Чревен микробиом Защо се нуждаем от микроорганизми в храносмилателния тракт - Гладен за наука
Нашето тяло е местообитание за голям брой бактерии и други микроорганизми. Особено онези малки съквартиранти, които се установяват в червата ни, играят ключова роля за нашето благосъстояние. Тези, които искат да бъдат пощадени от дискомфорт в корема и в същото време да подкрепят имунната си система, трябва да ценят чревния си микробиом. BESSERwisser проучи как работи това и какво представлява пробиотиците и пребиотиците.
Човешкият микробиом
Човешкото тяло е гъсто населено с микроорганизми от кожата през дихателните пътища до храносмилателния тракт. Най-голямата част от човешкия микробиом - това означава цялото количество микроорганизми, които са свързани с човека - се намира в червата и е известна още като чревна флора или чревна микробиота. Още при раждането микроорганизмите от родовия канал на майката започват да колонизират червата на бебето. В хода на живота кърмата, храненето и нашата среда постоянно ни доставят с микроорганизми, които се установяват върху и в нашето тяло.
Бактериите съставляват по-голямата част от човешкия микробиом. Археите, гъбите и вирусите също са част от микробиома, който взаимодейства с тялото по сложен начин. Дълго време в науката се смята, че в човешкото тяло могат да бъдат намерени десет пъти повече микробни клетки, отколкото човешките клетки и че те съставляват един до два килограма телесно тегло [1]. Нови изчисления обаче показват, че човешкото тяло има същия брой клетки на микроорганизми като телесните клетки.Известно е и днес, че микробиомът не съставлява повече от 200 грама телесно тегло [2].
Микроскопичен живот в храносмилателния тракт
Киселата среда на стомаха и тънките черва позволява там да оцелеят само няколко бактериални вида. От последната трета на тънките черва (илеум) стойността на рН се повишава и става основна, а в същото време се увеличава и броят на микроорганизмите. Броят и разнообразието на микроорганизмите са най-големи в дебелото черво. Тук преобладават анаеробни условия, което означава, че тук се установяват само организми, които не се нуждаят от кислород за своя метаболизъм и генерират енергия, например от ферментация [3].
Човешкият микробиом е доминиран от два бактериални щама: Bacteroidetes и Firmicutes със съответните им подвидове. Съотношението на тези две една към друга се използва в науката и медицината като представител за оценка на чревното здраве. Микробиомът обаче не е еднородна бактериална общност, но варира от човек на човек и се променя с възрастта. Факторите, които влияят върху състава на микробиома, включват възраст, генетика, географско местоположение, тип раждане (естествено или цезарово сечение), диета в ранна детска възраст, прием на лекарства и начин на хранене [4].
Важни функции на чревния микробиом
Чревният микробиом често се нарича „забравен орган“, тъй като поема важни функции в тялото. Чревните микроби обработват хранителни вещества, предпазват от патогени, влияят на имунната система и могат да повлияят на тялото по много начини чрез връзки с мозъка.
храносмилане
Най-очевидна е ролята на чревния микробиом в храносмилането. Тук микроорганизмите стимулират движението на червата, участват в усвояването на хранителните компоненти и произвеждат основни хранителни вещества за тялото. Основният хранителен източник на чревния микробиом са влакнести хранителни компоненти, така наречените диетични фибри. Когато ферментират, микроорганизмите не само генерират енергия за себе си, но също така произвеждат странични продукти като късоверижни мастни киселини (SCFA). Пример за това е бутиратът, който има важна функция за снабдяване на чревните клетки и има имуномодулиращ ефект [5].
Освен това, микроорганизмите в нашите черва могат да произвеждат витамини В1, В2, В5, В6, фолати, витамин В12 и витамин К2 от фибрите и по този начин да допринасят за снабдяването на тялото с тези хранителни вещества [6]. В хода на микробната активност и най-вече на ферментационния процес се образуват газове като водород, въглероден диоксид и метан, които могат да се почувстват като метеоризъм.
Защита срещу патогени
Друга важна функция на чревния микробиом е защитата срещу патогенни микроби, които се поглъщат с храната, например. Интактната чревна флора с голям брой различни организми, които колонизират всички ниши на червата и защитават местообитанието си, е добра защита срещу колонизация от други, патогенни микроби.
Здравият човек живее със своя микробиом в това, което е известно като „нормобиоза“ - това означава, че тялото се възползва от наличните микроорганизми и вредните организми са в малцинство. Функциониращ микробиом е необходим за метаболизма и здравето. Все още обаче не е ясно дали микробиомът има само положителни ефекти върху тялото. Също така не е ясно какво представлява „здрав“ микробиом, тъй като тук има висока степен на вариабилност дори при здрави индивиди. Съществуват обаче индикации, че разнообразният чревен микробиом и израстването в среда с голям брой и разнообразие от микроорганизми имат положителни ефекти върху здравето в по-късен живот [7].
