Czy od bakterii można schudnąć? Rola mikrobioty w redukcji masy ciała

Skład i podstawowe funkcje mikrobiomu

Poszczególne odcinki przewodu pokarmowego człowieka charakteryzują się odmiennym składem ilościowym i jakościowym drobnoustrojów wchodzących w skład mikrobioty.
Jama ustna zasiedlana jest głównie przez gatunki z rodzajów Streptococcus, Peptococcus, Bifidobacterium, Staphylococcus, Lactobacillus oraz Fusobacterium. Przełyk i górny odcinek przewodu pokarmowego charakteryzują się dość szybkim pasażem treści pokarmowej, co uniemożliwia rozwój mikroorganizmów. W żołądku i dwunastnicy bytują w niewielkich ilościach ze względu na niskie pH głównie Helicobacter pylori, Lactobacillus, Streptococcus oraz drożdżak - Candida albicans. W jelitach liczba bakterii stopniowo wzrasta. W jelicie czczym znajdują się głównie: Bacteroides, Lactobacillus oraz Streptococcus. W jelicie krętym - Bacteroides, Clostridium, Enterococcus, Lactobacillus i Veillonella, Enterobacteriaceae. Najliczniejszy i najbardziej aktywny zespół mikroorganizmów zasiedla jelito grube. Należą one do czterech typów: Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria i Actinobacteria. Szacuje się, że łączna masa bakterii w jelicie grubym może wynosić nawet do 2 kg, a liczba gatunków może sięgać około 800-900. Ponadto w jelicie grubym bytują w większości bakterie bezwzględnie beztlenowe: Bacteroides, Clostridium, Ruminococcus, Fusobacterium, Butyrivibrio, Peptostreptococcus, Eubacterium oraz Bifidobacterium; bakterie tlenowe i względnie beztlenowe, do których zaliczamy: Gram-ujemne pałeczki należące do rodziny Enterobacteriaceae, pałeczki Gram-dodatnie Lactobacillus, ziarniaki z rodzaju Enterococcus i Streptococcus. Grzyby występują w niewielkich ilościach, głównie z rodzaju Candida spp [1-4]. 
Skład mikrobiomu człowieka ulega ciągłym zmianom, dostosowując się do warunków determinowanych przez środowisko gospodarza. Warto zaznaczyć, że w zróżnicowanym środowisku jelitowym, mikroorganizmy symbiotyczne, komensalne oraz patogenne konkurują ze sobą zarówno o miejsce adhezji do nabłonka jelitowego, jak i o substancje odżywcze. Obecnie doskonale wiemy, iż podawanie niektórych szczepów bakterii probiotycznych może chronić przed infekcjami powodowanymi przez bakterie patogenne [1, 3]. 
Podstawowe funkcje mikrobioty jelitowej obejmują m.in. rozkładanie substancji trudnotrawionych bądź nietrawionych przez człowieka, m.in. skrobię oporną, oligosacharydy, związki azotowe i lipidy. Z treści pokarmowej w jelicie grubym odzyskiwane są potrzebne substancje oraz syntetyzowane są witaminy (K, B1, B6, B12, kwas foliowy).
Prawidłowa mikrobiota jelitowa utrzymuje barierę jelitową oraz poprawia wchłanianie składników mineralnych, stąd też jakiekolwiek zmiany w jej strukturze i metabolizmie mają wpływ na procesy fizjologiczne organizmu, takie jak wchłanianie składników odżywczych oraz metabolizm 
energetyczny [3-5].
Warto również wspomnieć o zaburzeniach składu i funkcjonowania mikrobioty jelitowej określanych mianem dysbiozy. Wśród licznych czynników wywołujących dysbiozę można wymienić zmianę w dotychczasowym sposobie żywienia, zmianę funkcjonowania układu immunologicznego np. pod wpływem stresu lub modyfikacji stylu życia, a przede wszystkim antybiotykoterapię [6].

