Мікробіом кишечника Навіщо потрібні мікроорганізми в травному тракті - Голодні науки
Наш організм є середовищем існування великої кількості бактерій та інших мікроорганізмів. Особливо ті маленькі сусідні по кімнаті, які поселяються в нашому кишечнику, відіграють ключову роль у нашому самопочутті. Тим, хто хоче позбавити дискомфорту в животі і одночасно підтримувати свою імунну систему, слід дорожити своїм кишковим мікробіомом. BESSERwisser дослідив, як це працює, і що таке пробіотики та пребіотики.
Мікробіом людини
Людський організм густо заселений мікроорганізмами від шкіри до дихальних шляхів до травного тракту. Найбільша частина мікробіому людини - це означає цілісні мікроорганізми, пов'язані з людиною - знаходиться в кишечнику і також відома як кишкова флора або мікробіота кишечника. Вже при народженні мікроорганізми з родових шляхів матері починають заселяти кишечник дитини. Протягом життя грудне молоко, харчування та наше довкілля постійно забезпечують нас мікроорганізмами, які осідають у нашому організмі та в ньому.
Бактерії складають основну частину мікробіому людини. Археї, гриби та віруси також є частиною мікробіома, який комплексно взаємодіє з організмом. Довгий час у науці вважалося, що в людському тілі можна знайти в десять разів більше мікробних клітин, ніж клітини людини, і що вони складають від одного до двох кілограмів ваги [1]. Однак нові розрахунки показали, що в організмі людини є така ж кількість клітин мікроорганізмів, як і в клітинах тіла.Сьогодні також відомо, що мікробіом не становить більше 200 грам ваги [2].
Мікроскопічне життя в травному тракті
Кисле середовище шлунку і тонкої кишки дозволяє вижити там лише деяким видам бактерій. З останньої третини тонкої кишки (клубової кишки) значення рН підвищується і стає основним, і одночасно збільшується і кількість мікроорганізмів. Кількість і різноманітність мікроорганізмів найбільша в товстій кишці. Тут переважають анаеробні умови, а це означає, що тут селяться лише ті організми, які не потребують кисню для свого метаболізму та генерують енергію, наприклад, при бродінні [3].
У мікробіомі кишечника людини домінують два штами бактерій: Bacteroidetes і Firmicutes з відповідними їх підвидами. Взаємозв'язок між цими двома використовується в науці та медицині як репрезентатив для оцінки здоров'я кишечника. Однак мікробіом не є однорідною бактеріальною спільнотою, але варіюється від людини до людини і змінюється з віком. Фактори, що впливають на склад мікробіома, включають вік, генетику, географічне розташування, тип народження (природне або кесарів розтин), дієту в ранньому дитинстві, прийом ліків та стиль харчування [4].
Важливі функції мікробіома кишечника
Мікробіом кишечника часто називають «забутим органом», оскільки він бере на себе важливі функції в організмі. Кишкові мікроби переробляють поживні речовини, захищають від патогенних мікроорганізмів, впливають на імунну систему і можуть впливати на організм різними способами через зв’язки з головним мозком.
травлення
Найбільш очевидною є роль мікробіома кишечника в травленні. Тут мікроорганізми стимулюють дефекацію, беруть участь у використанні харчових компонентів і виробляють необхідні для організму поживні речовини. Основним джерелом їжі мікробіому кишечника є волокнисті харчові компоненти, так звані харчові волокна. Під час бродіння мікроорганізми не тільки генерують енергію для себе, але й виробляють побічні продукти, такі як коротколанцюгові жирні кислоти (SCFA). Прикладом цього є бутират, який виконує важливу функцію в постачанні клітин кишечника та має імуномодулюючу дію [5].
Крім того, мікроорганізми в нашому кишечнику можуть виробляти з клітковини вітаміни В1, В2, В5, В6, фолати, вітамін В12 та вітамін К2 і, таким чином, сприяють забезпеченню організму цих поживних речовин [6]. В процесі мікробної активності і, перш за все, процесу бродіння утворюються такі гази, як водень, вуглекислий газ та метан, які можна відчути як метеоризм.
Захист від збудників хвороб
Іншою важливою функцією кишкового мікробіому є захист від патогенних мікробів, які потрапляють в організм через їжу, наприклад. Інтактна кишкова флора з великою кількістю різних організмів, які колонізують усі ніші кишечника та захищають своє середовище існування, є хорошим захистом від заселення іншими патогенними мікробами.
Здорова людина живе зі своїм мікробіомом у так званому «нормобіозі» - це означає, що організм отримує користь від наявних мікроорганізмів, а шкідливих організмів у меншості. Діючий мікробіом необхідний для метаболізму та здоров’я. Однак поки не ясно, чи мікробіом лише позитивно впливає на організм. Також незрозуміло, що становить «здоровий» мікробіом, оскільки тут існує висока мінливість навіть у здорових людей. Однак є вказівки на те, що різноманітний мікробіом кишечника та вирощування у середовищі з великою кількістю та різноманітністю мікроорганізмів позитивно впливають на здоров’я у подальшому житті [7].