Всеядни животни, вегетарианци, вегани: микробиомът е това, което ядете
Почти всичко, което поглъщаме и това, което впоследствие се случва с нашите черва, може да повлияе на чревния микробиом. Взаимодействията между храната, микробиома и тялото са изключително сложни и все още не са напълно проучени. Вече има обаче редица изследвания, които изследват ефекта на различните диети върху чревния микробиом.
Пробиотици
Във връзка с чревния микробиом често се говори за пробиотици и пребиотици. Живите микроорганизми се наричат пробиотици, които според дефиницията на СЗО „осигуряват на гостоприемника (= човек, който ги поглъща) полза за здравето, ако се прилагат в достатъчни количества“.
Терминът „пробиотик“ се използва главно за храни, които съдържат храносмилателни микроорганизми като бифидобактерии или лактобацили. Те включват предимно ферментирали храни като кисело мляко, сирене, кисело зеле, но също и нефилтрирана бира. Твърди се, че те решават храносмилателни проблеми, нормализират консистенцията на изпражненията и помагат срещу алергии и непоносимост. Въпреки това не е напълно доказано дали микроорганизмите в тези храни всъщност са все още живи, когато попаднат в дебелото черво. Според Европейския орган за безопасност на храните (EFSA), когато даден продукт се рекламира с думата „пробиотик“, неговата ефективност също трябва да бъде научно доказана. Това предизвика голямо недоволство в хранителната промишленост и доведе до факта, че днес едва ли на рафтовете могат да се намерят рекламирани с „пробиотик“ продукти [11].
Възможните свойства на пробиотиците за насърчаване на здравето все още са гореща тема в изследванията. С тяхна помощ човек очаква профилактика и лечение на заболявания. В проучване с възрастни хора, например, редовната консумация на кисело мляко, обогатено с лактобацили, води до намаляване на респираторните инфекции с повече от половината в сравнение с контролната група. Изследователите отдават този ефект на подобрена имунна защита, медиирана от Т-клетки [12]. Друго проучване установи, че редовната консумация на мляко или ориз, ферментирали с лактобацили, води до по-добра защита срещу инфекциозни заболявания дори при малки деца [13].
Лактобацилите, които в тези две проучвания показват здравословен ефект при здрави хора, в редки случаи могат да проникнат в кръвта и при хора със слаба имунна система. В някои случаи това може да доведе до инфекции, включително възпаление на сърдечните клапи или менингит [14].
Пребиотици
Пребиотиците са несмилаеми вещества, които са полезни за чревния микробиом. Те или се използват (ферментират) като енергиен източник от микроорганизмите, или имат положителен ефект върху местообитанието им.
Вероятно най-известните пребиотици са фибрите - несмилаеми въглехидрати, повечето от които са от растителен произход. Гликаните, устойчиви (несмилаеми) нишесте, инулин и олигофруктоза имат високо съдържание на пребиотици [15]. Те се намират главно във влакнести зеленчуци като аспержи или цикория, както и в скорбялни храни като дъвка от рожкови. Чревните бактерии, които имат необходимите ензими (CAZyme), могат да използват тези вещества. Както при пробиотиците, не е ясно дали пребиотиците също имат специфична полза за хората. Според EFSA, ползата за здравето също трябва да бъде научно доказана за обозначението „пребиотик“. Досега EFSA е дал зелена светлина за обозначението „пребиотик“ само в няколко случая: За олигофруктоза, за която е доказано, че има ефект върху нивата на кръвната захар, и за инулин, който се получава от цикория и има положителен ефект върху движението на червата [16].
Ролята на микробиома в болестите и здравето
Дори конкретните взаимодействия между тялото и микробиома все още не са напълно изяснени, едно е ясно: човешките микроорганизми играят важна роля в нашето здраве. Многобройни проучвания вече показват връзка между чревния микробиом и инфекциозни заболявания, хронични чревни заболявания, затлъстяване, диабет, рак на дебелото черво и черния дроб и алергии [17].
Факт е също така, че антибиотиците, които се приемат в хода на бактериални инфекции, атакуват не само патогенните микроби, но и полезните чревни бактерии. Продължителните антибиотични терапии могат да унищожат чревния микробиом и да имат траен отрицателен ефект върху храносмилането [18].
От известно време насам фекалната трансплантация се използва в медицината за лечение на чревни заболявания. Оживяването около тази отблъскваща и завладяваща намеса даде на „здравия“ стол нова стойност, която е вкусно доведена до крайности в епизода на Southpark „Kot-Diebe“ (s23f8).
