Mikroorganizmy towarzyszą naszemu życiu już od chwili narodzin. To wtedy rozpoczyna się kolonizacja naszej skóry przez bakterie, które, jak wykazały liczne badania naukowe, pełnią wiele istotnych funkcji w naszym organizmie. Również wewnątrz każdego człowieka żyją biliony mikroorganizmów – bakterii, wirusów, grzybów i innych form życia, które wspólnie możemy określić jako mikrobiom. Ze względu na to, że widoczny jest on tylko pod mikroskopem to jego rola może być przez nas niedoceniana. Jednak naukowcy z całego świata prowadzą liczne badania na temat mikrobiomu i do dziś pojawiają się nowe odkrycia związane z jego właściwościami.
Co to jest mikrobiom?
Ludzka mikroflora, inaczej nazywana mikrobiotą składa się z 10-100 bilionów symbiotycznych komórek drobnoustrojów, czyli takich, które towarzyszą człowiekowi nie wywołując choroby. Stanowią ją głównie bakterie, grzyby, a nawet wirusy obecne w jamie ustnej, przewodzie pokarmowym, oraz w układzie oddechowym i moczowo-płciowym. Co ciekawe mikroorganizmy te nie tylko obecne są w we wnętrzu ciała, ale również pokrywają naszą skórę. Mikrobiota zawiera zestaw genów (genom), który jest dla niej charakterystyczny i nazywamy go mikrobiomem. Pojęcia te często stosowane są zamiennie. Termin mikrobiom został wprowadzony przez Joshuę Lederberga w 2001 roku i od tej pory stanowi przedmiot badań naukowców. Ich celem jest zrozumienie roli, jaką odgrywają te symbionty oraz jaki wpływ mają na zdrowie człowieka.
Badania nad różnorodnością ludzkiego mikrobiomu rozpoczęły się od Antoniego van Leeuwenhoeka, który już w latach osiemdziesiątych XVII wieku porównał mikrobiotę jamy ustnej i kału. Zwrócił uwagę na znaczne różnice w drobnoustrojach między tymi dwoma siedliskami, a także między próbkami od osób zdrowych i chorych. Nowością w dzisiejszych czasach jest umiejętność wykorzystania technik biologii molekularnej zajmującej się badaniem wpływu materiału genetycznego (DNA) i białek, z których zbudowane są organizmy wchodzące w skład mikrobioty, na ich funkcjonowanie. Pozwala ona na poznanie przyczyny występowania wyżej wymienionych różnic i zrozumienia, w jaki sposób możemy wpływać na przemiany z jednego stanu do drugiego.
Od czego zależy skład mikrobiomu?
Chociaż drobnoustroje związane z organizmem człowieka są prawdopodobnie pozyskiwane ze środowiska, skład mikrobioty, zwłaszcza w jelitach, jest odmienny od wolno żyjących zbiorowisk mikroorganizmów, które często wywołują choroby. Co ciekawe przewód pokarmowy noworodka jest miejscem, które może zostać zasiedlone przez różnorakie drobnoustroje. Mikrobiota, którą niemowlę zaczyna nabywać, zależy w dużym stopniu od rodzaju porodu. Dwadzieścia minut po urodzeniu mikroflora niemowląt urodzonych drogą pochwową przypomina mikrobiotę pochwy ich matki, podczas gdy niemowlęta urodzone przez cesarskie cięcie są siedliskiem drobnoustrojów występujących zwykle na ludzkiej skórze. Dzieje się tak, ponieważ noworodek położony jest wtedy na klatce piersiowej mamy i stąd mikroorganizmy dostają się na jego skórę. Nabywanie mikrobioty trwa przez kilka pierwszych lat życia. Mikrobiom przewodu pokarmowego niemowlęcia zaczyna przypominać mikrobiom dorosłego już w pierwszym roku życia, a przez następne lata dochodzi do jego dalszego rozwoju. Naukowcy z Nowego Jorku badali mikroflorę jelitową dziecka w ciągu pierwszych 2,5 roku życia. Okazało się, że znaczące zmiany w jej składzie były widoczne w pięciu punktach czasowych:
- rozpoczęcie diety opartej na mleku matki;
- wystąpienie gorączki w 92 dniu życia;
- wprowadzenie płatków ryżowych w 134 dniu;
- wprowadzenie mieszanki i pokarmów stałych w 161 dniu;
- antybiotykoterapia i dieta dorosłych w 371 dniu.
