Mikrobiom jelitowy – charakterystyka, rola w organizmie, wykorzystanie w diagnostyce laboratoryjnej

[KopalniaWiedzy.pl 357]

W przewodzie pokarmowym człowieka żyją tryliony mikroorganizmów, nazwanych zbiorczo mikrobiomem jelitowym. W jego skład wchodzą między innymi bakterie, wirusy, grzyby oraz organizmy eukariotyczne. Te mikroorganizmy stanowią ponad 50% wszystkich komórek organizmu ludzkiego, a ich łączna waga u osoby dorosłej wynosi około 2 kilogramów. Kwaśne środowisko, obecność żółci i soku trzustkowego, a także silna perystaltyka ograniczają możliwości kolonizacyjne w obrębie żołądka i jelita cienkiego, dlatego w tych fragmentach przewodu pokarmowego obecność mikroorganizmów jest stosunkowo niewielka. Większość żyje w okrężnicy, gdzie znajdują się najlepsze warunki do ich bytowania¹. Mikrobiom zdominowany jest głównie przez 2 typy bakterii: Bacteroidetes i Firmicutes, stanowiących ok. 90% jego składu całkowitego⁵.     

Wiedza na temat mikrobiomu jelitowego znacząco wzrosła w ciągu ostatnich lat. Liczne badania naukowe wykazały, że odgrywa on istotną rolę w prawidłowym funkcjonowaniu całego organizmu. Ma ogromne znaczenie w utrzymaniu metabolizmu, odporności i odżywienia ciała, a także w zapewnieniu odpowiedniej fizjologii oraz ochrony przed chorobami. Oddziałuje bezpośrednio na błonę śluzową jelit, a ponadto ma zdolność do wytwarzania mediatorów chemicznych, dostających się do krwi. Dzięki temu możliwa jest komunikacja pomiędzy mikrobiomem jelitowym, a innymi, oddalonymi od jelit narządami, takimi jak serce, wątroba czy mózg¹.

Symbioza zachodząca pomiędzy gospodarzem, a mikrobiomem przynosi korzyści dla obydwu stron. Dzięki gospodarzowi mikrobiom ma zapewnione odpowiednie siedlisko oraz dostarczone substancje odżywcze potrzebne do funkcjonowania. Jednocześnie mikroorganizmy jelitowe syntetyzują krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe oraz witaminy, niezbędne do dojrzewania układu odpornościowego błony śluzowej jelit oraz do utrzymania prawidłowego metabolizmu w organizmie gospodarza. Mikrobiom komensalny reguluje system odpornościowy w błonie śluzowej jelita, natomiast mikrobiom patogenny wywołuje dysfunkcję układu immunologicznego i w konsekwencji prowadzi do rozwoju choroby. Brak zachowania równowagi pomiędzy mikroorganizmami komensalnymi, a patogennymi prowadzi do stanu dysbiozy².

Ludzki mikrobiom jelitowy kształtuje się już podczas życia płodowego, co udowodniono, wykazując obecność mikroorganizmów w smółce noworodka niemowlaka. Pomimo to, większość z drobnoustrojów kolonizujących ludzkie jelita nabywanych jest po urodzeniu. Zauważono występowanie różnic w składzie pomiędzy mikrobiomem wcześniaków, a noworodków urodzonych w prawidłowym terminie. Może to narażać niemowlęta urodzone przedwcześnie na groźne infekcje żołądkowo - jelitowe, dlatego też ważna jest u nich odpowiednia suplementacja probiotykami. Różnice można zauważyć również w składzie mikroorganizmów mikrobiomu w zależności od sposobu porodu. Noworodki urodzone w wyniku porodu siłami natury wykazują większą ilość bakterii z rodzaju Bacteroidetes niż Firmicutes,  jeśli porównamy je z mikrobiomem noworodków urodzonych poprzez cesarskie cięcie. Na skład mikrobiomu ogromny wpływ ma także    to, czy niemowlę jest karmione piersią czy przy użyciu gotowych mieszanek. Bardziej optymalne dla mikrobiomu jelitowego okazuje się karmienie piersią. Mleko matki zawiera około 600 różnych gatunków bakterii, a badania wykazały, iż niemowlęta nim karmione mają mikrobiom bogatszy o geny związane z mechanizmami obronnymi i odpornościowymi organizmu.

Największe zmiany kształtujące mikrobiom zachodzą w ciągu pierwszych trzech lat życia. Po tym czasie, jeśli nie występują czynniki silnie na niego wpływające, staje się on względnie stabilny, aż do wieku podeszłego, kiedy spada jego różnorodność. Wśród wspomnianych czynników znaczny wpływ ma sposób odżywiana. Dieta bardzo zróżnicowana i złożona sprawia, że bardziej zróżnicowany staje się również mikrobiom. Położenie geograficzne oraz różnice kulturowe powodują, że mikrobiom jelitowy może być odmienny wśród ludzi zamieszkujących różne inne regiony świata i spożywających pokarmy innego typu. Zmiany w składzie mikroorganizmów jelitowych może wywołać także przewlekły stres oraz częsty intensywny wysiłek fizyczny³.

