunkową oraz genetyczną biomu, było jelito grube, a najniższą – pochwa. Zaobserwowano także zmienność w obrębie jednej niszy – okazało się, że różne obszary jamy ustnej, jelita, skóry czy pochwy posiadają odmienne i unikatowe mikrobiomy.

Układ partnerski

Mikrobiom występujący w określonym obszarze ciała u 95% populacji określany jest mianem mikrobiomu rdzennego. Najwyższa liczba gatunków wchodzących w skład mikrobiomu rdzennego występuje w jamie ustnej, następnie w jelicie grubym i skórze, podczas gdy najmniejsza zmienność gatunkowa odnotowywana jest w mikrobiomie pochwy.

Mikrobiom rdzenny tworzony jest przez niewielką liczbę gatunków drobnoustrojów, które jednakże dominują w danej niszy ilościowo, natomiast tak zwany mikrobiom wtórny jest  tworzony przez wiele różnych gatunków drobnoustrojów mających niewielki udział procentowy w całkowitej liczbie komórek mikrobiomu.

Mikrobiom jest społecznością, która istnieje w symbiotycznej więzi z gospodarzem, dostarczając mu potrzebnych metabolitów, stymulując odporność wrodzoną oraz chroniąc przed kolonizacją przez drobnoustroje patogenne.

Prawidłowa mikroflora określonego rejonu ciała człowieka tworzona jest przez unikatową populację rdzennego i wtórnego mikrobiomu, która ewoluowała w symbiotycznej więzi z gospodarzem (makroorganizmem) oraz współzawodniczyła z innymi gatunkami o nisze w jego ciele. Makroorganizm dostarcza mikrobiomowi powierzchni do kolonizacji, składników odżywczych oraz, do pewnego stopnia, ochrony przed drobnoustrojami patogennymi. Zdolność do przeżycia w obecności lub nieobecności tlenu, specyficznym pH, w określonym stężeniu soli, zdolność do pobierania i metabolizowania składników odżywczych, warunkują liczbę i rodzaj drobnoustrojów zasiedlających specyficzne obszary ciała. Na przykład bakterie beztlenowe lub względnie beztlenowe obecne są w większości nisz ciała, ponieważ w jamie ustnej, jelitach czy układzie moczowo-płciowym występują właśnie warunki beztlenowe lub o zmniejszonym stężeniu tlenu.

Czy mamy wpływ na skład flory bakteryjnej?

Skład mikrobiomu jelitowego zależy od stosowanych środków higieny osobistej (np. stosowanie lewatyw) diety, dziennego spożycia wody, używanych leków (szczególnie antybiotyków) oraz ekspozycji na toksyny o pochodzeniu środowiskowym. Picie wody ze studni czy chlorowanej wody wodociągowej, a także dieta bogata lub uboga w elementy włóknika, cukry oraz tłuszcze – są to czynniki prowadzące do selekcji różnych gatunków drobnoustrojów zasiedlających jelito. Selekcja ta opiera się na zdolności mikroorganizmów do efektywnego wykorzystywania np. jonów żelazowych oraz różnych składników odżywczych. Wyżej wymienione różnice w diecie czy trybie życia mogą być dla mikrobiomu nieszkodliwe i nie wpływać znacząco na pełnione przez niego funkcje, ale mogą też mu szkodzić i prowadzić do różnych jednostek chorobowych. Z historycznego punktu widzenia za najpoważniejszy problem w mikrobiologii uważano do tej pory nadmierne i nieuzasadnione stosowanie antybiotyków prowadzące do selekcji drobnoustrojów opornych, jednak obecnie coraz większą uwagę przykłada się do chorób związanych z zaburzeniami funkcjonalności mikrobiomu.

Gdzie bakterie się biją tam człowiek korzysta.

Większość z około 200 gatunków bakterii kolonizujących jelito grube należy do Bifidobacteriales (np. Bifidobacterium spp.), Bacteroidetes (np. Bacteroides spp.) oraz Firmicutes (np. Eubacterium, Ruminococcus, Faecalibacterium, Blautia). W jelicie grubym bakterie prowadzą międzygatunkowe wojny o niszę, w której bytują. Używają do tego celu bakteriocyn (przykładem mogą być kolicyny produkowane przez E. coli) oraz białek i metabolitów o charakterze przeciwdrobnoustrojowym, których sekrecja ma na celu powstrzymanie wzrostu innych gatunków bakteryjnych oraz ochronę przed inwazją ze strony takich bakterii, jak na przykład Salmonella, Shigella, Clostridium difficile czy Bacillus cereus. Bakterie jelitowe, by przetrwać, muszą posiadać także umiejętność obrony przed wydzielanymi przez gospodarza małymi przeciwdrobnoustrojowymi peptydami oraz immunoglobulinami.

Czy flora bakteryjna na wpływ na nas?

Metabolizm substancji odżywczych odgrywa istotną rolę w symbiotycznej więzi łączącej gospodarza z drobnoustrojami. Bakterie jelita grubego odpowiedzialne są za rozkład węglowodanów złożonych (w tym celulozy) i przekształcaniu ich w krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (octowy, propionowy czy masłowy), które mogą być transportowane do wnętrza komórek eukariotycznych i ulegać tam przemianom metabolicznym. Kwasy te zdolne są także do hamowania wzrostu bakterii patogennych. Inne bakterie zdolne są do żywienia się węglowodorami i mucyną pokrywającą komórki nabłonkowe lub związkami oleistymi wydzielanymi przez gospodarza. Bacteroidetes oraz Firmicutes efektywnie trawią złożone węglowodory, w tym składowe roślinnych ścian komórkowych (celulozy, pektyny, ksylany). Zdolne są także do rozkładu produkowanych przez gospodarza węglowodanów łączących się z mucyną bądź siarczanami chondroityny, które współtworzą śluzówkę jelit. Wzrost udziału ilościowego tych bakterii w mikrobiomie jelitowym prowadzi do wzrostu stężenia metabolicznych produktów pośrednich, co może być korzystne dla ludzi niedożywionych i pacjentów cierpiących na nowotwory lub prowadzić do otyłości w populacjach dobrze odżywionych.