Co ciekawe, każdej zmianie diety towarzyszyły zmiany w mikroflorze jelitowej, a przez to ich wzbogacenie o nowe geny. W taki sposób dokonuje się zmiana wspomnianego wyżej mikrobiomu. Na przykład, gdy niemowlę zaczęło otrzymywać pełną dietę dla dorosłych, pojawiły się w nim geny związane z biosyntezą witamin i trawieniem polisacharydów. Interakcja między ludzką mikrobiotą, a środowiskiem jest dynamiczna, a mikroorganizmy obecne na skórze swobodnie przenoszone są na powierzchnie, z którymi codziennie się kontaktujemy.
Rola mikrobiomu
Bakterie jelitowe są w stanie wytwarzać różnorodne witaminy w tym witaminy z grupy B i witaminę K. Na przykład kluczowe enzymy potrzebne do wytworzenia witaminy B12 znajdują się tylko w bakteriach. Ponadto zapewniają one niezbędne szlaki biochemiczne dla metabolizmu złożonych węglowodanów, takich jak skrobia i błonnik. Nie są one łatwo trawione i mogą przemieszczać się w dół do jelita grubego. Tam mikrobiota pomaga rozkładać te związki za pomocą ich enzymów trawiennych. Fermentacja niestrawnych włókien powoduje produkcję krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, które mogą być wykorzystywane przez organizm jako źródło składników odżywczych, ale także w przemianach metabolicznych towarzyszących funkcjonowaniu mięśni i w zapobieganiu chorobom przewlekłym, w tym niektórym nowotworom i zaburzeniom pracy jelit. Badania kliniczne wykazały, że krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe mogą być przydatne w leczeniu wrzodziejącego zapalenia jelita grubego, choroby Crohna i biegunki związanej z antybiotykami. Komórki w ścianie jelita mają miejsca przyczepu, które mogą być wykorzystane przez bakterie chorobotwórcze do przedostania się do komórek nabłonka. Wiele bakterii jelitowych wytwarza związki przeciwdrobnoustrojowe i konkuruje o składniki odżywcze oraz o te miejsca przyczepu w wyściółce jelita jednocześnie zapobiegając kolonizacji przez chorobotwórcze patogeny. To działanie znane jest w terminologii specjalistycznej jako efekt bariery lub wykluczenia konkurencji.
Nabłonek jelitowy jest głównym połączeniem między układem odpornościowym, a środowiskiem zewnętrznym. Na rozwój i stymulację układu immunologicznego człowieka wpływają ciągłe i dynamiczne interakcje z mikroflorą jelitową. Układ pokarmowy ze względu na przyjmowany pokarm jest najbardziej narażony na kontakt z drobnoustrojami. Zarówno te korzystne jak i chorobotwórcze stymulują układ odpornościowy do reakcji. Rozbudowany układ chłonny jelita pozwala na ciągłą wymianę zawartych w nich komórek odpornościowych, a przez to wpływa na cały układ immunologiczny człowieka.
Mikroflora ma również hamujący wpływ na rozwój alergii, czyli nadmiernej reakcji układu odpornościowego na nieszkodliwe antygeny (białka). Stwierdzono, że niemowlęta i małe dzieci cierpiące na tego rodzaju nadwrażliwość, mają inny skład bakterii jelitowych niż te, u których nie rozwija się alergia. Przypuszcza się, że mikroflora jelitowa stymuluje układ odpornościowy i uczy go, aby odpowiadał proporcjonalnie na wszystkie antygeny. Zmieniony skład mikroflory jelitowej we wczesnym okresie życia może zatem prowadzić do zaburzeń w regulacji układu odpornościowego, a przez to do rozwoju lub nasilenia objawów alergii. Ostatnie badania wykazały, że przyjmowanie probiotyków, czyli substancji zawierających bakterie stanowiące element naturalnej mikroflory jelitowej mają pozytywny wpływ na stan nastroju zdrowych osób. Odkrycie to sugeruje, że mogą one stanowić element wspomagający podczas terapii ludzi cierpiących na depresję, a także zapobiegać wystąpieniu tej choroby. Co ciekawe wykazano również, że probiotyki mogą wpływać na jakość snu.
