W jelitach człowieka żyje ogromna liczba mikroorganizmów. To nie ciekawostka, tylko obszar intensywnych badań prowadzonych od kilkunastu lat. Jednocześnie narosło wokół niego wiele uproszczeń: od nieaktualnych liczb po wnioski wyciągane z badań, które ich nie uprawniają. Poniżej porządkujemy, co o mikrobiocie wiadomo, jak się ją bada i gdzie przebiegają granice tej wiedzy.
Mikrobiota a mikrobiom – dwa terminy, które nie są synonimami
W tekstach popularnych oba słowa bywają używane zamiennie, choć oznaczają co innego. Mikrobiota to zbiór mikroorganizmów zasiedlających określone środowisko, tu przewód pokarmowy: bakterie, archeony, grzyby, wirusy i pierwotniaki.
Mikrobiom to pojęcie szersze: obejmuje mikrobiotę wraz z materiałem genetycznym tych organizmów oraz warunkami środowiska. Definicję doprecyzowało międzynarodowe stanowisko z 2020 roku, porządkujące rozbieżności w piśmiennictwie.
W praktyce mikrobiota odpowiada na pytanie „kto tam jest”, a mikrobiom również na pytanie „co te mikroorganizmy potrafią”. Ma to znaczenie przy czytaniu publikacji, bo badania sekwencjonujące geny opisują mikrobiom, a nie samą listę gatunków.
Warto odnieść się do dwóch popularnych określeń. Nazywanie mikrobioty „drugim genomem” albo „zapomnianym narządem” to metafory publicystyczne, a nie terminy naukowe. Mikrobiota nie jest narządem w rozumieniu anatomicznym ani genomem człowieka.
Jak kształtuje się mikrobiota w pierwszych latach życia
Okres okołoporodowy
Zasiedlanie przewodu pokarmowego rozpoczyna się w okresie okołoporodowym i przebiega stopniowo. Wśród opisywanych czynników wymienia się drogę porodu, sposób karmienia, ekspozycję na antybiotyki oraz środowisko noworodka.
Skład mikrobioty niemowlęcia jest wtedy mało zróżnicowany i podatny na zmiany. Opisuje się przewagę grup bakterii związanych z metabolizmem składników mleka, co odzwierciedla dostępność substratu.
Warto zaznaczyć, że znaczna część danych na temat wpływu czynników okołoporodowych pochodzi z badań obserwacyjnych. Oznacza to, że opisują one współwystępowanie zjawisk, a nie zależność przyczynową.
Pierwsze lata i rozszerzanie diety
Rozszerzanie diety o pokarmy stałe wiąże się z wyraźną zmianą składu mikrobioty. Węglowodany złożone i błonnik to nowe substraty, czyli materiał do przetworzenia, co sprzyja bakteriom zdolnym do ich rozkładu.
W literaturze przyjmuje się, że w pierwszych latach życia różnorodność mikrobioty rośnie, a jej skład zbliża się do profilu obserwowanego u dorosłych. Tempo tego procesu bywa różne.
Nie oznacza to, że istnieje jeden wzorzec prawidłowego rozwoju mikrobioty. Zmienność między dziećmi jest szeroka, a granice tego, co typowe, pozostają przedmiotem badań.
Mikrobiota w wieku dorosłym
Względna stabilność i jej granice
U osób dorosłych skład mikrobioty opisuje się jako względnie stabilny. Główne grupy mikroorganizmów utrzymują się przez dłuższe okresy, a wahania dotyczą raczej proporcji niż całkowitej wymiany składu.
Stabilność ta ma granice. Zmiany diety, leki, choroby przewodu pokarmowego czy zmiana miejsca zamieszkania mogą przesunąć proporcje poszczególnych grup. Część takich zmian jest przejściowa, część utrzymuje się dłużej.
Istotna jest też zmienność międzyosobnicza. Dwie zdrowe osoby mogą mieć wyraźnie różny skład mikrobioty, dlatego badania częściej porównują grupy niż pojedyncze osoby.
Osobnym zagadnieniem jest odporność mikrobioty na zaburzenia i tempo powrotu do stanu wyjściowego. Oba parametry różnią się między ludźmi i są słabo przewidywalne.
