Všetko čo potrebujete vedieť o črevnom mikrobióme

O svoje telá sa delíme s črevnými mikróbmi. Dá sa dokonca tvrdiť, že vplývajú na naše fungovanie viac ako by sme si mohli myslieť.

Veda ešte len začína objavovať všetky spôsoby, akými črevné mikróbiómy ovplyvňujú náš život.

V tomto článku sa dozviete, čo veda doteraz zistila o mikrobiote, vrátane spôsobov, akým formuje naše telá a našu myseľ.

Mimo iného sa dozviete aj:

• ako črevné mikrobiómy komunikujú s mozgom,
• prečo môže nevyvážená črevná mikrobiota viesť k mnohým zdravotným problémom,
• akým spôsobom škodlivé črevné baktérie spôsobujú choroby srdca a pečene.

 

 

Črevný mikrobióm – čo to je?

Zhluk mikróbov (baktérie, huby, vírusy) žijúcich v našich črevách sa nazýva „črevná mikrobiota“ alebo „črevný mikrobióm“ [1].

Naše črevá obýva desať až sto biliónov baktérií [2, 3].

V skutočnosti je v a na ľudskom tele pravdepodobne viac bakteriálnych buniek ako ľudských.

Staršie štúdie tvrdili, že v tele je desaťkrát viac mikróbov ako ľudských buniek. Novšie odhady naznačujú, že vzťah je bližšie k pomeru 1:1 [2, 4].

Ľudské črevo dospelého človeka obsahuje 0,2 až 1 kg baktérií [3, 2].

Črevné mikróby hrajú v našom tele podstatnú úlohu, pretože:

• pomáhajú uložiť viac energie z potravín [1].
• poskytujú výživné látky, ako sú vitamíny B a K [1, 5].
• posilňujú črevnú bariéru [1].
• posilňujú imunitný systém [1].
• chránia pred škodlivými mikróbmi [1, 5].
• spracovávajú žlčové kyseliny [6].
• odbúravajú toxíny a chemikálie, ktoré spôsobujú rakovinu [6].
• sú nevyhnutné pre normálne fungovanie iných orgánov, najmä mozgu, pretože ovplyvňujú našu náladu a kognitívne funkcie [3].

Nevyvážená mikrobiota spôsobuje, že sme náchylnejší na infekcie, poruchy imunity a zápaly [7].

Preto je zlepšenie črevnej mikrobioty sľubným krokom vpred v boji proti mnohým častým chorobám a poruchám [8].

 

Zloženie

Ľudské telo obsahuje viac ako 2000 druhov rôznych druhov baktérií [1].

Väčšina črevných baktérií (80 až 90%) patrí do dvoch skupín: Firmicutes a Bacteroidetes [9].

V tenkom čreve je doba prechodu krátka a zvyčajne sa tu nachádzajú vysoké hladiny kyselín, kyslíka a antimikrobiálnych látok. To všetko obmedzuje množenie baktérií. Prežiť môžu iba rýchlo rastúce baktérie odolné voči kyslíku a schopné silne priľnúť k stenám čreva alebo črevnému hlienu [1].

Na druhej strane má hrubé črevo husté a rozmanité spoločenstvo baktérií, ktoré používajú komplexné sacharidy, ktoré nie sú trávené v tenkom čreve [1].

 

Dospievanie a starnutie

Vedci dlhý čas tvrdili, že črevná mikrobiota sa vytvára ihneď po narodení. Niektoré výskumy však naznačujú, že placenta môže mať aj svoj vlastný jedinečný mikrobióm, kvôli čomu sa baktérie môžu usadiť už v plode [10].

Po narodení je črevo osídlené mikróbmi matky i prostredia. V čase, keď deti dosiahnu jeden rok, si každý jedinec vytvorí jedinečný bakteriálny profil [5].

Štruktúra črevnej mikrobioty podobná dospelému človeku sa začína vytvárať po 3.roku života [9].

V reakcii na hormóny v puberte však črevná mikrobiota opäť prechádza zmenami, čo spôsobuje rozdiely medzi mužmi a ženami [11].

V dospelosti je zloženie črevnej mikrobioty relatívne stabilné. Stále ju však môžu narúšať niektoré životné udalosti [1].

U ľudí starších ako 65 rokov sa mikrobiálne spoločenstvo opäť mení s nárastom počtu baktérií Bacteroidetes. Celkovo sú bakteriálne metabolické procesy, ako napríklad produkcia mastných kyselín s krátkym reťazcom (SCFA), znížené, zatiaľ čo sa zvyšuje rozpad bielkovín [1].

