Współpraca między organizmem człowieka a innymi organizmami, sprzyja dobremu samopoczuciu, z kolei okresy zmagań i konfliktów prowadzą do jego zachwiania. Według Atheny Aktipis, badaczki z Biodesign Institute przy Arizona State University, mikrobiota człowieka angażuje się zarówno w kooperatywę jak i w spory z ludzkimi komórkami. Jest to szczególnie widoczne w jelitach — siedlisku wielu bilionów mikroorganizmów tworzących oszałamiająco zróżnicowane społeczności.
W ostatnim numerze czasopisma Annals of the New York Academy of Sciences, Aktipis wraz z Helen Wasielewski (z Wydziały Psychologii na Arizona State University) i Joe Alcockiem (z Wydziału Medycyny Ratunkowej na University of New Mexico), przedstawili wyniki swoich badań na temat roli bakterii jelitowych. Akademicy chcieli sprawdzić jak sposób żywienia promujący współpracę lub napędzający konflikt między drobnoustrojami a organizmem gospodarza, sprzyja zachowaniu zdrowia lub staje się przyczynkiem do wystąpienia choroby.
Nowe odkrycia dostarczają cennych informacji na temat subtelnej relacji między dietą i zdrowiem oraz wskazują na możliwość leczenia i zapobiegania chorób (w szczególności schorzeń o podłożu zapalnym i metabolicznym) poprzez modyfikacje mikrobiomu.
“Nasza flora jelitowa nie jest tylko biernym odbiorcą pokarmów, które spożywamy – ewoluuje i zmienia się w odpowiedzi na to czym karmimy nasze ciało. Istnieją pewne rodzaje pożywienia, dzięki któremu współpraca z mikroorganizmami staje się dużo efektywniejsza poprzez wspólne wykorzystywanie tych samych zasobów; podczas gdy inne pożywienie prowadzi do konfliktów i rywalizacji o zasoby między naszym organizmem a mikrobami. Badanie tych zależności może pomóc nam w zrozumieniu niektórych aspektów zdrowia i choroby,” mówi Aktipis.
Bakteryjna społeczność
Dopiero zaczynamy doceniać znaczenie i złożoność wchodzących w skład mikrobioty gatunków, których liczebność sięga ok. 30 bilionów, czyli mniej więcej tyle samo co komórek ludzkiego ciała. Kolonizacja organizmu zaczyna się już w momencie narodzin, gdy noworodek przechodząc przez kanał rodny styka się z matczyną florą pochwy, skóry i przewodu pokarmowego.
Przeważająca ilość populacji mikrobioty człowieka zamieszkuje jelita. Istnieje co najmniej 500 różnych gatunków, z czego większość należy do kilku dobrze zbadanych grup. Pojawiające się wyniki sugerują, że skład gatunkowy mikrobiomu może wywierać znaczący wpływ na zdrowie człowieka przez całe życie, w tym na skłonność do otyłości, podatność na alergie czy zachowanie.
W swojej pracy, Aktipis wraz ze współpracownikami, badali wpływ poszczególnych składników odżywczych na zachowanie mikroflory jelitowej. Ich innowacyjne podejście uwzględnia teorię ewolucji i sugeruje, że mikroorganizmy zamieszkujące jelita konkurują lub współpracują z organizmem gospodarza, w zależności od diety na jaką są „narażone”.
Wsparcie vs Konflikt
Współpraca i rywalizacja to cechy charakterystyczne dla procesów ewolucyjnych, kierujące losami wszystkich organizmów żywych. Zachodzące w ludzkim ciele współzawodnictwo i kooperacja pomiędzy komórkami o odmiennej strukturze genetycznej może nieść za sobą poważne konsekwencje dla zdrowia i rozwoju chorób.
Jednym z klasycznych przykładów są komórki nowotworowe, które wskutek mutacji genetycznych tworzą oddzielną strukturę i wykorzystują zasoby gospodarza ze szkodą dla niego. Konkurencja może również zachodzić między komórkami matki a komórkami rozwijającego się w niej płodu, co było przedmiotem wcześniejszych badań Aktipis.
Kooperatywa występuje, gdy z jednej strony komórki bakteryjne produkują energię i witaminy oraz pomagają w eliminacji patogenów, a z drugiej – komórki gospodarza tworzą siedlisko i schronienie dla tych drobnoustrojów, zapewniając im sprzyjające warunki do wzrostu i rozmnażania — mamy wtedy sytuację, w której obydwie strony wygrywają.
Autorzy badania sugerują, że współpraca, która równo traktuje potrzeby komórek mikrobioty i gospodarza, powinna prowadzić do pozytywnych efektów zdrowotnych, natomiast „wojna” o zasoby sprzyja generowaniu chorób.