Więcej: Mikrobiota po antybiotykoterapii – co mówią badania i o co zapytać lekarza
Co wpływa na skład mikrobioty
Dieta
Dieta jest czynnikiem najlepiej udokumentowanym, bo dostarcza substratów przetwarzanych przez mikroorganizmy. Znaczenie ma zwłaszcza podaż składników nietrawionych w górnym odcinku przewodu pokarmowego, w tym błonnika i skrobi opornej.
W badaniach interwencyjnych, czyli takich, w których uczestnikom celowo zmienia się jeden czynnik, obserwowano zmiany składu po modyfikacji diety. Bywają one szybkie, ale też przejściowe: po powrocie do wcześniejszego sposobu odżywiania skład wraca w kierunku stanu wyjściowego.
Produkty fermentacji tych składników, w tym krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, są jednym z najczęściej mierzonych parametrów w tego typu pracach.
Więcej: Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA) – co o nich mówią badania nad mikrobiotą
Leki
Najlepiej opisanym przykładem są antybiotyki, których działanie z definicji obejmuje mikroorganizmy. Po ich zastosowaniu obserwuje się zmiany różnorodności i proporcji grup, a tempo powrotu do stanu sprzed terapii bywa różne.
Badania obejmują też leki inne niż przeciwbakteryjne. W badaniu przesiewowym ponad tysiąca leków wykazano, że około jedna czwarta preparatów o celu ludzkim hamowała wzrost co najmniej jednego szczepu jelitowego w warunkach laboratoryjnych; przełożenie tych obserwacji na sytuację kliniczną wymaga osobnych badań (Maier i wsp., 2018).
Antybiotyki są przyjmowane wyłącznie zgodnie z zaleceniem lekarza i nie należy z tych obserwacji wyciągać wniosków dotyczących leczenia.
Więcej: Co wpływa negatywnie na mikrobiotę jelitową – dieta, stres, leki, sen
Wiek
Skład mikrobioty zmienia się na przestrzeni życia, a różnice dotyczą zarówno różnorodności, jak i proporcji grup. Odrębne profile opisywano u niemowląt, dzieci, dorosłych i osób w wieku podeszłym.
Interpretacja tych różnic jest trudna, bo wiek współwystępuje z wieloma czynnikami: dietą, liczbą przyjmowanych leków, chorobami towarzyszącymi i aktywnością fizyczną. Oddzielenie wpływu samego wieku wymaga specjalnie zaprojektowanych badań.
Środowisko i styl życia
Opisywanym czynnikiem jest miejsce zamieszkania. Różnice między populacjami z różnych regionów świata są wyraźne i wiąże się je przede wszystkim z odmiennym sposobem odżywiania.
W badaniach obserwacyjnych opisywano również związki między składem mikrobioty a aktywnością fizyczną, kontaktem ze zwierzętami, paleniem tytoniu i jakością snu. Są to obserwacje o charakterze korelacyjnym: pokazują współwystępowanie, ale nie rozstrzygają, co jest przyczyną, a co skutkiem.
Ta uwaga dotyczy dużej części doniesień medialnych o mikrobiocie. Sformułowanie „u osób z cechą X stwierdzono inny skład mikrobioty” nie jest tożsame ze stwierdzeniem, że mikrobiota tę cechę powoduje.
Czy istnieje jedna prawidłowa mikrobiota
To rozdział istotny, bo odpowiedź brzmi: nie ma takiego wzorca i nie należy go zakładać.
Podejmowano próby uporządkowania tej zmienności. W 2011 roku zaproponowano podział na enterotypy, czyli powtarzalne typy składu mikrobioty. Koncepcja wywołała szeroką dyskusję, a późniejsze prace wskazywały, że granice między tymi typami są płynne i zależą od metody analizy.
Nie istnieje obecnie uzgodniona definicja „zdrowej mikrobioty” wyrażona jako konkretny skład gatunkowy. Częściej mówi się o cechach zbiorowiska, takich jak różnorodność czy zdolność do powrotu do stanu wyjściowego po zaburzeniu, ale i te parametry nie mają jednoznacznych wartości referencyjnych.
