Zaczynając od podstaw – czym jest mikrobiota i co na nią wpływa?

Mikrobiota jest złożonym ekosystemem do którego należą bakterie, wirusy, grzyby, archeony i mikroeukarioty. Mimo że najczęściej mówi się o mikrobiocie jelitowej, występuje ona w całym przewodzie pokarmowym. Natomiast skład i liczebność mikroorganizmów są zależne od jego odcinka – mikrobiota jest najbogatsza w jelicie grubym, a najmniej zróżnicowana i liczna w żołądku.

Pierwsza kolonizacja przewodu pokarmowego zachodzi już w czasie porodu. Na ostateczny skład mikrobioty niemowlęcia ma wpływ rodzaj porodu (naturalny lub przez cięcie cesarskie) i później sposób karmienia  (mleko matki lub modyfikowane), przyjmowane antybiotyki. Innymi czynnikami, które oddziałują na skład mikrobioty przez całe życie człowieka są czynniki genetyczne, warunki sanitarno-epidemiologiczne, stres, stosowane leki, dieta. Skład mikrobioty jest względnie stały, jednak obserwowane są jego krótkotrwałe zmiany pod wpływem spożywanej żywności.

Dlaczego mikrobiota jest ważna dla zdrowia? Jakie są jej funkcje?

Przez swoją obecność w przewodzie pokarmowym i produkcję biologicznie czynnych związków mikroorganizmy kształtują funkcjonowanie układu odporności, bariery jelitowej i są jednym z czynników wpływających na pojawienie się tolerancji pokarmowej. Poprzez międzygatunkową konkurencję o miejsce do bytowania i pożywienie chronią też organizm gospodarza przed przerostem potencjalnie chorobotwórczych mikroorganizmów oraz namnażaniem patogenów. Ponadto, mikrobiota wpływa na jelitową i ogólnoustrojową gospodarkę hormonalną, bierze udział w eliminacji toksyn i produktów metabolizmu leków i wytwarza niektóre witaminy (B1, B5, B9, K), stanowiąc jedno z ich źródeł dla gospodarza.

Mikrobiota żywi się resztkami naszego pożywienia, jednak nie całą energię zachowuje dla siebie. Produktem jej metabolizmu są krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (z ang. Short-chain fatty acids, SCFA), które odżywiają komórki jelita grubego. Jest to konieczne dla prawidłowego funkcjonowania i zdrowia jelita grubego, jednak produkowane w zbyt dużej ilości SCFA mogą być źródłem dodatkowych kilokalorii. Taka przesadna skuteczność w wykorzystywaniu resztek pokarmowych jest cechą charakterystyczną „otyłej” mikrobioty, tj. takiej, która występuje w przewodach pokarmowych osób i zwierząt z nadmierną masą ciała.

Zależność między zdrowiem a składem mikrobioty

Nie dysponujemy jeszcze danymi pozwalającymi na dokładne określenie, jaki skład mikrobioty jest tym optymalnym natomiast wyniki badań wskazują, że mimo iż jest on do pewnego stopnia unikatowy dla każdej osoby, istnieją pewne jego cechy (np. duży lub mały udział określonego typu mikroorganizmów), które są wspólne dla osób zdrowych, czy też z tą samą jednostką chorobową. Dominującymi typami bakterii u wszystkich ludzi są Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Actinobacteria i Fuscobacteria. Jednak na przykład u pacjentów z chorobami układu krążenia stwierdzono zwiększenie udziału bakterii typu Actinobacteria kosztem Proteobacteria. Ponadto, u pacjentów z chorobą wieńcową stwierdzono zwiększony stosunek typów Firmicutes i Bacteroidetes, a w innym badaniu – zwiększoną liczebność Enterobacteriaceae, a u pacjentów chorujących na cukrzycę typu 2 stwierdza się zwiększony udział prozapalnych bakterii Escherichia coli. Natomiast u osób zdrowych obserwowany jest istotnie wyższy udział bakterii Faecalibacterium prausnitzii, które wykazują silne działanie przeciwzapalne.

Istotną cechą mikrobioty, wydającą się mieć największy wpływ na zdrowie, jest jej różnorodność. Populacje żyjące w zgodzie z naturą, w których występowanie chorób metabolicznych jest skrajnie niskie, charakteryzują się niespotykaną w zachodnich populacjach różnorodnością mikrobioty. Wydaje się, że zmiany w składzie mikrobioty wywołują nieprawidłowości metaboliczne, co przyczynia się do rozwoju chorób, w tym układu krążenia.

Jaka dieta jest najlepsza dla jelit i zamieszkujących je mikroorganizmów?