Helen Wasielewski, pracująca w laboratorium Aktipis, argumentuje, że spojrzenie z perspektywy mikrobów jest przydatne w zrozumieniu tych relacji. “Bardzo ważnym aspektem tych zagadnień jest kwestia tego w jaki sposób mikroorganizmy mogą zmieniać gospodarza czy przemieszczać się od jednego do drugiego. Jeśli bakteria nie ma żadnych problemów z taką zmianą, może wykorzystać zasoby jednego i zasiedlić nowego. Ale jeśli zmiana gospodarza jest problematyczna dla bakterii, wtedy jej przetrwanie staje się zależne od przetrwania „żywiciela”. W skrajnych przypadkach, symbionty stają się tak bardzo zależne od swoich nosicieli, że nie są w stanie w ogóle funkcjonować poza ich ciałem – co obserwujemy na przykładzie niektórych bezkręgowców.”
Walka o pokarm
Wewnętrzne kłótnie mogą wybuchać gdy potrzeby mikrobów i ludzi stają się odmienne. Jeżeli warunki współpracy załamują się, mikrobiota jelitowa może przyczyniać się do chronicznych dolegliwości (w tym objawów zapalenia, chorób sercowo-naczyniowych i metabolicznych), a poprzez wykorzystywanie składników odżywczych niezbędnych gospodarzowi prowadzić do stanów zapalnych i innych negatywnych konsekwencji.
Do takiego stanu może przyczynić się dieta bogata w cukier i tłuszcz. W przeciwieństwie do błonnika, tłuszcze i węglowodany proste mogą zostać wykorzystane nie tylko przez komórki gospodarza, ale również przez potencjalnie patogenne mikroorganizmy takie jak E. coli. W takiej sytuacji, zamiast podziału dóbr dochodzi do wojny o zasoby.
Dieta uboga w błonnik i z wysoką zawartością cukru sprzyja rozwojowi szkodliwych mikrobów, co może być przyczyną chorób o podłożu zapalnym. Przyjmowanie żelaza również wiąże się z pewnym ryzykiem i może czasem prowadzić do wewnętrznych konfliktów. Szereg patogenów kradnie zasoby żelaza dla własnych celów bezpośrednio z komórek gospodarza, jednak kiedy uzyskają dostęp do bogatego źródła żelaza pozakomórkowego (np. przy stałej suplementacji), ich liczebność gwałtownie wzrasta, co prowokuje układ immunologiczny do agresywnej odpowiedzi. W efekcie może dojść do eskalacji konfliktu między komórkami człowieka a mikrobami, prowadząc do negatywnych skutków dla zdrowia (obejmujących zapalenie tkanki tłuszczowej, otyłość czy cukrzycę).
Co tam się dzieje?
W ocenie efektów zdrowotnych współczesnych zachodnich diet, omawiane badanie określa zarówno zyski jak i ryzyko związane z kooperacją i konfliktami toczącymi się w przewodzie pokarmowym.
Szeroki dostęp do pożywienia o wysokiej gęstości odżywczej nie wspierającego patogenów, działa prozdrowotnie poprzez wspieranie kooperacji między mikrobami a organizmem człowieka. Wśród substancji odżywczych prześwietlonych w badaniu, mleko ludzkie wypada szczególnie korzystnie ze względu na profity zarówno dla matki jak i dziecka (przypisuje się mu wpływ na redukcję umieralności niemowląt i ograniczenie ryzyka chorób przewlekłych w późniejszym życiu).
Zawarte w mleku węglowodany, których układ pokarmowy niemowlęcia nie trawi, odżywiają drobnoustroje wchodzące w skład mikrobioty jelitowej, z kolei wyspecjalizowane białka immunologiczne takie jak cytokiny, immunoglobuliny oraz laktoferryna, zmniejszają ryzyko infekcji.
Z drugiej strony, diety społeczeństw zachodnich, o niskiej zawartości błonnika i wysokim spożyciu cukrów prostych, tłuszczy nasyconych i emulgatorów, mogą przyczyniać się do rozwoju takich schorzeń jak otyłość czy przewlekłe choroby o podłożu zapalnym.
Odkrycia przedstawione w pracy wyznaczają punkt zwrotny, zwiastujący zmianę w podejściu do diety. Obserwacje te sugerują, że negatywne konsekwencje zdrowotne (związane ze spożywaniem niektórych pokarmów), wynikają z oddziaływania diety na subtelne interakcje między gospodarzem a mikrobiomem.
Źródło:
- Wasielewski H, Alcock J, Aktipis A. Resource conflict and cooperation between human host and gut microbiota: implications for nutrition and health. Ann N Y Acad Sci. 2016 Jun 6. doi: 10.1111/nyas.13118
- Arizona State University. (2016, June 6). War and peace in the human gut: Probing the microbiome.