Mikrobiom – wszystkie mikroorganizmy zamieszkujące ciało człowieka – zdaniem naukowców pełni niezwykle istotną rolę. Szczególnie ważna jest flora bakteryjna w ludzkich jelitach (mikrobiota jelitowa). Badacze uważają ją za tak ważną, że nazywają jelita „drugim mózgiem”.

Mikrobiota jelitowa człowieka – jeden z najbardziej zróżnicowanych gatunkowo ekosystemów na Ziemi – składa się głównie z bakterii, wirusów, archeonów i grzybów. W gramie treści pochodzącej z jelit znajduje się ok. 100 bilionów mikroorganizmów – to ok. trzy razy tyle, ile jest komórek w całym ludzkim organizmie. Genom mikrobioty jelitowej zawiera ponad 100-krotnie więcej genów niż genom człowieka. Naukowcy dowiedli, że od drobnoustrojów w jelitach zależy nie tylko trawienie, ale także odporność, zdrowie psychiczne, przebieg ciąży, a nawet rozwój i leczenie nowotworów.

Nowe badania, których wyniki opublikowano w magazynie „Nature”, wskazują, że niektóre grupy mikrobów jelitowych mają o wiele więcej kopii genów do produkcji enzymów niż bakterie żyjące poza jelitami i wytwarzają energię ze znacznie większej liczby związków niż np. drobnoustroje w płucach lub drogach moczowo-płciowych.

Badacze z Uniwersytetu Chicago (USA) zidentyfikowali 22 metabolity, które trzy rodziny ludzkich bakterii wykorzystują w beztlenowym środowisku jelit jako alternatywne dla tlenu źródło energii. Mikroorganizmy te mają również setki kopii genów do produkcji enzymów przetwarzających te związki. Z tego – zdaniem naukowców – wynika, że beztlenowe bakterie jelitowe mają zdolność do wytwarzania energii z setek substancji.

„Są to przykłady procesów, które zachodzą dzięki mikroorganizmom w jelitach. Mikrobiom jelitowy wpływa na nasze zdrowie głównie poprzez wytwarzanie lub modyfikowanie związków chemicznych, które następnie dostają się do krwiobiegu i mogą działać jak lekarstwa" – powiedział dr Sam Light, adiunkt na Wydziale Mikrobiologii Uniwersytetu Chicago (USA) i współautor badania.

Główne rodzaje metabolizmu komórkowego, prowadzącego do produkcji energii magazynowanej przez organizm, to fermentacja (zachodząca w środowisku beztlenowym) oraz oddychanie (tlenowe i beztlenowe). W efekcie tych procesów komórki generują cząsteczki adenozynotrifosforanu (ATP), czyli uniwersalny nośnik energii.

Podczas oddychania komórkowego, które wymaga donora i akceptora elektronów, złożony substrat (pochodzący z pożywienia) jest rozkładany do prostszych produktów. W oddychaniu tlenowym najbardziej typowymi substratami są glukoza i kwasy tłuszczowe, akceptorem elektronów jest tlen. W warunkach beztlenowych, jakie panują w jelitach, niektóre bakterie wykorzystują w roli substratów wiele różnych substancji, a jako akceptory – dwutlenek węgla oraz siarczany i siarczyny.

Na potrzeby badania dr Light i jego zespół przeanalizowali dane zawierające ponad 1500 genomów ludzkich bakterii jelitowych. Stwierdzili w nich wiele genów odpowiadających za produkcję reduktaz (czyli enzymów katalizujących reakcje redukcji) wykorzystujących różne akceptory elektronów. Większość genów koduje tylko kilka reduktaz, geny niektórych bakterii – Burkholderiaceae, Eggerthellaceae i Erysipelotrichaceae – kodują ponad 30 różnych enzymów.

„W jelitach znajduje się bardzo wiele materii organicznej pochodzącej z pokarmu. Jest ona złożona chemicznie i potrzeba wielu enzymów, aby rozłożyć ją na prostsze związki. Uważamy, że różnorodność genów umożliwia bakteriom jelitowym wykorzystywanie wielu różnych substancji, na które natrafiają w jelitach" – tłumaczył dr Light.

Niektóre z metabolitów produkowanych przez bakterie jelitowe wpływają na zdrowie. Na przykład osoby z cukrzycą typu 2 mają we krwi wyższy poziom propionianu imidazolu, związku hamującego działanie insuliny. Inna substancja, resweratrol z grupy polifenoli, jest antyoksydantem, przeciwdziała agregacji czerwonych krwinek i wspomaga układ immunologiczny. Z kolei itakonian, wytwarzany w odpowiedzi na infekcje, reguluje wydzielanie białka SLPI, które chroni nabłonek przed bakteriami i wirusami.

„Mam nadzieję, że zrozumienie funkcji drobnoustrojów w jelitach i działania produkowanych przez nie metabolitów pozwoli kontrolować powstawanie tych substancji na przykład dzięki diecie lub farmakologii" – mówił dr Light.(PAP)

Anna Bugajska

abu/ bar/