Odżywianie, mikrobiom jelita i system immunologiczny.

1.Znaczne zmiany w statusie społeczno-ekonomicznym, tradycji kulturalnych, wzrost liczby ludności i rolnictwa mają wpływ na dietę na całym świecie. Na przestrzeni ostatnich lat prowadzone są badania, które dowiodły, że spożywana żywność ma ogromny wpływ na działanie bakterii jelitowych oraz na nasz system immunologiczny. Zbadanie tych powiązań mogłoby bardzo pomóc w rozwiązaniu wielu globalnych problemów zdrowotnych.

2.-

3. Mikroflora jelitowa to 100 bilionów bakterii i mikroorganizmów w naszych jelitach, które stanowią około 1,5 kg masy naszego ciała. Ich skład wiąże się bardzo ściśle z rodzajem przyjmowanych pokarmów co w warunkuje stan naszego zdrowia. Zaburzenia mikroflory jelitowej, które są konsekwencją na przykład złej diety, mają negatywny wpływ na organizm. Mogą być one przyczyną różnego rodzaju chorób.

Ciekawym faktem jest to, że ilość flory jelitowej przekracza 10-krotnie liczbę komórek człowieka, których jest 10 bilionów.

Relacje między gospodarzem a florą bakteryjną nie polegają wyłącznie na komensalizmie, lecz są rodzajem korzystnej symbiozy. Mikroorganizmy spełniają wiele pożytecznych funkcji jak choćby stymulacja systemu odpornościowego w zwalczaniu drobnoustrojów chorobotwórczych czy produkcja witamin o czym powiem kilka słów więcej w dalszej części prezentacji.

4.Metagenomika – nową techniką polegającą na klonowaniu DNA pozyskiwanego bezpośrednio z naturalnych środowisk i następnie sekwencjonowaniu ogromnych bibliotek genomowych.

Metagenomika, nowy kierunek badań, pozwala na testowanie całych populacji mikroorganizmów występujących w danym środowisku, bez konieczności ich hodowli w laboratorium. Pozwala to zatem na poznanie tych gatunków mikroorganizmów, które dotychczas były pomijane ze względu na brak możliwości laboratoryjnej hodowli. Docelowo metagenomika pozwoli na odkrycie tysięcy nowych drobnoustrojów o potencjalnie pożytecznych funkcjach.

Gnotobiotyka – chów zwierząt w warunkach wolnych od zarazków, poddawane obserwacjom i testom. Dzięki tym dwóm dziedzinom możemy porównywać właściwości funkcjonalne różnych typów mikroorganizmów jelita i ich testowanie, wykonywać eksperymenty i na ich podstawie uzyskiwać wyniki, które ulegają późniejszej interpretacji.

5. Zmiany w sposobie odżywiania dotyczą: ogólnej ilości spożywanych kalorii, oraz ilości spożywania poszczególnych rodzajów produktów. Wpływa to na różnorodność flory jelitowej co stwierdzono na podstawie badań bliźniąt i eksperymentów przeprowadzonych na myszach:

Otyłość zmniejszona ilość gatunków bakterii jelitowych

Redukcje w różnorodności wpływają na funkcję całej mikroflory bakteryjnej co prowadzi do zaburzeń w odporności gospodarza.

6. Oprócz spożywania nadmiernej ilości kalorii, która przyczynia się co szerzenia otyłości, drugim jej powodem są bakterie. Dowiedziono, że bakterie wpływają na regulację genów, które wpływają na utlenianie kwasów tłuszczowych i odkładanie tłuszczu w adipocytach. Otyłość u myszy i ludzi związana jest z infiltracją tkanki tłuszczowej przez makrofagi oraz z ekspresją cytokin i chemokin.

Eksperymenty dowiodły, że zmniejszenie ilości spożywanych kalorii, prowadzi do zmniejszenia ilości makrofagów.