Mikrobiom jelitowy
Układ pokarmowy człowieka ze względu na funkcje jakie pełni oraz specyficzną budowę, stanowi doskonałe środowisko życia dla wielu drobnoustrojów. Mikrobiota jelitowa człowieka ewoluuje przez całe życie i wydaje się odgrywać kluczową rolę zarówno w zdrowiu, jak i chorobach. Jak już wspomniałam, pełni ona niezliczone pozytywne funkcje, w tym pozyskiwanie energii z metabolizmu niestrawnych przez nasz organizm składników odżywczych, ochronę żywiciela przed inwazją chorobotwórczych patogenów i korzystny wpływ na działanie układu odpornościowego. Co ciekawe nieprawidłowy stan mikroflory jelitowej jest uznawany za czynnik, który odgrywa rolę w stanach patologicznych, zarówno ogólnoustrojowych – otyłość, cukrzyca i alergia – jak i dotyczących jelit – zespół jelita drażliwego czy nieswoiste zapalenia jelit. Niestety, jak dotąd dokładny mechanizm tego wpływu mikrobioty jelitowej na wyżej wymienione choroby jest jeszcze nie do końca poznany.
Uważa się, że mikroflora jelitowa rozwija się od momentu narodzin. W pierwszych dniach życia w przewodzie pokarmowym osiedlają się tlenowe bakterie E. coli i E. faecalis, które wykorzystując tlen do swoich przemian metabolicznych tworzą w nim warunki beztlenowe, a tym samym możliwość bytowania innych, beztlenowych bakterii m.in. z rodzaju Bacteroides, Bifidobacterium i Clostridium. Co ciekawe wiele z nich jest spokrewnione z mikroorganizmami, które są zdolne do wywołania choroby. Dodatkowo mikroflorę jelitową tworzą także wirusy, które warunkują odporność jelit na zakażenia. Wśród nich wyróżnia się wirusy infekujące komórki człowieka oraz bakteriofagi atakujące bakterie.
Mikrobiom w kosmetyce
Skóra jest największym narządem ciała człowieka i odgrywa ważną rolę w układzie odpornościowym, ponieważ stanowi pierwszą linię obrony przed wniknięciem patogenów do organizmu, a także chroni nas przed szkodliwym działaniem środowiska. Powierzchnia skóry wynosi ok 1,8 m2 i jest siedliskiem różnych drobnoustrojów. Istnieje wiele czynników mających wpływ na mikrobiom skóry. Wyróżnia się między innymi obecność gruczołów łojowych, wiek, płeć i wykonywany zawód. Co ciekawe kosmetyki, których używamy, zmieniają warunki panujące na skórze i przez to wpływają na jej mikroflorę. Niestety, mechanizm tych oddziaływań nie został jeszcze dokładnie poznany. Badanie dysbiozy, czyli nieprawidłowości mikrobioty okazuje się pomocne w szukaniu przyczyn chorób skóry. Analiza genomu bakteryjnego pozwoliła na wyjaśnienie skąd pojawia się trądzik tylko u niektórych osób, skoro u wszystkich na skórze znajduje się P. acnes za niego odpowiedzialny. Badania te wykazały, że bakteria ta wyizolowana ze zmian trądzikowych jest subtelnie innym, bardziej szkodliwym szczepem P. acnes, który zwykle jest obecny na skórze ludzi, bez wywoływania u nich objawów.
Zapamiętaj: Termin mikrobiom został wprowadzony przez Joshuę Lederberga w 2001 roku i od tej pory stanowi przedmiot badań naukowców.