 

Čo hovoria výskumy, ktoré sa začali objavovať

Veda len začína chápať množstvo úloh, ktoré v našom tele zohrávajú črevné mikróby, a preto štúdie o črevných baktériách rastú exponenciálne a väčšina výskumov vznikla len nedávno.

Existuje veľa otázok, ktoré zostávajú nezodpovedané. V nasledujúcich rokoch sa však v tejto oblasti môžeme tešiť na veľa nových zaujímavých pokrokov.

 

Úlohy baktérií v oblasti ľudského zdravia

Výroba vitamínov

Črevné baktérie produkujú aj také vitamíny, ktoré ľudské bunky nie sú schopné produkovať [1, 12]:

• vitamín B12
• folát/vitamín B9
• vitamín K
• riboflavín/vitamín B2
• biotín/vitamín B7
• kyselina nikotínová/vitamín B3
• kyselina pantoténová/vitamín B5
• pyridoxín/vitamín B6
• tiamín/vitamín B1

 

Výroba mastných kyselín s krátkym reťazcom (SCFA)

Niektoré črevné baktérie produkujú mastné kyseliny s krátkym reťazcom. Medzi ne patrí butyrát, propionát a acetát [3].

Predpokladá sa, že tieto mastné kyseliny zastávajú v tele mnoho dôležitých funkcií:

• Poskytujú asi 10% dennej kalorickej potreby [13].
• Aktivujú aktivovanú proteínkinázu (AMPK) a stimulujú chudnutie [13].
• Propionát znižuje tvorbu tuku v pečeni, znižuje hladinu cholesterolu v krvi a zvyšuje pocit sýtosti [14].
• Acetát znižuje chuť do jedla [15].
• Butyrát zmierňuje zápal a negatívne koreluje s rakovinou [1].
• Acetát a propionát zvyšujú T-lymfocyty [16], ktoré zabraňujú neprimeranej imunitnej odpovedi, ktorá by potenciálne ohrozila aj zdravé bunky v tele.

 

Stravy s väčším obsahom vlákniny a menším obsahom mäsa vedú k vyššiemu množstvu SCFA [12].

 

Vzťah medzi mozgom a črevnými baktériami

Črevné baktérie komunikujú s naším mozgom. Vedci sa čoraz viac domnievajú, že črevné baktérie majú široký vplyv na naše správanie aj kognitívne funkcie [17].

Táto komunikácia prebieha obojsmerne. Črevné mikróby a mozog sa navzájom ovplyvňujú, a tomuto vzťahu sa hovorí aj črevno-mozgová os [3].

Ako medzi sebou komunikujú črevá a mozog?

• Cez vagusový nerv a autonómny nervový systém [3].
• Mikróby uvoľňujú do čreva serotonín, kyselinu gama-aminomaslovú, acetylcholín, dopamín a noradrenalín. Cez krv sa niektoré z nich môžu dostať až do mozgu [18, 3].
• Mastné kyseliny s krátkym reťazcom, ktoré tiež produkujú baktérie, sú zdrojmi energie pre nervové a gliové bunky v mozgu [18].
• Cez molekuly imunitného systému a zápalové molekuly [3].

 

Nálada a správanie

Niektorí vedci tvrdia, že ak je črevná mikroflóra narušená infekciou alebo zápalom, môže to znížiť našu duševnú pohodu. Ľudia so zápalovými ochoreniami čriev majú často tiež depresie a/alebo pociťujú úzkosť [19, 20].

Ľudia s depresiou (46 osôb) mali zvýšený počet baktérií Bacteroidetes, Proteobacteria a Actinobacteria a znížený počet Firmicutes (v porovnaní s 30 v kontrolnej skupine) [3].

Štúdia skúmaná na 40 zdravých dospelých ľudí prišla s výsledkami, že probiotiká znižovali negatívne myšlienky spojené so smutnou náladou [21].

Štúdia zameraná na 710 subjektov preukázala, že fermentované jedlo (s vysokým obsahom probiotík) znižovalo sociálnu úzkostnú poruchu u ľudí náchylných na úzkosť [3].

Je zaujímavé, že keď potkany získavali ľudskú mikrobiotu od pacientov s depresiou, prejavili sa u nich depresívne príznaky [3].

Na druhej strane u potkanov znižovali úzkosť práve „dobré“ baktérie, ako sú probiotiká Lactobacillus a Bifidobacterium [22].