Związek mikrobioty jelitowej z otyłością

W ostatnich latach pojawia się coraz więcej dowodów na związek otyłości z mikrobiomem jelitowym. Choć wyniki badań nie są jednoznaczne i nadal pozostaje wiele niewiadomych, warto zwrócić uwagę na mikrobiom przewodu pokarmowego w kontekście rozwoju oraz leczenia nadmiernej masy ciała, jak również na czynniki, które mogą wpływać na jego skład, zaburzając stan tzw. eubiozy.
Istnieją mechanizmy wyjaśniające interakcje między mikrobiotą a metabolizmem gospodarza mogące przyczynić się do rozwoju otyłości. Przede wszystkim dzięki syntezie i wydzielaniu wielu związków chemicznych mikrobiota może wpływać na podwojenie gęstości naczyń włosowatych w nabłonku jelita cienkiego, co skutkuje zwiększonym wchłanianiem monosacharydów. Dzięki bakteriom jelitowym możliwe jest pozyskiwanie energii ze związków, które nie są rozkładane przez enzymy trawienne, a które w wyniku fermentacji przeprowadzanej przez mikrobiotę dostają się do krwiobiegu. Do związków tych należą m.in. krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (ang. short chain fatty acids, SCFA), takie jak: octan, propionian i maślan. Propionian może być wykorzystywany w procesie syntezy glukozy i lipidów. SCFA z kolei stymulują wydzielanie peptydu YY (PYY), który, spowalniając motorykę jelit, wydłuża czas pasażu treści pokarmowej w jelitach, a przez to zwiększa wchłanianie składników odżywczych. Z kolei maślan ma wpływ na regulację homeostazy energetycznej organizmu poprzez stymulację wytwarzania leptyny w komórkach tkanki tłuszczowej oraz indukcję wydzielania GLP-1 przez komórki L jelit, a także nasilenie procesu termogenezy, wzrost utleniania kwasów tłuszczowych oraz aktywności mitochondriów w obrębie mięśni i brunatnej tkanki tłuszczowej [7].
Badania, dzięki którym stało się możliwe poznanie wpływu mikrobioty na organizm ludzki, prowadzone były na myszach germ-free (myszy wolne od mikrobioty, hodowane w warunkach sterylnych). Również dzięki badaniom i analizie genu 16SrRNA, który służy m.in. do klasyfikacji mikroorganizmów, mamy możliwość poznania bioróżnorodności ludzkiego ekosystemu w przewodzie pokarmowym [7]. W jednym z badań przeszczepiono bakterie jelitowe od konwencjonalnie hodowanych myszy do myszy germ-free, u których w konsekwencji doszło do zwiększenia zawartości tkanki tłuszczowej oraz poziomu insulinooporności nawet przy zmniejszonym spożyciu pokarmu [4, 8]. Co więcej, sekwencjonowanie genu 16S rRNA dowiodło, że otyłość może być związana z dwoma dominującymi typami bakterii: Firmicutes i Bacteroidetes. Badanie składu mikrobioty jelitowej otyłych myszy wykazało 50-procentowy spadek liczebności Bacteroidetes i proporcjonalny wzrost Firmicutes [9]. 
Kolejne badania zarówno na modelach zwierzęcych, jak i ludzkich potwierdzają, iż stosunek Firmicutes/Bacteroidetes odgrywa istotną rolę w rozwoju otyłości [4]. 
Złożony zestaw bakterii probiotycznych: L. acidophilus, L. rhamnosus, L. paracasei, Pediococcus pentosaceus, B. lactis i B. breve po 12 tygodniach suplementacji istotnie obniżył BMI i wewnątrzwątrobową frakcję tłuszczową u pacjentów z niealkoholową stłuszczeniową chorobą wątroby [10].
Warto również podkreślić, że Lactobacillus i Bifidobacterium należą do głównych szczepów probiotycznych wpływających na równowagę środowiska jelit [4].
Dość ciekawych informacji dostarczają nam badania nad Hafnia alvei jako jedynego gatunku komensalnego z rzędu Enterobacteriales, który znaleźć możemy w mleku i produktach mlecznych (największe ilości w serze Camembert). Wywiera ona nie tylko korzystne działanie na sam proces dojrzewania sera, ale również na ludzki organizm, szczególnie w regulacji masy ciała. Dzięki aktywacji specyficznych receptorów melanokortyny (MCR) przez α-MSH wykazuje działanie hamujące apetyt, jak również efekt lipolityczny, przez co H. alvei zwana jest probiotykiem przeciw otyłości. Skuteczność zastosowania probiotykoterapii H. alvei potwierdzają pierwsze badania nad tym szczepem. Stanowi on obiecującą opcję w zapobieganiu rozwoju i leczeniu otyłości [11-13].

Dodatkowe czynniki wpływające na rozwój i skład mikrobiomu jelitowego

Obecnie nie mamy wątpliwości, że bakterie jelitowe kobiety ciężarnej mają bezpośredni wpływ na skład bakterii jelitowych dziecka. Kluczowym etapem kolonizacji przewodu pokarmowego człowieka przez mikrobiotę jest poród, podczas którego przechodzące przez drogi rodne dziecko zasiedlane jest fizjologiczną mikrobiotą pochwy matki z dużym udziałem bakterii z rodzaju Lactobacillus.
W przypadku cięcia cesarskiego noworodek jest kolonizowany przez bakterie skórne matki i personelu szpitalnego, jak Streptococcus oraz Staphylococcus, a w skrajnych przypadkach przez szczepy pochodzenia szpitalnego. Istnieje zatem duża korelacja pomiędzy porodem przez cięcie cesarskie a dysbiozą jelitową, co w konsekwencji zwiększa ryzyko wystąpienia m.in. alergii, cukrzycy typu 1 oraz otyłości w późniejszym okresie życia.
Karmienie piersią jest kolejnym czynnikiem niezwykle korzystnie wpływającym na rozwijający się organizm dziecka i kształtowanie mikrobioty jelitowej. Mleko matki zawiera bakterie, które wspierają pierwotną kolonizację jelit noworodka. Z pokarmem matki do przewodu pokarmowego noworodka dostają się bakterie z rodzaju Bifidobacterium, Lactobacillus oraz z rodziny Enterobacteriaceae, a także substancje stymulujące wzrost ich liczby (prebiotyki) [3].
Badania potwierdziły także, że otyłość matki może wpływać na zaburzenia składu mikrobioty jelit u dzieci oraz późniejszy rozwój nadmiernej masy ciała [4].

