Jak i dlaczego nasze ciała głodują bakterie jelitowe
Czy bakterie mają nieograniczony zapas składników odżywczych w jelitach? W przeszłości naukowcy wierzyli, że jelita są rodzajem raju dla tych mikroorganizmów; ale, jak się okazuje, założenie to jest błędne - co jest dla nas dobrą wiadomością.
Według ostatnich badań w naszym organizmie może znajdować się więcej bakterii, niż mogliśmy sobie wyobrazić.
W rzeczywistości co najmniej połowa komórek w organizmie to drobnoustroje, a znaczna ich liczba znajduje się w naszych jelitach.
Mamy symbiotyczny związek z naszymi bakteriami. Te mikroorganizmy mają silny wpływ na stan naszego ogólnego stanu zdrowia - zarówno fizycznego, jak i psychicznego.
Jednak bakterie są również zależne od naszego organizmu, aby żywić się, żyć i rosnąć, i okazuje się, że nasze ciała są raczej biegli w utrzymywaniu tych mikroorganizmów w ryzach.
Jak to się stało? Kontrolując liczbę składników odżywczych, do których mają dostęp mikroby. Tak wynika z nowych badań przeprowadzonych przez naukowców z Duke University School of Medicine w Durham w Karolinie Północnej.
„Wydaje się, że dla nas i dla bakterii istnieje naturalny porządek dziobania. W pewnym sensie nie jest zaskakujące, że my, gospodarze, powinniśmy mieć więcej kart ”- mówi współautor badania dr Lawrence A. David.
Jest to sprzeczne z wcześniejszymi poglądami na temat ludzkiego mikrobiomu jelitowego, które postrzegają go jako środowisko, „w którym jest mnóstwo pożywienia i zalewanych zasobów, jak na przykład Fabryka Czekolady Willy'ego Wonki”, jak to ujął David.
David i współpracownicy opisują swoje odkrycia w artykule do studium, który ukazuje się w czasopiśmie Nature Microbiology.
Przewaga jelit nad bakteriami
Założeniem tego badania była Aspen Reese, która obecnie pracuje na Uniwersytecie Harvarda w Cambridge w stanie Massachusetts, gdzie otrzymała tytuł doktora. kandydat na Duke University.
Dzięki doświadczeniu w ekologii Reece myślała o bakteriach jelitowych w kontekście naturalnej rywalizacji o zasoby. Uważała, że praktycznie we wszystkich ekosystemach mieszkańcy konkurują o ograniczone zasoby.
Zastanawiała się więc, czy to samo może dotyczyć mieszkańców jelit drobnoustrojów. Bakterie w zbiornikach wodnych, argumentowała dalej, są ograniczone przez ograniczony dostęp do składników odżywczych, takich jak azot czy fosfor. Czy azot może być dostępny w ograniczonych ilościach również w jelitach?
Aby znaleźć odpowiedź na to pytanie, Reese i współpracownicy zbadali próbki kału, które pobrali od wielu zwierząt i ludzi. Badali odchody zebry, żyraf, słoni, owiec i koni, żeby wymienić tylko kilka. Próbki ludzkiego kału pochodziły od ochotników z Północnej Karoliny.
Wyniki analizy Reese i współpracowników wykazały, że bakterie są trzymane na krótkiej smyczy w ludzkich jelitach: mają dostęp do około 1 atomu azotu na każde 10 atomów węgla. To znacznie mniej niż to, co otrzymują wolno żyjące drobnoustroje: średnio 1 atom azotu na 4 atomy węgla.
Aby potwierdzić, że ograniczone poziomy azotu w środowisku faktycznie kontrolowały „wolność” bakterii, naukowcy przeprowadzili eksperyment na myszach. Karmili myszy pokarmem bogatym w białka, ponieważ mają one wysoki poziom azotu.
Im więcej białka podali myszom naukowcy, tym bardziej wzrosła liczba bakterii jelitowych. Co więcej, kiedy Reese wstrzyknęła zwierzętom azot, zauważyła, że część azotu dociera do bakterii jelitowych.