B. infantis zvýšil hladiny tryptofánu v krvi u potkanov. Tryptofán je nevyhnutný pre produkciu serotonínu [23].

Je zaujímavé, že myši bez črevného mikrobiómu pociťovali menšiu úzkosť a mali viac serotonínu v mozgu (hipokampus). Toto zmenené správanie bolo možné zvrátiť bakteriálnou kolonizáciou, ale iba keď boli myši ešte mladé. Tento výsledok naznačuje, že črevné mikróby zohrávajú taktiež dôležitú úlohu vo vývoji mozgu [18].

Kŕmenie dospelých myší antibiotikami znížilo úzkosť a zvýšilo hladinu mozgového neurotrofického faktoru (z angl. BDNF) v mozgu v hipokampe [18].

Avšak veľká štúdia s viac ako 1 miliónom ľudí dokázala, že u ľudí liečba antibiotikami zvýšila mieru depresie. Asociácia bola ešte silnejšia pri pravidelnom užívaní antibiotík. Podobná asociácia sa zistila pri úzkosti [24].

To dokazuje, že štúdie na zvieratách nie vždy zodpovedajú tomu, čo vidíme u ľudí. V štúdiách na zvieratách aj na ľuďoch však zmeny v črevnej mikrobiote ovplyvnili náladu a duševné zdravie.

 

Kognitívne funkcie

Zmeny v črevnej mikrobiote boli spojené s kognitívnymi funkciami u 35 dospelých a 89 dojčiat [25, 26].

Myši bez črevného mikrobiómu a myši s bakteriálnymi infekciami mali pamäťové deficity. Ich kŕmenie probiotikami 7 dní pred a počas infekcie zabránilo tejto kognitívnej dysfunkcii [18, 17].

Zistilo sa, že použitie dlhodobých antibiotík u myší znižuje produkciu nových nervových buniek v hipokampe. To by sa dalo zvrátiť buď probiotikami, alebo cvičením [18].

Aj strava môže ovplyvniť kognitívne funkcie zmenou črevnej mikrobioty. “Moderná západná” strava s vysokým obsahom nasýtených tukov a pridaných cukrov znížila počet baktérií Bacteroidetes a zvýšila hladinu Firmicutes a Proteobacteria u dospelých hlodavcov. Tieto zmeny sú spojené s porušenými kognitívnymi funkciami [27].

Prenos črevných baktérií z myší kŕmených západnou stravou na iné myši zvyšoval ich úzkosť a zhoršil učenie a pamäť [27].

Na druhej strane „dobré baktérie“ pomáhajú zlepšovať kognitívne funkcie. Štúdie na zvieratách prišli s výsledkami, že niekoľko probiotických baktérií zlepšuje kognitívne funkcie [28, 29, 30].

 

Odolnosť voči stresu

Predpokladá sa, že črevné baktérie ovplyvňujú spôsob, akým ľudia reagujú na stres. Náš mikrobióm „programuje“ os hypotalamus-hypofýza-nadobličky (HPA) už na začiatku nášho života. To zase určuje našu reakciu na stres v dospelosti [31].

Črevné baktérie môžu byť tiež spojené s posttraumatickou stresovou poruchou (PTSD). Nálezy u zvierat naznačujú, že nevyvážené črevné baktérie spôsobujú, že sú po traumatickej udalosti náchylnejšie na PTSD [32].

Myši bez črevného mikrobiómu majú prehnanú stresovú reakciu majú hyperaktívny hypotalamo-hypofyzárno-nadobličkový systém. Majú tiež nižší mozgový neurotrofický faktor, čo je faktor podieľajúci sa na prežití nervových buniek. Bifidobaktérie, ak sa týmto myšiam podávajú v ranom veku, navracajú funkcie systému HPA do normálu [18, 22].

„Dobré baktérie“ (probiotiká) môžu u ľudí zlepšiť reakciu na stres a s nimi súvisiace poruchy.

U 581 študentov baktéria Bifidobacterium bifidum znížila stres a hnačky/ťažkosti v čreve spojené so stresom a znížila počet prípadov prechladnutia/chrípky počas intervenčného obdobia [33, 34].

Podobne baktéria Bifidobacterium longum znížila stres (meraný kortizolom) a úzkosť u 22 zdravých dobrovoľníkov [35].

Nakoniec Lactobacillus casei v pilotnej štúdii a klinickom skúšaní znížil hladiny kortizolu, zvýšil serotonín a znížil príznaky súvisiace so stresom u 219 subjektov [36, 37].

 

Črevná bariéra

Hlien v čreve funguje ako lubrikant a chráni stenu čreva pred podráždením. Táto vrstva je u zvierat bez črevného mikrobiómu tenšia [12].

