Nanobiome – polskie badanie mikrobioty jelitowej
Menu
Nanobiome – polskie badanie mikrobioty jelitowej
Odgrywa ważną rolę w regulacji metabolizmu i zapobieganiu przewlekłym chorobom gastroenterologicznym i metabolicznym. Błonnik pokarmowy, bo o nim mowa, ma również duży wpływ na stan mikrobioty jelitowej, a co za tym idzie, na zdrowie człowieka lub występujące choroby. Z naszego artykułu dowiesz się, jak duże jest znaczenie błonnika pokarmowego dla funkcjonowania całego organizmu.
W przewodzie pokarmowym człowieka znajduje się jeden z najbardziej złożonych ekosystemów na naszej planecie – ogromna społeczność drobnoustrojów będących w ścisłym kontakcie z gospodarzem, wciąż ewoluujących wraz ze zmieniającym się otoczeniem. Przypuszcza się, że w całym repertuarze genetycznym mikroflory jelitowej kodowanych jest około 3,3 miliona genów mikroorganizmów!
U ludzi jednym z głównych czynników wpływających na sygnaturę drobnoustrojów jest dieta. Płeć, wiek, a także stosowanie antybiotyków, uprawiana aktywność fizyczna oraz rytm snu również mają na nią istotny wpływ. Co więcej, profile mikroflory jelitowej zmieniają się w metabolicznych stanach, takich jak otyłość, cukrzyca typu II czy choroba sercowo-naczyniowa. Pojawienie się diety zachodniej o niskiej zawartości błonnika pokarmowego wiąże się ze zwiększoną częstością występowania zaburzeń gastroenterologicznych oraz metabolicznych, szczególnie w krajach uprzemysłowionych, co łączone jest bezpośrednio z wpływem tego składnika diety na stan mikroflory jelitowej. Niedobór błonnika negatywnie wpływa na metabolizm i może sprzyjać rozwojowi chorób gastroenterologicznych i metabolicznych.
Błonnik pokarmowy jest nieodżywczym (nietrawionym) składnikiem pożywienia. Włókno pokarmowe składa się z występujących w produktach roślinnych związków polisacharydowych (celuloza, hemicelulozy, pektyny, gumy, skrobia oporna) oraz niesacharydowych (lignina, taniny, kutyny). Związki te są odporne na szybkie trawienie w jelicie cienkim przez enzymy endogenne i utrzymują się w przewodzie pokarmowym aż do okrężnicy. Po dotarciu do okrężnicy błonnik może być trawiony przez rezydentne drobnoustroje. Wynika to po części z tego, że ludzki genom koduje tylko 17 enzymów (tj. hydrolazy glikozydowe), które są zdolne do trawienia węglowodanów. Odwrotnie, rezydentne społeczności drobnoustrojów jelitowych wspólnie kodują tysiące różnych enzymów, które posiadają zdolność rozkładania błonnika pokarmowego. Bakterie jelitowe uzupełniają w ten sposób nieliczne ludzkie enzymy zdolne do fermentacji błonnika. Elementy włókna pokarmowego wiążą niektóre składniki odżywcze, wytwarzają nowe metabolity i modulują metabolizm substancji pozyskanych z pożywienia. Wyróżnia się dwie podstawowe frakcje błonnika pokarmowego: rozpuszczalny i nierozpuszczalny. Każda z tych frakcji jest inaczej wykorzystywana przed drobnoustroje obecne w jelitach.
Błonnik odgrywa ważną rolę w regulacji metabolizmu i zapobieganiu przewlekłym chorobom gastroenterologicznym i metabolicznym. Ostatnie postępy w dziedzinie mikrobiomu ujawniły złożoność związku błonnika ze zdrowiem i występującymi chorobami. Dowody pochodzące zarówno z badań przedklinicznych, jak i klinicznych wskazują, że różne rodzaje błonnika pokarmowego lub produkty przemiany materii powstające w wyniku jego fermentacji mają niezwykle korzystny wpływ na metabolizm gospodarza.