7. Szacuje się, że do 2050 roku, liczba ludności ma wzrosnąć do 9 miliardów. Ściśle wiąże się z tym problem niedożywienia, który już obecnie obserwowany jest na wysoką skalę. W ciągu roku umiera 10 mln dzieci a u 50% przyczynia się do tego niedożywienie. Osoby zaś, które przeżyły stan niedożywienia, muszę borykać się często z licznymi powikłaniami, które są odczuwalne przez pokolenia.

Mogą to być: zahamowanie wzrostu czy ubytki neurorozwojowe. U niedożywionych matek wzrasta wskaźnik zachorowalności i śmiertelności. Są one także narażone na rodzenie dzieci o małej masie ciała u których występuje ryzyko wystąpienia cukrzycy typu 2, nadciśnienie tętnicze, zaburzenia w układzie krążenia i patologicznej otyłości w wieku dorosłym.

8.Niedożywienie może opóźnić dojrzewanie mikroflory jelitowej co stwarza ryzyko wystąpienia różnych chorób, w tym zaburzeń immuno-zapalnych. Skutkiem ciężkiego niedożywienia może być także wystąpienie enteropatii, która jest słabo scharakteryzowaną, przewlekłą chorobą zapalną, wpływającą głównie na jelito cienkie. Choroba dotyka osoby którzy mieszkają na obszarach o słabej sanitarnych i którzy mają wysoką ekspozycję do przepompowni skażonej wody i żywności. Choroba ta zwiększa podatność na infekcje wywołane przez enteropatogeny. Jest ona słabo rozumiana, częściowo ze względu na brak markerów, które poprawiłyby zdolność do diagnozowania osób chorych. Wiadomo, że układ immunologiczny przewodu produkuje cytokiny, które powodują uszkodzenie kosmków jelitowych błony śluzowej jelita cienkiego, prowadząc do zmniejszenia produkcji enzymów trawiennych przez enterocyty (komórki nabłonka jelitowego) oraz upośledzenia wydzielania hormonów tkankowych produkowanych w przewodzie pokarmowym. Na skutek tych uszkodzeń dochodzi do zaburzenia motoryki jelit, nieprawidłowego trawienia oraz wchłaniania substancji zawartych w pokarmie i do powstania związanych z tym faktem niedoborów.

Obserwacje prowadzą do spekulacji czy i jak niedożywienie wpływa na funkcjonowanie organizacji mikroorganizmów. Jednym ze sposobów na badanie tegoż wpływu jest eksperymentowanie na gnotobiotycznych myszach a dokładnie chodzi o transplantację jelit z dawców na różne typy fizjologiczne i stosowanie różnych diet. Dzięki transplantacji ludzkiej mikroflory kału myszom, można uchwycić indywidualną społeczność drobnoustrojów i konkretnym momencie i powielać ją. Myszy te można śledzić w czasie bardzo kontrolowanych warunkach. Ten rodzaj eksperymentów i badań pozwala określić w jakim stopniu mikroflora jelitowa i rodzaj diety wpływa na fenotyp fizjologiczny człowieka.

Niedawno wykazano, że w ludzkich odchodach znajdują się bakterie, które mogą być łatwo hodowane. W odpowiedzi na manipulacje dietetyczne, obserwuje się zmiany w składzie drobnoustrojów tam żyjących, pojawiają się, na przykład, nowe taksony, które są dostosowane do nowej diety. Rozpatrywanie konkretnych zmian w diecie i składzie mikroorganizmów jest przydatne do odkrywania nowych probiotyków i prebiotyków.

9. Związek pomiędzy metabolizmem składników odżywczych i układu odpornościowego występuje na wielu poziomach, od hormonalnego sygnalizowania do kierowanego wyczuwania składników odżywczych przez komórki układu immunologicznego.

10.Leptyny regulują apetyt. Niski poziom leptyn skutkuje obniżoną odpornością komórkową. Leptyna wpływa również wrodzone komórki odpornościowe, począwszy od aktywacji neutrofilów i ich migracji do aktywacji monocytów i makrofagów. Eksperyment przeprowadzony z udziałem mysz, pozbawionych receptora leptyny, uzasadnił jej wpływ na podatność tych zwierząt na występowanie u nich ciężkiego zapalenia jelit po ich ekspozycji na Entamoeba histolytica.