Ma to bezpośrednią konsekwencję praktyczną. Wynik komercyjnego badania składu mikrobioty trudno odnieść do normy, ponieważ powszechnie przyjętej normy dla pojedynczej osoby nie ma. Wynik taki opisuje stan próbki, a nie odchylenie od wzorca.
Jak bada się mikrobiotę
| Metoda | Co pozwala ustalić | Ograniczenie |
|---|---|---|
| Hodowla mikrobiologiczna | Właściwości żywych szczepów, możliwość dalszych badań | Znaczna część bakterii jelitowych jest trudna do hodowli w laboratorium |
| Sekwencjonowanie genu 16S rRNA | Skład zbiorowiska na poziomie rodzaju, rzadziej gatunku | Ograniczona rozdzielczość, brak informacji o funkcjach |
| Metagenomika | Zestaw genów obecnych w próbce, potencjał funkcjonalny | Wysoki koszt, złożona analiza, potencjał to nie aktywność |
| Metatranskryptomika | Które geny są aktywne w danym momencie | Materiał nietrwały, wynik zależny od momentu pobrania |
| Metabolomika | Związki obecne w próbce, w tym metabolity bakteryjne | Trudność w przypisaniu związku do konkretnego mikroorganizmu |
Przełom metodologiczny wiąże się z rozwojem sekwencjonowania. Duże projekty katalogujące geny mikroorganizmów jelitowych, prowadzone od około 2010 roku, pokazały skalę różnorodności nieuchwytną metodami hodowlanymi.
Ograniczenia obecnych metod
Ten podrozdział jest równie ważny jak sama lista metod, ponieważ bez niego łatwo o nadinterpretację wyników.
- Próbka kału to nie całe jelito. Skład mikrobioty różni się wzdłuż przewodu pokarmowego oraz między światłem jelita a warstwą śluzu, a badanie kału opisuje przede wszystkim odcinek końcowy.
- Potencjał to nie aktywność. Obecność genu w próbce nie oznacza, że jest on aktywny, a metagenomika opisuje potencjał funkcjonalny, nie faktyczne działanie.
- Metodyka wpływa na wynik. Sposób pobrania i przechowywania próbki, metoda izolacji materiału genetycznego oraz narzędzia analizy zmieniają wynik, co utrudnia porównywanie publikacji.
- Brak wartości referencyjnych. Nie ma ustalonych zakresów prawidłowych dla poszczególnych grup bakterii u pojedynczej osoby.
- Zmienność w czasie. Wynik opisuje stan w momencie pobrania próbki, a skład mikrobioty zmienia się także w krótkiej perspektywie.
Co nauka wie, a czego nie
Względnie dobrze udokumentowany jest opis: jakie grupy mikroorganizmów zasiedlają jelito, jak zmienia się ich skład na przestrzeni życia i co z tym składem współwystępuje. Opisano też szlaki metaboliczne, którymi bakterie przetwarzają docierające do jelita substraty.
Znacznie mniej pewne jest wnioskowanie o przyczynach i skutkach. Duża część doniesień o mikrobiocie pochodzi z badań obserwacyjnych, które pokazują współwystępowanie określonego składu z określonym stanem, ale nie rozstrzygają kierunku zależności. Badania interwencyjne z udziałem ludzi są mniej liczne i często obejmują niewielkie grupy.
Dotyczy to również obszarów szeroko opisywanych w mediach, takich jak związki mikrobioty z funkcjonowaniem układu nerwowego czy odpornościowego. Są to kierunki badawcze, w których większość szczegółowych obserwacji pochodzi z modeli zwierzęcych i badań in vitro.
Więcej: Oś jelito-mózg – skąd wzięło się określenie drugi mózg, Mikrobiota a układ odpornościowy – jak wygląda ten związek w świetle badań
Warto też zaznaczyć stan formalny. Na liście oświadczeń zdrowotnych dopuszczonych rozporządzeniem (UE) nr 432/2012 nie ma oświadczeń dotyczących kształtowania czy odbudowy mikrobioty jelitowej, więc takich sformułowań nie można stosować w komunikacji o żywności i suplementach diety.