Błonnik pokarmowy jest ważny dla mikroflory jelitowej i funkcjonowania z kilku różnych względów. Jako główne źródło paliwa do fermentacji bakteryjnej, błonnik wspomaga wzrost populacji bakterii w jelitach i stymuluje produkcję korzystnych metabolitów, takich jak krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA). Włókno pokarmowe jest również źródłem struktur molekularnych i zapewnia twardą powierzchnię, do której mogą się przyczepić bakterie. Zwiększa to zdolność bakterii do pozostawania w jelicie i może być ważne w produkcji tzw. biofilmów. Dieta bogata w błonnik pokarmowy działa również jako modulator motoryki jelit. Jego frakcja rozpuszczalna, spowalniając mieszanie się zawartości jelita cienkiego i zmniejszając wchłanianie różnych cząsteczek, w tym glukozy, tłuszczów, polifenoli, wapnia i magnezu, może wprowadzić do jelita grubego więcej materiału, niż zawiera błonnik sam w sobie. Frakcja nierozpuszczalna może natomiast przyspieszyć ruchliwość jelit, co z kolei skraca czas dostępny na fermentację i wchłanianie produktów mikrobiologicznych. Obecność włókien błonnika może również wpływać na grubość błony śluzowej jelita, efektywność procesu mieszania w przewodzie pokarmowym oraz siłę mięśni gładkich.
W okrężnicy wyspecjalizowane drobnoustroje metabolizują oporne węglowodany i wytwarzają fermentowane produkty uboczne, w tym krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, takie jak octan, propionian i maślan. Głównymi bakteriami odpowiedzialnymi za produkcję SCFA są bakterie z rodzajów Bifidobacterium oraz Lactobacillus. Większość krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych jest wchłaniana w okrężnicy, dostarczając przy tym dodatkowej energii gospodarzowi (około 10% energii z diety). Obecność SCFA wpływa także na obniżenie pH światła jelita, wzrost rozpuszczalności niektórych minerałów (np. wapń), hamowanie wzrostu bakterii patogennych (Salmonella spp., Escherichia coli), a także zmniejsza fermentację białek i produkcję związanych z tym procesem toksycznych ich metabolitów. SCFA są zdolne do wchłaniania przez ludzkie komórki nabłonka jelitowego i mają bezpośredni wpływ na zdrowie człowieka, taki jak stymulacja i utrzymywanie warstwy śluzu nabłonka jelita oraz dostarczanie źródła energii kolonocytów. Wykazano również, że SCFA mają działanie immunomodulujące, w tym zwiększoną ochronę przed wirusami poprzez zmieniony metabolizm limfocytów T i działanie hamujące na bakterie chorobotwórcze (np. Clostridioides difficile). Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe pozytywnie regulują także metabolizm glukozy i lipidów.
Istotny jest nie tylko fakt stosowania diety obfitującej w błonnik pokarmowy, ale także produktów dostarczających obu jego frakcji. Różnorodność błonnika w diecie będzie promować bogato zróżnicowaną, potencjalnie bardziej stabilną populację bakterii. Jest to kluczowe dla utrzymania zdrowej warstwy śluzu okrężnicy, która odgrywa ważną rolę w obronie patogenów, ochronie komórek jelit przed uszkodzeniami mechanicznymi i chemicznymi oraz utrzymaniu homeostazy jelit. Gdy w diecie występuje niedobór błonnika, wzrasta proporcja bakterii rozkładających śluz, zmniejszając grubość warstwy śluzu, co pogarsza jego funkcjonalność. Jeśli dieta jest bogata w błonnik, poprawia się jakość mikroflory jelitowej (zwiększona różnorodność, stabilność i zmniejszona liczba bakterii rozkładających śluz), a warstwa śluzu zostaje przywrócona.