Всеїдні, вегетаріанці, вегани: мікробіом є те, що ви їсте
Майже все, що ми проковтуємо, і те, що згодом відбувається з нашим кишечником, може впливати на мікробіом кишечника. Однак взаємодія між їжею, мікробіомом та організмом є надзвичайно складною і ще не повністю вивченою. Однак уже існує ряд досліджень, які досліджують вплив різних дієт на мікробіом кишечника.
Пробіотики
У зв'язку з кишковим мікробіомом часто говорять про пробіотики та пребіотики. Живі мікроорганізми називаються пробіотиками, які, згідно з визначенням ВООЗ, "забезпечують господаря (= людину, яка їх проковтнула) користю для здоров'я, якщо їх вводити в достатній кількості".
Термін "пробіотик" в основному використовується для харчових продуктів, що містять травні мікроорганізми, такі як біфідо- або лактобактерії. Сюди входять переважно ферментовані продукти, такі як йогурт, сир, квашена капуста, але також нефільтроване пиво. Кажуть, що вони вирішують проблеми з травленням, нормалізують консистенцію стільця та допомагають проти алергії та непереносимості. Однак до кінця не доведено, чи насправді мікроорганізми в цих продуктах живі, потрапляючи в товсту кишку. За даними Європейського управління з безпеки харчових продуктів (EFSA), коли продукт рекламується зі словом “пробіотик”, його ефективність також повинна бути науково доведена. Це викликало велике невдоволення у харчовій промисловості і призвело до того, що продукти, що рекламуються як "пробіотичні", навряд чи можна знайти на полицях сьогодні [11].
Можливі властивості пробіотиків, що зміцнюють здоров’я, все ще залишаються актуальною темою досліджень. З їх допомогою чекають профілактики та лікування захворювань. Наприклад, у дослідженні серед людей похилого віку регулярне вживання йогурту, збагаченого лактобактеріями, призвело до зменшення кількості респіраторних інфекцій більш ніж удвічі порівняно з контрольною групою. Дослідники пояснювали цей ефект покращеною імунною захистом, опосередкованою Т-клітинами [12]. Інше дослідження показало, що регулярне вживання молока або рису, ферментованого лактобактеріями, призводить до кращого захисту від інфекційних захворювань навіть у маленьких дітей [13].
Лактобактерії, які в цих двох дослідженнях показали оздоровчий ефект у здорових людей, у рідкісних випадках також можуть потрапляти в кров у людей зі слабкою імунною системою. У деяких випадках це може призвести до інфекцій, включаючи запалення клапанів серця або менінгіт [14].
Пребіотики
Пребіотики - це неперетравлювані речовини, корисні для мікробіому кишечника. Вони або використовуються мікроорганізмами як джерело енергії (ферментовані), або позитивно впливають на середовище їх проживання.
Ймовірно, найвідомішими пребіотиками є клітковина - неперетравлювані вуглеводи, більшість з яких рослинного походження. Глікани, стійкі (неперетравлювані) крохмаль, інулін та олігофруктоза, мають високий вміст пребіотиків [15]. Вони в основному містяться в волокнистих овочах, таких як спаржа або цикорій, а також у крохмалистих продуктах, таких як камедь рожкового дерева. Кишкові бактерії, які мають необхідні ферменти (CAZyme), можуть використовувати ці речовини. Як і у випадку з пробіотиками, незрозуміло, чи мають пребіотики також певну користь для людини. Згідно з EFSA, користь для здоров'я також повинна бути науково доведена для позначення "пребіотик". Наразі EFSA дав зелене світло для позначення «пребіотик» лише в декількох випадках: для олігофруктози, яка, як було доведено, впливає на рівень цукру в крові, та для інуліну, який отримують з цикорію та позитивно впливає на дефекацію [16].
Роль мікробіома у захворюваннях та здоров’ї
Навіть якщо конкретні взаємодії між організмом та мікробіомом ще не до кінця зрозумілі, очевидно одне: мікроорганізми людини відіграють важливу роль у їх здоров’ї. Численні дослідження вже показали зв’язок між мікробіомом кишечника та інфекційними захворюваннями, хронічними кишковими захворюваннями, ожирінням, діабетом, раком товстої кишки та печінки та алергією [17].
Також факт, що антибіотики, які приймаються при бактеріальних інфекціях, атакують не тільки патогенні мікроби, але й корисні кишкові бактерії. Тривала терапія антибіотиками може знищити мікробіом кишечника і мати стійкий негативний вплив на травлення [18].
Вже деякий час трансплантація калу застосовується в медицині для лікування кишкових захворювань. Ажіотаж навколо цього відразливого та захоплюючого втручання додав новому значення "здоровому" стільцю, який смачно доводиться до крайності в епізоді Саутпарка "Кот-Дієбе" (s23f8).