Błonnik pokarmowy

Cechą wspólną diet, których stosowanie jest związane z korzystniejszym dla zdrowia składem i większą różnorodnością mikrobioty jest wysoka podaż błonnika pokarmowego. Szczególnie korzystny wydaje się być błonnik rozpuszczalny, którego źródłem są przede wszystkim warzywa i owoce, ale też owies, jęczmień i niektóre nasiona. Błonnik rozpuszczalny ulega fermentacji w jelitach, czego skutkiem jest produkcja SCFA. Natomiast błonnik nierozpuszczalny, którego źródłem są przede wszystkim pełnoziarniste produkty zbożowe zwiększa masę stolca i reguluje perystaltykę jelit, ale raczej nie podlega fermentacji. Wyjątkiem od tej reguły jest skrobia oporna, która występuje w niedojrzałych bananach, ale też powstaje w ugotowanych, a następnie schłodzonych produktach zbożowych i ziemniakach. Jednym z efektów zwiększonej podaży błonnika pokarmowego jest zwiększenie częstotliwości wypróżnień, co również związane jest z korzystniejszym składem mikrobioty jelitowej.

Ważnym spostrzeżeniem z badań nad rolą błonnika pokarmowego dla zdrowia jelit jest to, że po wprowadzeniu zwierzętom laboratoryjnym diety ubogiej w ten składnik następował spadek różnorodności w ich mikrobiocie jelitowej z towarzyszącym podwyższeniem udziału bakterii rozkładających śluz. Utrzymanie takiego sposobu żywienia skutkowało stopniową redukcją grubości błony śluzowej wyścielającej jelita i pogorszeniem funkcjonowania bariery jelitowej.

Najlepiej przeanalizowaną pod kątem wpływu na zdrowie ludzi frakcją błonnika są fruktany podobne do inuliny. Naturalnie występują one w roślinach, szczególnie cebuli, pszenicy i cykorii. Wpływają one na zmniejszenie łaknienia, łagodzą zaparcia oraz wiążą się z obniżeniem stężenia insuliny na czczo. Stymulują również zwiększenie udziału probiotycznych bakterii z rodzaju Bifidobacterium w mikrobiocie jelitowej gospodarza. Natomiast skutkiem ubocznym ich zwiększonego spożycia jest występowanie umiarkowanych wzdęć, co jest rezultatem wzmożonej fermentacji bakteryjnej, dzięki której jednak uzyskiwane są prozdrowotne efekty.

Fermentowane produkty spożywcze

Dieta obfitująca w fermentowane produkty spożywcze wydaje się mieć pozytywny wpływ na mikrobiotę jelitową. Zaobserwowano, że powoduje stały wzrost różnorodności mikrobioty oraz obniża stężenie markerów prozapalnych w surowicy, co może wynikać z poprawy funkcjonowania bariery jelitowej.

Dieta śródziemnomorska

Śródziemnomorski model żywienia cechuje się dużym spożyciem warzyw, owoców, orzechów, oliwy oraz umiarkowanym spożyciem ryb i drobiu a także znacznym ograniczeniem udziału przetworzonego i czerwonego mięsa w diecie. W efekcie jest bogata w błonnik pokarmowy, nienasycone kwasy tłuszczowe oraz polifenole. Obserwowanym wpływem dużego spożycia tych związków na mikrobiotę jest zwiększenie wzrostu bakterii probiotycznych, jak Bifidobacterium, Lactobacillus i Roseburia oraz produkcji SCFA, a także przeciwzapalnych metabolitów.

Dieta wegetariańska

Wegetarianizm zakłada dietę opartą na produktach roślinnych z ewentualnym dopuszczeniem spożycia jajek oraz mleka i produktów mlecznych oraz całkowitą eliminacją mięsa i jego przetworów. Dieta ta pod wieloma względami może przypominać dietę śródziemnomorską i, gdy jest zbilansowana, cechuje się podobnym wpływem na mikrobiotę jelitową. Najczęściej obserwowaną zmianą jest zwiększenie udziału bakterii produkujących SCFA, tj. Akkermansia, F. prausnitzii, Eubacterium rectale i Eubacterium biforme. Są to bakterie wspomagające funkcjonowanie bariery jelitowej.

Jakie składniki diety mają negatywny wpływ na skład mikrobioty?

Syntetyczne emulgatory

Spożywanie przetworzonej żywności wiąże się z obecnością w diecie dodatków do żywności. Chociaż są one bezpieczne, mogą wywoływać niekorzystne zmiany w mikrobiocie. Taki wpływ jest obserwowany w przypadku syntetycznych emulgatorów, które zmniejszają różnorodność mikrobiologiczną, produkcję SCFA oraz wolnych aminokwasów. Jest to między innymi wynikiem zmniejszenia udziału bakterii F. prausnitzii i Rumonococcus.

Tłuszcz w nadmiarze

Dieta wysokotłuszczowa, zakładająca skrajne ograniczenie lub eliminację zbóż i wielu warzyw oraz owoców, a więc będąca uboga w błonnik pokarmowy, modyfikuje skład mikrobioty. Badania na modelach zwierzęcych pozwalają na wyciągnięcie wniosku, że zmiany te utrzymują się długoterminowo i zwiększają tempo odzyskiwania utraconych kilogramów po wyjściu z diety redukcyjnej.