Wiele badań epidemiologicznych i eksperymentalnych sugeruje także, że błonnik pokarmowy odgrywa ważną rolę w zapobieganiu rakowi okrężnicy. Wiąże się to ze zdolnością błonnika do skracania czasu kontaktu substancji rakotwórczych w świetle jelita i promowania zdrowej mikroflory jelitowej, która modyfikuje metabolizm gospodarza na wcześniej wymienione sposoby.
Błonnik może wywoływać określone zmiany w aktywności i składzie mikrobiomu jelitowego (większa ilość bakterii z rodzaju Firmicutes, mniejsza z rodzaju Bacterioides), co przynosi korzystne efekty dla gospodarza, m.in. reguluje rytm wypróżnień. Fakt ten może zostać wykorzystany do skategoryzowania tych składników diety, które mogą kształtować mikrobiom w pożądany sposób. Dieta mało zróżnicowana, wysokoprzetworzona, uboga w błonnik pokarmowy i produkty fermentowane, obfitująca w tłuszcz i węglowodany proste może pobudzać bakterie jelitowe do produkowania związków mutagennych, karcynogennych i genotoksycznych, takich jak: związki fenolowe i indolowe czy drugorzędowe kwasy żółciowe. Tak ważne jest więc, aby w diecie pojawiły się źródła błonnika pokarmowego.
Polskie zalecenia dotyczące spożycia błonnika pokarmowego sugerują dawkę na poziomie od 20 do 40 g, wskazując jednocześnie, że większe ilości są jak najbardziej pożądane. Warto do diety włączyć produkty bogate w błonnik pokarmowy: pełnoziarniste przetwory zbożowe oraz większe ilości owoców i warzyw (zarówno w formie surowej, jak i poddanych obróbce kulinarnej). Błonnik nierozpuszczalny można znaleźć przede wszystkim w ryżu, otrębach pszennych, kukurydzy, orzechach oraz jeżynach. Błonnik rozpuszczalny występuje natomiast w nasionach roślin strączkowych, płatkach owsianych, a także owocach, takich jak jabłka czy owoce cytrusowe.
W codziennej diecie należy uwzględnić produkty obfitujące w obie frakcje błonnika pokarmowego, pamiętać o odpowiednim nawodnieniu, stosowaniu żywności nieprzetworzonej oraz unikać nadmiaru tłuszczu i węglowodanów prostych w posiłkach.
Błonnik pokarmowy i mikroflora jelit są ważnymi moderatorami zdrowia jelit i produkcji szeregu cząsteczek, które mogą wpływać na funkcjonowanie wielu układów organizmu. Trudno jednak ustalić, które konkretnie włókna należy spożywać i w jakiej ilości, aby uzyskać najlepszy ogólny wpływ na mikrobiotę i zdrowie. Zmienność między- i wewnątrzosobnicza stanowi istotne wyzwanie w naukach o żywieniu. Zmienność może być poważnym problemem dla badaczy żywienia próbujących zidentyfikować skutki interwencji. Różne osoby mogą mieć znacząco różny skład mikroflory jelitowej i zalecane w związku z tym diety. Różnice te mogą być związane z wiekiem i płcią, ekspozycją na stres, aktywnością fizyczną oraz dotychczas stosowaną dietą. Poszczególne osoby mogą również mieć nieodłączne różnice w fizjologii jelit, takie jak napięcie mięśniowe jelit, profile receptorów i odczuwanie bólu, co prowadzi do różnic w tolerancji dawek błonnika i produkcji gazów oraz/lub objawów trawiennych. Profile metabolitów bakteryjnych różnią się u osób karmionych tą samą dietą, a późniejsze reakcje fizjologiczne na te metabolity również mogą się różnić. Czynniki, które determinują tę indywidualną zmienność, wymagają dalszych badań. Może to jednak wskazywać na potrzebę bardziej zindywidualizowanego podejścia do identyfikacji najlepszych źródeł i dawek błonnika pokarmowego i polifenoli w celu promowania zdrowej mikroflory jelitowej oraz tych bioaktywnych produktów mikrobiologicznych, które mogą mieć największy wpływ na zdrowie człowieka w całym organizmie.