Mikrobiom jelit, a zdrowie

Obecność prawidłowego mikrobiomu jest warunkiem zdrowia, a więc zmiana w jego składzie może prowadzić do choroby. Szkodliwe działanie takiej zmiany wykracza poza tradycyjnie rozumiane ramy „choroby infekcyjnej” i obejmuje takie zaburzenia immunologiczne oraz metaboliczne jak na przykład: 

• zespół jelita drażliwego 
• otyłość 
• cukrzyca typu 2 
• celiakia.

Zaburzenie w składzie i zanikanie prawidłowej mikroflory bakteryjnej (znane pod nazwą dysbiozy) może prowadzić do różnych chorób, na skutek zajęcia zwolnionych nisz przez bakterie patogenne. Na przykład, ekspozycja prawidłowej flory jelitowej na antybiotyki prowadzi do jej zniszczenia bądź ograniczenia wzrostu, a w efekcie do rozrostu bakterii z gatunku Clostridium difficile, która wydziela enterotoksyny wywołujące stan zapalenia jelita (zapalenie jelit związane z antybiotykoterapią). Z kolei wrzodziejące zapalenie jelit związane jest z obecnością wysokiego miana bakterii wytwarzających sulfatazy, które rozkładają mucynę. Prowadzi to do degradacji śluzówki jelita i stymulacji stanu zapalnego. Natomiast ludzie, u których w skład mikrobiomu jelitowego wchodzą bakterie zdolne do efektywnego rozkładu złożonych węglowodorów, znajdują się w grupie podwyższonego ryzyka cukrzycą typu 2. Z kolei nie u wszystkich pacjentów genetycznie predysponowanych do celiakii (immunologicznej choroby układu pokarmowego o podłożu genetycznym, charakteryzującej się nietolerancją glutenu) rozwijają się objawy tego schorzenia. W ich jelicie bytować mogą bakterie, które efektywnie rozkładają gluten. Dopiero, gdy bakterie zostaną eradykowane z jelita, dojdzie do wystąpienia objawów chorobowych. Zmiany w składzie mikrobiomu skóry predysponować mogą do rozwoju przewlekłych infekcji ran oraz okresowych zaostrzeń atypowego zapalenia skóry, natomiast zmiany w składzie mikrobiomu pochwy (zdrowy mikrobiom tego obszaru ciała tworzony jest przez względnie niewielką liczbę drobnoustrojów) – do stanów zapalnych.

Istota problemu

Zrozumienie wpływu dysbiozy na możliwość wystąpienia choroby może pozwolić na opracowanie nowych schematów postępowania leczniczego. Tak jak obecność w próbce kału chorobotwórczych szczepów Salmonella lub Shigella jest równoznaczne z wystąpieniem choroby, tak zmiany w składzie mikroflory jelitowej mogą wskazywać na skłonność lub ryzyko zapadnięcia na jedną chorobę bądź zespół schorzeń.

Koło ratunkowe?

Probiotyki to leki lub suplementy diety zawierające mieszaninę bakterii lub drożdży, które po spożyciu przez człowieka kolonizują jelito i rozmnażają się w nim. Przyjmowanie probiotyków przywraca równowagę mikrobiologiczną w organizmie poprzez między innymi usprawnienie wchłaniania pożywienia czy aktywację immunologicznej odporności wrodzonej i nabytej. Najczęstszym powodem, dla którego ludzie stosują probiotyki, jest

usprawnienie i zachowanie prawidłowej pracy jelit oraz podniesienie tolerancji na laktozę. W skład drobnoustrojów stosowanych w probiotykach wchodzą takie bakterie Gram-dodatnie jak Bifidobacterium czy Lactobacillus oraz drożdże, np. Sacharomycces. Mieszaniny drobnoustrojów probiotycznych sprzedawane są najczęściej w formie kapsułek odpornych na działanie kwasu żołądkowego, uwalniających drobnoustroje dopiero w jelicie. Probiotyki stosowane są m.in. do leczenia biegunki wywołanej przez Clostridium difficile, w profilaktyce i łagodzeniu efektów chorób wywoływanych przez Salmonella sp. oraz Helicobater pylori, w leczeniu atopowych zapaleń skóry u dzieci, chorób autoimmunizacyjnych, a nawet do zwalczania zmian próchnicznych. Probiotyki mogą być spożywane bez obaw o bezpieczeństwo jako dodatki spożywcze, natomiast nie wszystkie z nich działają równie skutecznie. Siła działania probiotyków oraz ich potencjał leczniczy zależą nie tylko od samych drobnoustrojów, ale także od ich proporcji oraz żywotności. W przyszłości probiotyki mogą pełnić coraz istotniejszą rolę we wspomaganiu leczenia – tak jak ma to obecnie miejsce w przypadku leczenia nawracających biegunek wywołanych przez C. difficile. Konieczne jest jednak przyjmowanie probiotyków o zoptymalizowanym składzie, by zawarte w nich mieszaniny drobnoustrojów usprawniały funkcjonowanie organizmu człowieka na wielu płaszczyznach.