Negatywny wpływ mają leki, takie jak metformina, przyjmowana w cukrzycy typu II lub inhibiotory pompy protonowej, stosowane często w chorobie wrzodowej żołądka, refluksie żołądkowo – jelitowym, a także profilaktycznie w terapii niesteroidowymi lekami przeciwzapalnymi⁴. Ogromne spustoszenie w mikrobiomie pozostawiają po sobie antybiotykoterapie, szczególnie te w wykorzystaniem antybiotyków o szerokim spektrum działania. Z jednej strony mają one pozytywne działanie, hamując namnażanie lub zabijając bakterie patogenne. Z drugiej strony, ich użycie oddziałuje negatywnie na mikroflorę fizjologiczną, skutkując długotrwałymi zaburzeniami w jej składzie. Mogą także sprzyjać rozprzestrzenianiu się antybiotykoopornych szczepów bakterii, stanowiąc źródło genów oporności wśród mikroorganizmów jelitowych³. Nie bez znaczenia pozostaje także teraźniejszy tryb życia i związane z nim spożywanie chlorowanej wody, dodawanie różnych dodatków do żywności i jej zanieczyszczenia metalami ciężkimi, antybiotykami, pestycydami, mikotoksynami oraz zanieczyszczeniami organicznymi. Ciągłe narażenie na wymienione czynniki prowadzi w konsekwencji do stanu dysbiozy⁵.

Rola mikrobiomu w organizmie

Jak wcześniej wspomniano, mikrobiom jelitowy wytwarza szereg witamin niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania organizmu. Należą do nich wszystkie witaminy z grupy B oraz witamina K. Mikrobiom odpowiada także za trawienie złożonych polisacharydów, niestrawionych we wcześniejszych odcinkach przewodu pokarmowego. Ponadto, syntetyzuje niezbędne aminokwasy, krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe oraz bierze udział w metabolizmie glukozy i cholesterolu. Za pośrednictwem różnych szlaków metabolicznych ma również zdolność do komunikacji z ośrodkowym układem nerwowym. Wykorzystuje do tego między innymi hormony i neuroprzekaźniki.

W połączeniu w układem odpornościowym człowieka mikroorganizmy jelitowe stanowią pierwszą linię obrony przed toksynami i patogenami, chroniąc tym samym przed rozwojem choroby. W wyniku produkcji związków przeciwdrobnoustrojowych, zapobiegają kolonizacji patogenów, wykorzystując efekt bariery. Poprzez oddziaływanie z komórkami nabłonka jelitowego stanowią integralną część wrodzonego układu odpornościowego błony śluzowej jelit.  

Dysbioza towarzyszy stanom i chorobom, takim jak: choroba Leśniowskiego – Crohna, wrzodziejące zapalenie jelita grubego, zespół jelita drażliwego, zakażenie Clostridium difficile, choroby metaboliczne czy niealkoholowa stłuszczeniowa choroba wątroby. Badania wykazały, że dokonanie zmian w mikrobiomie za pomocą odpowiednich antybiotyków, probiotyków, a nawet przeszczepu mikrobiomu może prowadzić do szybszego polepszenia stanu pacjentów cierpiących na wspomniane choroby¹.

Dokonanie charakterystyki populacji, które doprowadziły do stanu dysbiozy jest ważne przy podjęciu strategii terapeutycznych. Możliwe jest to przy użyciu metod laboratoryjnych⁵. Dziedzina nauki zajmująca się badaniem mikrobiomu jelitowego nazywana jest mikrobiomiką. Jej celem jest identyfikacja jego składu, analiza genomu drobnoustrojów wchodzących w jego skład, określenie interakcji zachodzących między organizmem gospodarza, a mikroorganizmami jelitowymi oraz stwierdzenie wpływu mikrobiomu na patologię choroby. Wykorzystywane są metody molekularne w połączeniu z silnie rozwijająca się bioinformatyką. Jako materiał do badania mogą służyć próbki kału lub wycinki pobrane w wyniku biopsji błony śluzowej jelita⁶.

Mikrobiom jelitowy stanowi złożoną, integralną część ludzkiego organizmu. Zapewnia istotne wsparcie umożliwiające prawidłowy przebieg różnych procesów metabolicznych oraz funkcjonowanie układu odpornościowego, chroniąc przed rozwojem wielu stanów patologicznych. Dysbioza może prowadzić do chorób wymagających odpowiedniej terapii. Badanie składu mikroflory jelitowej jest obiektem zainteresowania wielu badań, dając nadzieję na jego szersze wykorzystanie w diagnostyce i leczeniu¹.

1. Mayenaaz Sidhu, David van der Poorten. The gut microbiome. Aust Fam Physician. 2017;46(4):206-211.
2. Na Shi, Na Li, Xinwang Duan and Haitao Niu. Interaction between the gut microbiome and mucosal immune system. Mil Med Res. 2017 Apr 27;4:14. doi: 10.1186/s40779-017-0122-9.
3. Gail A Cresci 1, Emmy Bawden. Gut Microbiome: What We Do and Don't Know. Nutr Clin Pract. 2015 Dec;30(6):734-46. Doi: 10.1177/0884533615609899.
4. Rinse K Weersma , Alexandra Zhernakova, Jingyuan Fu. Interaction between drugs and the gut microbiome. Gut. 2020 Aug;69(8):1510-1519. doi: 10.1136/gutjnl-2019-320204
5. Fabien Magne, Martin Gotteland, Lea Gauthier, Alejandra Zazueta, Susana Pesoa, Paola Navarrete, Ramadass Balamurugan. The Firmicutes/Bacteroidetes Ratio: A Relevant Marker of Gut Dysbiosis in Obese Patients?.Nutrients. 2020 May 19;12(5):1474. doi: 10.3390/nu12051474
6. P C Barko, M A McMichael, K S Swanson, D A Williams. The Gastrointestinal Microbiome: A Review. J Vet Intern Med. 2018 Jan;32(1):9-25. doi: 10.1111/jvim.14875.

« powrót do artykułu