Niedobór wychwytu glukozy wpływa negatywnie na wiele aspektów funkcjonowania komórek T układu odpornościowego.

Podobnie, braki w aminokwasach takie jak tryptofan, arginina, cysteina i glutamina zmniejszają aktywację komórek układu immunologicznego.

Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFAs) stanowią jeden z najprostszych przykładów jak przetwarzanie przez mikroflorę pożywienia i dieta gospodarza łączą się w kształtowaniu odpowiedzi immunologicznej. Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe są końcowym produktem drobnoustrojów fermentacji makroskładników, przede wszystkim polisacharydów roślinnych, które nie mogą być trawione przez ludzi, ponieważ nasze genomy nie kodują całego szeregu związków (jak na przykład cała gama hydrolaz glikozydowych), które byłyby w stanie rozszczepić zróżnicowane wiązania glikozydowe, występujące w tych polisacharydach roślinnych.
Te brakujące enzymy są dostarczane przez mikrobiomy. Stężenie krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych może być modyfikowane przez spożywany błonnik, który wpływa na skład mikroorganizmów. Badania wykazały, że SCFAs zapobiegają infekcjom Escherichia coli, regulując acetylowanie lizyn, które biorą udział w różnych sygnalizacjach i procesach komórkowych, związanych z układem odpornościowym.

11. Bakterie jelit mogą syntetyzować kilka witamin uczestniczących w niezliczonych aspektach metabolizmu drobnoustrojów i gospodarza.

Produkują one:

kobalaminę (Witamina B12) i kwas foliowy, które wpływają na metylację DNA u gospodarza,

fosforan pirydoksalu (aktywna forma witaminy B6), który bierze udział w wielu enzymatycznych reakcjach w metabolizmie aminokwasów,

kwas pantotenowy (witamina B5), niacynę (witamina B3), biotynę, tetrahydrofolian i witaminę K.

Tak więc dieta i społeczność mikrobiologiczna wspólnie kształtują ludzkie fizjologiczne fenotypy, które ujawniają się w dzieciństwie lub później w życiu.

Liczne badania wskazują, że braki w witaminy A, D i E i cynku mogą niekorzystnie wpływać na odporność, zwłaszcza na odpowiedź komórek T. Na razie nie ma jednak dowodów na to, że mikroflora ma wpływ na ich biosyntezę lub metabolizm.

Już wczesne badania gnotobiotycznych zwierząt wykazały, że mikroflora ma także wpływ na wchłanianie kluczowych minerałów, w tym przede wszystkich żelaza. Niedobór ten skutkuje obniżeniem wrażliwości odpowiedzi typu opóźnionego układu immunologicznego oraz przeciwciał IgM i IgG a także upośledza wrodzone reakcje immunologiczne.

12. . Nie ma konieczności tworzenia większej ilości baz dietetycznych, gdyż ilość spożywanego pokarmu jest obecnie dobrze monitorowana.

Rozwijane muszą być badania dotyczące żywienia kobiet ciężarnych i ich potomstwa.

Badania w celu określenia związku pomiędzy dietą, stanem odżywienia i mikrobiomem u kobiet przed, w trakcie i po porodzie, u ich dzieci w ciągu pierwszych pięciu lat po urodzeniu może być punktem wyjścia do podjęcia odpowiednich kroków i zmian żywieniowych by nie dochodziło do ich niedożywienia.

Powszechnie wiadomo, że mleko matki, którym karmione są noworodki, chroni je przed zakażeniami. Jest to związane z wytworzeniem przez matkę przeciwciał, które ono zawiera, jednak badania dotyczące skutków złej diety matki na potomstwo, a dokładnie jego mikroflorę, nie zostały w pełni poznane.

Dużym wyzwaniem jest także uzyskanie komórkowych i molekularnych biomarkerów układu odpornościowego.

Potrzeba też określać wartości odżywcze różnych produktów spożywczych w celu przygotowywania odpowiednich diet, co jest konieczne w walce z szerzącą się otyłością.