Więcej: Postbiotyki – czym są i czym różnią się od probiotyków oraz prebiotyków
Podsumowanie
Mikrobiota jelitowa kształtuje się od okresu okołoporodowego, wyraźnie zmienia w pierwszych latach życia wraz z rozszerzaniem diety, a u dorosłych pozostaje względnie stabilna, choć podatna na zmiany diety, leków i warunków życia.
Nie istnieje jeden wzorzec prawidłowego składu, do którego można by odnieść wynik pojedynczego badania. Zmienność między zdrowymi osobami jest duża, a próby uporządkowania jej w powtarzalne typy pozostają przedmiotem dyskusji.
Metody badawcze rozwinęły się znacząco, ale mają ograniczenia: opisują głównie odcinek końcowy jelita, częściej potencjał niż aktywność i nie dysponują wartościami referencyjnymi. Dlatego przy czytaniu doniesień o mikrobiocie warto sprawdzać, czy pochodzą z badań obserwacyjnych, czy interwencyjnych, i pamiętać, że współwystępowanie nie jest dowodem przyczynowości.
FAQ
Ile mikroorganizmów żyje w jelitach człowieka?
Popularne stwierdzenie o dziesięciokrotnej przewadze komórek bakteryjnych nad ludzkimi zostało zrewidowane. Oszacowania opublikowane w 2016 roku wskazują, że liczby te są zbliżone, w przybliżeniu rzędu jeden do jednego. Są to szacunki obarczone niepewnością i zależne od przyjętych założeń.
Czy mogę zbadać swoją mikrobiotę?
Komercyjne badania składu mikrobioty są dostępne, ale interpretacja wyniku jest trudna. Nie istnieją powszechnie przyjęte wartości referencyjne dla pojedynczej osoby, a wynik opisuje stan próbki w momencie pobrania. Wątpliwości dotyczące zdrowia warto omówić z lekarzem, a nie opierać na samym wyniku takiego badania.
Czy zmiana diety zmienia skład mikrobioty?
W badaniach interwencyjnych obserwowano zmiany składu po modyfikacji diety, przy czym bywały one szybkie, ale też często przejściowe. Skala odpowiedzi różni się między osobami, więc ten sam sposób odżywiania nie daje u wszystkich takiego samego efektu.
Dlaczego doniesienia o mikrobiocie bywają sprzeczne?
Składa się na to kilka przyczyn: różne metody pobierania próbek i analizy, niewielkie grupy badane, duża zmienność międzyosobnicza oraz przewaga badań obserwacyjnych nad interwencyjnymi. Przy takiej metodyce rozbieżne wyniki są zjawiskiem oczekiwanym, a nie oznaką błędu.
Źródła
- Berg G., Rybakova D., Fischer D. i wsp., Microbiome definition re-visited: old concepts and new challenges, Microbiome, 2020, t. 8, nr 103.
- Sender R., Fuchs S., Milo R., Revised estimates for the number of human and bacteria cells in the body, PLoS Biology, 2016, t. 14, nr 8, e1002533.
- Qin J., Li R., Raes J. i wsp., A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing, Nature, 2010, t. 464, nr 7285, s. 59-65.
- Arumugam M., Raes J., Pelletier E. i wsp., Enterotypes of the human gut microbiome, Nature, 2011, t. 473, nr 7346, s. 174-180.
- Koh A., De Vadder F., Kovatcheva-Datchary P., Bäckhed F., From dietary fiber to host physiology: short-chain fatty acids as key bacterial metabolites, Cell, 2016, t. 165, nr 6, s. 1332-1345.
- Gibson G.R., Hutkins R., Sanders M.E. i wsp., Expert consensus document: The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on the definition and scope of prebiotics, Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, 2017, t. 14, nr 8, s. 491-502.
- Rozporządzenie Komisji (UE) nr 432/2012 z dnia 16 maja 2012 r. ustanawiające wykaz dopuszczonych oświadczeń zdrowotnych dotyczących żywności, innych niż oświadczenia odnoszące się do zmniejszenia ryzyka choroby oraz rozwoju i zdrowia dzieci.
- Maier L., Pruteanu M., Kuhn M. i wsp., Extensive impact of non-antibiotic drugs on human gut bacteria, Nature, 2018, t. 555, nr 7698, s. 623-628.