To, jak wyjaśnia, sugeruje, że ssak będący gospodarzem jest w stanie wydzielać azot przez komórki wyściełające jego jelita w celu pożywienia bakterii.
„Nasze odkrycia”, mówi David, „potwierdzają pomysł, że wyewoluowaliśmy sposób utrzymywania naszych bakterii na smyczy, pozostawiając je głodne azotu”.
Uderzające w delikatną równowagę
David wyjaśnia, że to „wyjaśnia również, dlaczego dieta zachodnia może być dla nas zła. Kiedy ludzie jedzą zbyt dużo białka, osłabia to zdolność gospodarza do wchłaniania tego azotu w jelicie cienkim, a większa jego część trafia do jelita grubego, eliminując naszą zdolność do kontrolowania naszych zbiorowisk drobnoustrojów ”.
„Może być łatwiej”, mówi Reese, „wyobrazić sobie, że jelita są mniej„ czerwone w zębach i pazurach ”niż w innych częściach przyrody, ponieważ mikroflora może być tak korzystna dla ludzi”, komentując poprzedni pomysł, sugerując, że jelita to raj dla bakterii.
„Ale bakterie to pojedyncze organizmy, które po prostu próbują sobie poradzić - a pożywienia jest tylko tyle”, zauważa.
Naukowcy zgłębili jednak również niebezpieczeństwa związane z próbami kontrolowania bakterii poprzez walkę z nimi za pomocą antybiotyków. W tym celu ponownie przeprowadzili eksperyment na myszach, którego wyniki opublikowali w czasopiśmie eLife wcześniej w tym roku.
W ramach tego badania naukowcy podawali antybiotyki 10 myszom przez okres 5 dni i codziennie zbierali próbki kału - które analizowali - od zwierząt.
Eksperyment ten wykazał, że przy braku bakterii, które mogłyby je „zjadać”, w jelitach gromadzą się nadmiernie substancje takie jak azotany czy siarczany.
Kiedy przestali karmić myszy antybiotykami, ich wnętrzności przywróciły równowagę mikrobiologiczną; chociaż, jak wyjaśnia Reese, „tak naprawdę nie mamy pojęcia, jaka jest„ właściwa ”liczba bakterii w jelitach”.
„Z pewnością zero to za mało, a bycie pełnym samych bakterii to za dużo” - kontynuuje. Ponadto, podczas gdy myszy mogą być w stanie dość łatwo wyzdrowieć, nawet po agresywnej ekspozycji na leki do wycierania bakterii, to nie jest to samo w przypadku ludzi, wyjaśnia David.
Znaczenie konkurencji
Dzieje się tak dlatego, że po części gryzonie odzyskują pewne bakterie, zjadając nawzajem odchody. David zauważa: „Ludzie prawdopodobnie nie będą chcieli tego robić”.
Zdestabilizowanie mikrobiomu człowieka może w rzeczywistości pozwolić patogenom na łatwiejsze opanowanie - ostrzegają naukowcy.
„Normalnie patogeny będą miały trudności z kolonizacją jelit. Istnieją biliony innych bakterii, które muszą pokonać, aby przeżyć. Ale jeśli nagle pozbędziemy się konkurencji drobnoustrojów o zasoby, stracimy kontrolę, a złe bakterie wywołujące paskudne choroby […] mają wyraźniejszą ścieżkę ”.
Lawrence A David, Ph.D.
Autorzy zauważają, że może istnieć sposób, który pomoże utrzymać delikatną równowagę bakteryjną. Obecnie zespół bada, w jaki sposób dieta - szczególnie obecność prebiotyków i probiotyków - może wpływać na zdrowie jelit.
„Na przestrzeni historii ewolucji nasze ciała miały szansę to wszystko rozgryźć i zbudować systemy, które pozwolą kontrolować mikroflorę” - mówi Reese.
„Ale jako badacze żyjący w epoce nowożytnej myślę, że wciąż staramy się zrozumieć, jaka jest właściwa wartość pośrednia i jak nas tam zatrzymać” - dodaje.