Заключение
Вече е доказано, че микробиомът играе важна роля за заболяванията и здравето. Как може да се повлияе от диетата и какви последствия това все още не е напълно научно изяснено и е предмет на настоящите изследвания. Едно е сигурно поне веднъж, че разнообразната диета с високо съдържание на фибри е полезна за микробиома и помага за храносмилането.
Допълнителна връзка към човешкия микробиом:
[1] Luckey TD: Въведение в чревната микроекология (1972). Американското списание за клинично хранене 25 (12), стр. 1292-1294. DOI: 10.1093/ajcn/25.12.1292.
[2] Sender R., Fuchs S., Milo R.: Ревизирани оценки за броя на човешките и бактериалните клетки в тялото (2016). PLoS биология 14 (8), e1002533. DOI: 10.1371/journal.pbio.1002533.
[3] Lin CS, Chang CJ, Lu CC, Martel J. et al.: Влияние на чревната микробиота, пребиотици и пробиотици върху човешкото здраве и болести (2014). Биомедицинско списание 37 (5), стр. 259-268. DOI: 10.4103/2319-4170.138314.
[4] Yang Q., Liang Q., Balakrishnan B., Belobrajdic D. et al.: Ролята на диетичните хранителни вещества в модулацията на чревната микробиота (2020). Преглед на разказа. Хранителни вещества 12 (2). DOI: 10.3390/nu12020381.
[5] Martin-Gallausiaux C., Marinelli L., Blottière HM et al.: SCFA. Механизми и функционално значение в червата (2020). Proceedings of the Nutrition Society, стр. 1-13. DOI: 10.1017/S0029665120006916.
[6] LeBlanc JG, Milani C., Giori GS et al.: Бактериите като доставчици на витамин за техния приемник (2013). Добра перспектива за микробиота. Текущо мнение в биотехнологиите 24 (2), стр. 160-168. DOI: 10.1016/j.copbio.2012.08.005.
[7] Айзенщайн М.: Ловът на здравословен микробиом (2020). Природа 577 (7792), S6-S8. DOI: 10.1038/d41586-020-00193-3.
[8] de Angelis M., Ferrocino I., Calabrese FM et al.: Диетата влияе върху функциите на човешкия чревен микробиом (2020). Научни доклади 10 (1), стр. 4247. DOI: 10.1038/s41598-020-61192-y.
[9] Дейвид LA, Maurice CF, Carmody RN, Gootenberg DB et al.: Диетата бързо и възпроизводимо променя микробиома на човешките черва (2014). Nature 505 (7484), стр. 559-563. DOI: 10.1038/nature12820.
[10] Carmody RN, Bisanz JE, Bowen BP et al: Готвенето оформя структурата и функцията на чревния микробиом (2019). Nature microbiology 4 (12), стр. 2052-2063. DOI: 10.1038/s41564-019-0569-4.
[12] Pu F., Guo Y., Li M. et al.: Киселото мляко, допълнено с пробиотици, може да предпази здравите възрастни хора от респираторни инфекции (2017). Рандомизирано контролирано отворено изпитване. Клинични интервенции при стареене 12, стр. 1223-1231. DOI: 10.2147/CIA.S141518.
[13] Nocerino R., Paparo L., Terrin G. et al.: Краве мляко и ориз, ферментирали с Lactobacillus paracasei CBA L74 предотвратяват инфекциозни заболявания при деца (2017). Рандомизирано контролирано проучване. Клинично хранене (Единбург, Шотландия) 36 (1), стр. 118-125. DOI: 10.1016/j.clnu.2015.12.004.
[14] Goldstein EJC, Tyrrell KL и Citron DM: видове Lactobacillus. Таксономична сложност и противоречива податливост (2015). Клинични инфекциозни заболявания: официална публикация на Инфекциозното общество на Америка 60 Suppl 2, S98-107. DOI: 10.1093/cid/civ072.
[15] Markowiak P. и Śliżewska K.: Ефекти на пробиотиците, пребиотиците и синбиотиците върху човешкото здраве (2017). Хранителни вещества 9 (9). DOI: 10.3390/nu9091021.
[16] Hutkins RW, Krumbeck JA, Bindels LB, Cani PD et al.: Пребиотици. Защо определенията имат значение (2016). Текущо мнение в биотехнологиите 37, стр. 1-7. DOI: 10.1016/j.copbio.2015.09.001.
[17] Bindels LB, Delzenne NM, Cani PD и Walter J.: Към по-изчерпателна концепция за пребиотици (2015). Отзиви за природата. Гастроентерология и хепатология 12 (5), стр. 303-310. DOI: 10.1038/nrgastro.2015.47.
[18] Lange K., Buerger M., Stallmach A. и Bruns T.: Effects of Antibiotics on Gut Microbiota (2016). Храносмилателни заболявания (Базел, Швейцария) 34 (3), стр. 260-268. DOI: 10.1159/000443360.