Rycina 1. Wpływ diet na mikrobiotę jelitową (opracowano na podstawie 1, 7). Warstwa mucus – warstwa śluzu wyścielającego błonę śluzową, fermentacja proteolityczna – fermentacja prowadząca do rozkładu białka, obniżone pH – odczyn kwaśny, O2 – tlen, PYY i GLP-1 – peptydy jelitowe wywołujące uczucie sytości, wzrost luminalnego pH – odczyn zasadowy w świetle jelita, endotoksemia – stan zapalny wywołany przedostawaniem się do krwi lipopolisacharydu bakteryjnego (w skrócie LPS, składnik zewnętrznej błony komórkowej osłony niektórych bakterii), rozgałęzionych kwasów tłuszczowych (z ang. branched chain fatty acids, BCFA) oraz TMAO, czyli N-tleneku trimetyloaminy – produktu ubocznego fermentacji jelitowej czerwonego mięsa. 

Zmiana diety a zmiana składu mikrobioty jelitowej

Mikroorganizmy zamieszkujące nasze jelita żywią się resztkami tego, co jemy. Z tego powodu skład mikrobioty jelitowej będzie dostosowany do naszego standardowego sposobu żywienia. Kryje się za tym też zdolność do trawienia określonych składników pożywienia, w tym niektórych frakcji błonnika. Kiedy dokonujemy istotnych zmian w sposobie żywienia, szczególnie polegających na radykalnym zwiększeniu spożycia błonnika pokarmowego lub wprowadzeniu nasion roślin strączkowych (fasoli, ciecierzycy, soi, itd.), należy liczyć się z możliwością wystąpienia mniej lub bardziej nasilonych dolegliwości ze strony przewodu pokarmowego, m.in. wzdęć, zmiany rytmu wypróżnień. Wynikają one częściowo z niedostosowania mikrobioty do innego rodzaju resztek pokarmowych. Dlatego sugeruje się wprowadzać wszelkie zmiany stopniowo i dać sobie czas, najlepiej kilka tygodni, na adaptację do nowego sposobu żywienia.

Podsumowanie

Chociaż mikrobiota jelitowa nie została jeszcze do końca zbadana i poznana, już teraz możemy zaobserwować pewne zależności między dietą, jej składem oraz stanem zdrowia. Na podstawie aktualnego stanu wiedzy można stwierdzić, że dieta dobra dla jelit oraz zamieszkujących je mikroorganizmów cechuje się wysoką podażą zbóż, warzyw, owoców i orzechów. Tłuszcze, takie jak oliwa, również wydają się oddziaływać korzystnie. Jednak powinny być spożywane w ograniczonych ilościach, ponieważ nadmiar tłuszczu jest czynnikiem o negatywnym wpływie na skład mikrobioty. Zalecane będzie również unikanie spożywania produktów nadmiernie przetworzonych.

Piśmiennictwo

1. Czapla M., Jankowski P. Żywienie w chorobach serca. PZWL, Warszawa 2022.
2. Wastyk, HC, Fragiadakis, GK, Perelman, Det al. (2021) Gut-microbiota-targeted diets modulate human immune status. Cell 184, 4137–4153, e14
3. Perler BK, Friedman ES, Wu GD. The Role of the Gut Microbiota in the Relationship Between Diet and Human Health. Annu Rev Physiol. 2023 Feb 10;85:449-468. doi: 10.1146/annurev-physiol-031522-092054. Epub 2022 Nov 14. PMID: 36375468.
4. Yang G, Wei J, Liu P, Zhang Q, Tian Y, Hou G, Meng L, Xin Y, Jiang X. Role of the gut microbiota in type 2 diabetes and related diseases. 2021 Apr;117:154712. doi: 10.1016/j.metabol.2021.154712. Epub 2021 Jan 23. PMID: 33497712.
5. Roager, H., & Christensen, L. (2022). Personal diet–microbiota interactions and weight loss. Proceedings of the Nutrition Society, 81(3), 243-254. doi:10.1017/S0029665122000805
6. Thaiss, CA, Itav, S, Rothschild, Det al. (2016) Persistent microbiome alterations modulate the rate of post-dieting weight regain. Nature 540, 544–551.
7. Fan Y, Pedersen O. Gut microbiota in human metabolic health and disease. Nat Rev Microbiol. 2021 Jan;19(1):55-71. doi: 10.1038/s41579-020-0433-9. Epub 2020 Sep 4. PMID: 32887946.
8. Turnbaugh, P., Ley, R., Mahowald, M. et al. An obesity-associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest. Nature 444, 1027–1031 (2006). doi: 10.1038/nature05414