Висновок
Сьогодні вже доведено, що мікробіом відіграє важливу роль у захворюваннях та здоров’ї. Яким чином на це може впливати харчування та які наслідки це ще не до кінця науково з’ясовано і є предметом сучасних досліджень. Одне впевнене, принаймні один раз, що різноманітна дієта з високим вмістом клітковини корисна для мікробіому та допомагає травленню.
Додаткове посилання на мікробіом людини:
[1] Luckey TD: Вступ до мікроекології кишечника (1972). Американський журнал клінічного харчування 25 (12), с. 1292-1294. DOI: 10.1093/ajcn/25.12.1292.
[2] Sender R., Fuchs S., Milo R.: Переглянуті оцінки кількості клітин людини та бактерій в організмі (2016). PLoS біологія 14 (8), e1002533. DOI: 10.1371/journal.pbio.1002533.
[3] Lin CS, Chang CJ, Lu CC, Martel J. et al.: Вплив мікробіоти кишок, пребіотиків та пробіотиків на здоров’я та хвороби людини (2014). Біомедичний журнал 37 (5), с. 259-268. DOI: 10.4103/2319-4170.138314.
[4] Ян К., Лянг К., Балакрішнан Б., Білобрайдіч Д. та ін.: Роль дієтичних поживних речовин у модуляції мікробіоти кишечника (2020). Огляд розповіді. Поживні речовини 12 (2). DOI: 10.3390/nu12020381.
[5] Martin-Gallausiaux C., Marinelli L., Blottière HM et al.: SCFA. Механізми та функціональне значення в кишечнику (2020). Праці Товариства з питань харчування, с. 1-13. DOI: 10.1017/S0029665120006916.
[6] LeBlanc JG, Milani C., Giori GS et al.: Бактерії як постачальник вітаміну своєму господареві (2013). Хороша перспектива мікробіоти. Сучасна думка в галузі біотехнологій 24 (2), стор. 160-168. DOI: 10.1016/j.copbio.2012.08.005.
[7] Айзенштейн М.: Полювання на здоровий мікробіом (2020). Природа 577 (7792), S6-S8. DOI: 10.1038/d41586-020-00193-3.
[8] de Angelis M., Ferrocino I., Calabrese FM et al.: Дієта впливає на функції мікробіому кишечника людини (2020). Наукові звіти 10 (1), с. 4247. DOI: 10.1038/s41598-020-61192-y.
[9] Девід Л.А., Моріс С.Ф., Кармоді Р.Н., Гуотенберг Д.Б. та ін. Nature 505 (7484), стор. 559-563. DOI: 10.1038/nature12820.
[10] Carmody RN, Bisanz JE, Bowen BP et al: Кулінарія формує структуру та функції мікробіома кишечника (2019). Nature microbiology 4 (12), pp. 2052-2063. DOI: 10.1038/s41564-019-0569-4.
[12] Pu F., Guo Y., Li M. et al.: Йогурт, доповнений пробіотиками, може захистити здорових людей похилого віку від респіраторних інфекцій (2017). Рандомізоване контрольоване відкрите дослідження. Клінічні втручання у старіння 12, с.1223-1231. DOI: 10.2147/CIA.S141518.
[13] Nocerino R., Paparo L., Terrin G. et al.: Коров’яче молоко та рис, ферментовані Lactobacillus paracasei CBA L74, запобігають інфекційним захворюванням у дітей (2017). Рандомізоване контрольоване дослідження. Клінічне харчування (Единбург, Шотландія) 36 (1), с. 118-125. DOI: 10.1016/j.clnu.2015.12.004.
[14] Goldstein EJC, Tyrrell KL і Citron DM: Lactobacillus. Таксономічна складність та суперечлива сприйнятливість (2015). Клінічні інфекційні хвороби: офіційне видання Американського товариства інфекційних хвороб 60 Suppl 2, S98-107. DOI: 10.1093/cid/civ072.
[15] Марковяк П. та Сліжевська К.: Вплив пробіотиків, пребіотиків та синбіотиків на здоров’я людини (2017). Поживні речовини 9 (9). DOI: 10.3390/nu9091021.
[16] Hutkins RW, Krumbeck JA, Bindels LB, Cani PD et al.: Пребіотики. Чому визначення мають значення (2016). Сучасна думка в галузі біотехнологій 37, с. 1-7. DOI: 10.1016/j.copbio.2015.09.001.
[17] Bindels LB, Delzenne NM, Cani PD та Walter J.: На шляху до більш вичерпної концепції пребіотиків (2015). Огляди природи. Гастроентерологія та гепатологія 12 (5), с. 303-310. DOI: 10.1038/nrgastro.2015.47.
[18] Lange K., Buerger M., Stallmach A. and Bruns T.: Effects of Antibiotics on Gut Microbiota (2016). Захворювання органів травлення (Базель, Швейцарія) 34 (3), с. 260-268. DOI: 10.1159/000443360.