Jak więc produkty kosmetyczne mogą delikatnie przywrócić równowagę dysbiozy mikrobiomu skóry? W kosmetykach możemy spotkać się z terminem „składnik prebiotyczny”, który jest używany w szerokim kontekście, tj. w odniesieniu do substancji korzystnych dla pożytecznych bakterii lub jako substancji wytwarzanych przez mikroorganizmy. Kilka składników związanych z żywnością, takich jak jogurt w proszku, oligosacharyd alfa-glukanowy, inulina, kwas mlekowy i Lactobacillus, to składniki kosmetyczne często kojarzone z probiotykami (żywymi nieszkodliwymi bakteriami) lub prebiotykami (substancjami niezbędnymi do wzrostu pożytecznych bakterii) co wskazuje, że są one dobre dla rozwoju korzystnych drobnoustrojów, zarówno jelitowych jak i skórnych. Zrównoważony mikrobiom może pomóc w zmniejszeniu wyprysku, trądziku, suchości skóry, a nawet w redukcji i zapobieganiu powstawaniu zmarszczek. Ponadto może on zmniejszać ryzyko rozwoju raka skóry związanego z działaniem promieniowania UV. Ciekawy jest fakt, że kremy zawierające probiotyki muszą być przechowywane w lodówce, aby zapewnić dłuższy okres ich przydatności i odpowiedniego działania.
Terapia mikrobiomu
Równowagę mikrobiomu może zapewnić przyjmowanie probiotyków. Definiuje się jako żywe mikroorganizmy, które podawane w odpowiednich ilościach przynoszą korzyści zdrowotne gospodarzowi. Zawierają one najczęściej patogeny z rodziny Bifidobacterium i Lactobacillus. Warto wiedzieć, że stosowanie antybiotykoterapii niekorzystnie wpływa na stan mikroflory w organizmie, a nawet może doprowadzić do biegunki związanej z rozwojem chorobotwórczego Clostridium difficile. Antybiotyki są stosowane głównie do zwalczania patogennych gatunków bakterii, które zamieszkują lub zaatakowały żywiciela, jednak obecna generacja antybiotyków, mając szerokie spektrum działania, niszczy również prawidłową mikroflorę. Co ciekawe już trzy do czterech dni po leczeniu cyprofloksacyną – antybiotykiem o szerokim spektrum działania stosowanej np. w ostrym odmiedniczkowym zapaleniu nerek, mikrobiota jelitowa doświadcza spadku swej różnorodności. Proponuje się zatem profilaktyczne stosowanie probiotyków, które zmniejszają to ryzyko i pomagają w odbudowaniu dobroczynnej flory.
Czy wiesz że: jelito grube dorosłego człowieka, a w szczególności okrężnica zawiera około 1012–1014 bakterii na 1 ml, co stanowi łącznie masę około 1,2 kg?
Co więcej, dużą rolę składzie mikroflory żyjącej w okrężnicy odgrywa dieta. Szczególnie istotne pod tym względem jest spożywanie pokarmów bogatych w błonnik. Może być on rozkładany i fermentowany tylko przez enzymy z mikroflory żyjącej w okrężnicy. Dobrym jego źródłem są owoce, warzywa, oraz produkty pełnoziarniste, zawierające pszenicę, owies czy jęczmień. W wyniku fermentacji uwalniane są z nich krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe. Obniża to pH okrężnicy, co z kolei decyduje o rodzaju obecnej mikrobioty, przystosowanej do kwaśnego środowiska. Ponadto niższe pH ogranicza rozwój niektórych szkodliwych bakterii, takich jak Clostridium difficile. Naukowcy z Kanady zebrali wyniki badań prowadzonych do 2012 roku na temat zastosowania przeszczepu mikrobioty kałowej w zapobieganiu nawracających zakażeniach C. difficile. Wzięło w nich udział 273 pacjentów i okazało się, że skuteczność tego rodzaju terapii wyniosła aż 90%. W dodatku nie zgłoszono żadnych istotnych zdarzeń niepożądanych.
Mikrobiom jest dynamicznym, żywym środowiskiem, w którym liczebność gatunków może się zmieniać nawet codziennie w zależności od diety, leków, ćwiczeń i wielu innych czynników środowiskowych. Z tego powodu naukowcy wciąż prowadzą wiele badań mających na celu zrozumienie szerokiej roli mikroflory w zdrowiu i powstawaniu chorób, które mogą wystąpić w wyniku jej zmian w organizmie człowieka.