Probiotykoterapia

Korzystne i dobroczynne właściwości probiotyków są obecnie szeroko omawiane oraz potwierdzone na podstawie licznych badań. Organizmy zawarte w probiotykach współzawodniczą z patogenami, ograniczając ich kolonizację na powierzchni nabłonka jelitowego. Dodatkowo regulują integralność nabłonka, wpływają na motorykę przewodu pokarmowego, hamują procesy zapalne oraz stymulują wytwarzanie śluzu. Zastosowanie niektórych szczepów bakteryjnych ma zatem udowodniony korzystny wpływ na zdrowie człowieka poprzez m.in. redukcję stanu zapalnego tkanek, zmniejszenie proliferacji komórek tłuszczowych, obniżenie masy ciała i poziomu leptyny [14, 15]. 
Należy również wspomnieć o prebiotykach, które nie są trawione przez ludzkie enzymy trawienne. Wykorzystywane są one przez bakterie komensale jako źródło energii. Uważa się, że stymulują wzrost populacji Lactobacilli i Bifidobacteria, co wpływa m.in. na zwiększoną produkcję SCFA, supresję wzrostu bakterii chorobotwórczych, uszczelnienie błony jelit, zwiększenie produkcji przeciwciał klasy IgA oraz modulacje ekspresji cytokin prozapalnych. Prebiotyki mogą być stosowane jako dodatek do probiotyków, aby potęgować efekt ich działania [1]. 

Podsumowanie

Na podstawie powyższych doniesień możemy potwierdzić prawdopodobny korzystny wpływ stosowania probiotyków wraz z prebiotykami na normalizację masy ciała, rozmieszczenie tkanki tłuszczowej, profil lipidowy oraz przewlekły stan zapalny. Nie ma jednak obecnie wytycznych jednoznacznie wskazujących określone szczepy bakterii, których zastosowanie wspomagałoby redukcję tkanki tłuszczowej. 

Bibliografia

1. Zuziak P. et al. Intestinal microbiota and obesity. Journal of Education, Health and Sport, 2023, 13(2), s. 142–148.
2. Blaut M. Gut microbiota and energy balance: Role in obesity. Proc Nutr Soc [Internet], 2015, 74(3), s. 227–34. 
3. Gałecka M. et al. Znaczenie mikrobioty jelitowej w kształtowaniu zdrowia człowieka – implikacje w praktyce lekarza rodzinnego. Forum Medycyny Rodzinnej, 2018, 12(2). 
4. Liu B.N. et al. Gut microbiota in obesity. World J Gastroenterol, 2021, 27(25), s. 3837–3850. doi: 10.3748/wjg.v27.i25.3837. PMID: 34321848, PMCID: PMC8291023.
5. Mroczyńska M. i in. Mikroorganizmy jelitowe człowieka i ich aktywność metaboliczna. Prz Gastroenterol, 2016, 4, s. 218–224.
6. Banach K. Wpływ modyfikacji składu mikrobioty jelitowej na zmianę parametrów antropometrycznych u osób z nadmierną masą ciała. Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej, 2018, 72, s. 913–923.
7. Karney A. Microbiota and obesity. Developmental Period Medicine, 2017, 21(3), s. 203–207.
8. Bäckhed F. et al. The gut microbiota as an environmental factor that regulates fat storage. Proc Natl Acad Sci USA, 2004, 101, s. 15718–15723.
9. Ley R.E. et al. Obesity alters gut microbial ecology. Proc Natl Acad Sci USA, 2005, 102, s. 11070–11075.
10. Ahn S.B. et al. Randomized, double-blind, placebo-controlled study of a multispecies probiotic mixture in nonalcoholic fatty liver disease. Sci Rep, 2019, 9, s. 5688.
11. Legrand R. et al. Commensal Hafnia alvei strain reduces food intake and fat mass in obese mice – A new potential probiotic for appetite and body weight management. International Journal of Obesity, 2020, 44(5), s. 1041–1051.
12. Déchelotte P. et al. The probiotic strain H. alvei HA4597® improves weight loss in overweight subjects under moderate hypocaloric diet: a proof-of-concept, multicenter randomized, double-blind placebo-controlled study. Nutrients, 2021, 13(6), s. 1902.
13. Lucas N. et al. Hafnia alvei HA4597 strain reduces food intake and body weight gain and improves body composition, glucose, and lipid metabolism in a mouse model of hyperphagic obesity. Microorganisms, 2019, 8(1), s. 35.
14. Abenavoli L. et al. Gut microbiota and obesity: a role for probiotics. Nutrients [Internet], 2019, 11(11). 
15. Cerdó T. et al. The role of probiotics and prebiotics in the prevention and treatment of obesity. Nutrients [Internet], 2019, 11(3).