Zmiany w mikrobiomie człowieka. Mieszkańcy miast w gorszej sytuacji

Przez dziesięciolecia zakładano, że organizm ludzki nie jest w stanie rozkładać celulozy w taki sam sposób, jak robią to inne zwierzęta. Dopiero w 2003 r. uczeni odkryli, że bakterie jelitowe człowieka są zdolne do trawienia takich włókien. Obecnie naukowcy coraz lepiej rozumieją procesy pozwalające ludzkiemu organizmowi rozkładać ten najobficiej występujący związek organiczny na Ziemi, który wyścieła ściany komórkowe roślin. W niedawnych badaniach naukowcy z Uniwersytetu Ben-Guriona (BGU), Instytutu Weizmanna oraz Uniwersytetu Heinricha Heinego w Düsseldorfie odkryli w ludzkich jelitach pewne nieznane wcześniej drobnoustroje, które potrafią rozkładać celulozę.

Rezultaty oraz opis badań ukazał się na łamach pisma "Science" (DOI: 10.1126/science.adj9223).

Od dawna wiadomo, że błonnik jest zdrowy i stanowi ważny element naszej codziennej diety. Czym jednak jest ten składnik i dlaczego jest tak istotny? To celuloza, włóknisty materiał, który wchodzi w skład roślin. Liście, łodygi czy korzenie są zbudowane z celulozy. Najczystszą jej formą są długie, białe włókna bawełny.

Błonnik pokarmowy pochodzi z warzyw lub produktów pełnoziarnistych. Pomaga utrzymać zdrową i zrównoważoną florę jelitową. Ale służy też jako punkt wyjścia dla łańcucha pokarmowego. Zaczyna się od bakterii, które potrafią trawić celulozę, zapewniając reszcie naszego mikrobiomu zbilansowaną dietę.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Naukowcy dopiero zaczynają rozumieć, w jaki sposób nasz organizm potrafi sobie poradzić z celulozą, chociaż owoce i warzywa od zarania dziejów są podstawą ludzkiej diety. Nasze obecne nawyki żywieniowe są dalekie od tych, które stosowali nasi przodkowie. Wydaje się, że ma to wpływ na naszą florę jelitową, ponieważ nowo odkryte bakterie rozkładające celulozę znikają z mikrobiomu jelitowego człowieka, zwłaszcza w społeczeństwach uprzemysłowionych.

– W trakcie ewolucji człowieka błonnik zawsze był podstawą ludzkiej diety. Był także głównym składnikiem diety naszych przodków z rzędu naczelnych – wyjaśnia Sarah Moraïs z BGU.

Naukowcy wykorzystali geny odkrytej w 2003 r. bakterii do poszukiwania innych, podobnych drobnoustrojów. W swoich pracach przeanalizowali próbki kału do zbadania mikrobiomu jelit człowieka z różnych regionów i okresów. Wyniki sugerują, że ludzi łączy więcej ze zwierzętami hodowlanymi, niż wcześniej sądzono. Okazuje się, że w jelitach człowieka żyją różne gatunki drobnoustrojów trawiących celulozę, które do tej pory pozostawały niezauważone. Istnieje jeden specyficzny gatunek, który jest silnie spokrewniony z przeżuwaczami, inny z pradawnymi ludźmi, a jeszcze inny z naczelnymi.

To Moraïs wraz ze swoim zespołem zidentyfikowała nowych członków ludzkiego mikrobiomu jelitowego - bakterie o nazwie Ruminococcus. Drobnoustroje te rozkładają celulozę, wytwarzając duże i wysoce wyspecjalizowane zewnątrzkomórkowe kompleksy białkowe zwane celulosomami.

- Rozkład celulozy nie jest łatwym zadaniem, może to zrobić niewiele bakterii - wyjaśnia prof. Edward Bayer z Instytutu Weizmanna, współautor badania.– Celuloza jest trudna do strawienia, ponieważ jest nierozpuszczalna. Błonnik w jelitach jest jak pień drzewa w basenie: zamoknie, ale się nie rozpuści – dodaje.

Celulosomy przyłączają się do włókien celulozowych i rozrywają je. Następnie enzymy rozkładają pozostałe włókna na krótsze łańcuchy, które stają się rozpuszczalne i mogą być trawione nie tylko przez Ruminococcus, ale także przez wielu innych członków mikrobiomu jelitowego. – Celulosomy przekształcają błonnik w cukry, które karmią całą społeczność – mówi Bayer.

– Bakterie wytwarzające celulosom istnieją już od dawna, a ich przodkowie są ważnymi członkami mikrobiomu żwacza krów i owiec – wyjaśnia prof. Itzhaka Mizrahi z BGU, starszy autor badania. Żwacz to specjalny narząd żołądka krów, owiec czy jeleni, w którym spożywana przez nie trawa (błonnik) jest przekształcana przez drobnoustroje rozkładające celulozę, w tym Ruminococcus. – Byliśmy zaskoczeni, gdy zobaczyliśmy, że ludzkie bakterie wytwarzające celulosom zmieniły żywiciela w trakcie ewolucji, ponieważ ludzkie szczepy są bliżej spokrewnione ze szczepami zwierząt gospodarskich niż ze szczepami naszych przodków z rzędu naczelnych – dodaje.

Wygląda na to, że ludzie nabyli ważne składniki zdrowego mikrobiomu jelitowego od zwierząt gospodarskich, które udomowili na wczesnym etapie ewolucji.

Stwierdzono, że te trzy typy drobnoustrojów występowały obficie w próbkach kału ludności wiejskiej, łowców-zbieraczy i prehistorycznych ludzi sprzed 1000–2000 lat. Jednak w populacjach współczesnych, uprzemysłowionych społeczeństw, te drobnoustroje jelitowe są wyraźnie rzadkie.

– Nasi przodkowie w Afryce 200 tys. lat temu nie jedli lunchu w samochodzie ani nie zamawiali kolacji przez telefon z dostawą do domu – mówi prof. William Martin z Uniwersytetu Heinricha Heinego w Düsseldorfie w Niemczech. W społeczeństwach zachodnich dzieje się to jednak na dużą skalę. Dieta w społeczeństwach uprzemysłowionych, oddalonych od gospodarstw, w których produkowana jest żywność, zwyczajnie się zmienia. Autorzy publikacji doszli do wniosku, że to odejście od diety bogatej w błonnik wyjaśnia utratę ważnych drobnoustrojów rozkładających celulozę w naszym mikrobiomie.

Naukowcy wyjaśniają, że możliwe jest, że jeśli drobnoustroje Ruminococcus zostaną pozbawione błonnika roślinnego, ich liczba w jelitach spadnie. Istnieje obawa, że te brakujące gatunki drobnoustrojów w jakiś sposób przyczyniają się do złego stanu zdrowia metabolicznego wśród współczesnych ludzi.

Jak można temu przeciwdziałać? Pomocne może być to, co lekarze i dietetycy powtarzają od dziesięcioleci: jedz więcej błonnika!

Źródło: Ben-Gurion University, Science Times, fot. DataBase Center for Life Science/ CC BY 4.0/ Wakana Sasaki/ Wikimedia Commons