To je dôvod, prečo sú zvieratá bez črevného mikrobiómu náchylnejšie na infekcie a majú väčšie a dlhšie krvácanie pri zápalových ochorení tráviaceho traktu [12].

 

Zápal čriev

Syndróm dráždivého čreva (z angl. IBS)

IBS je typická porucha osi mozog-črevo-mikrobiota [3].

Podľa jednej štúdie postinfekčný IBS vzniká u 10% až 30% pacientov, u ktorých sa vyskytne črevná infekcia alebo zápal. Je to stav spojený so zmenami v črevnej mikrobiote [38, 39].

IBS sa môže objaviť aj po liečbe antibiotikami [39].

Predpokladá sa, že narušená črevná mikroflóra interferuje s funkciou osi črevo-mozog a spôsobuje poruchy črevného toku alebo bolesti žalúdka/čriev [39].

Ľudia s IBS majú zníženú mikrobiálnu diverzitu a ich črevná mikrobiota býva menej stabilná. Zvyčajne majú znížené množstvo laktobacilov a bifidobaktérií [39].

Vysoký pomer baktérií Firmicutes k Bacteroidetes sa vyskytuje u niektorých pacientov s IBS, čo je spojené s depresiou a úzkosťou [39].

Hladiny mastných kyselín s krátkym reťazcom po jedle sú nižšie u pacientov s IBS [3].

Metaanalýza 15 štúdií s 1793 subjektmi preukázala, že probiotiká zlepšili príznaky IBS [40].

Podobne fekálna transplantácia zlepšila IBS u 58% zo 48 pacientov v štúdii [41].

A nakoniec, u dvoch dvojito zaslepených štúdií s kontrolnými skupinami so 124 a 87 pacientmi s IBS dokázalo antibiotikum rifampín pomôcť pacientom tak, že zabránilo premnoženiu škodlivých baktérií [42, 43].

 

Zápalové ochorenie tráviaceho traktu (z angl. IBD)

Zápalové ochorenie tráviaceho traktu (IBD) vzniká kombináciou genetických, environmentálnych a mikrobiálnych faktorov. Prejavuje sa vo forme ulceróznej kolitídy (UC) alebo Crohnovej choroby (CD).

IBD vzniká zmenami v črevnej mikrobiote [12].

Metaanalýza 9 štúdií s celkovým počtom 706 subjektov preukázala, že ľudia s IBD majú všeobecne nižšie hladiny baktérie Bacteroides [44].

Ďalšia metaanalýza (zo 7 štúdií s 252 subjektmi) ukázala, že ľudia s IBD majú väčší podiel škodlivých baktérií, napríklad E. coli a Shigella [45].

Protizápalové liečivo mesalamín, ktoré sa používa pri IBD, zmierňuje zápal čriev. Znižuje tiež množstvo škodlivých baktérií Escherichia/Shigella [45].

Je zaujímavé, že u zvierat náchylných na IBD sa vyvinie iba malý zápal, ak sú bez črevného mikrobiómu [12].

Fusobacterium je spojené s IBD u zvierat aj u ľudí. Medzi 56 dospelými sa Fusobacterium nachádzalo u 64% pacientov s ochorením čriev (vrátane IBD) oproti 26% zdravým kontrolným skupinám [45,  46].

Baktéria Fusobacterium bola tiež spájaná s rakovinou hrubého čreva a IBD je rizikovým faktorom pre rakovinu hrubého čreva [45].

Faecalibacterium prausnitzii je protizápalový producent butyrátu, ktorý môže chrániť pred IBD. V dvoch štúdiách na 214 a 13 subjektoch bol znížený u pacientov s ulceróznou kolitídou aj Crohnovou chorobou [47, 48].

1. prausnitzii pôsobil ochranne na modeli IBD u myší. Znížil zápal (znížil hladinu cykotínu IL-12 a zvýšil hladinu cykotínu IL-10) a čiastočne zlepšil aj narušenú rovnováhu črevných baktérií spojenú s IBD [48].

 

Váha

Obézni ľudia (a zvieratá) majú nižšiu diverzitu črevných baktérií [6].

V dvoch rôznych štúdiách na 12 dospelých a 78 deťoch mali obézni jedinci v čreve menej baktérií Bacteroidetes a viac Firmicutes. Mali tiež viac mastných kyselín s krátkym reťazcom (SCFA), ktoré môžu súvisieť s rozvojom obezity. Podiel Bacteroidetes sa zvýšil pri strave s nízkym obsahom kalórií [49, 50].

O niečo rozsiahlejšia štúdia na ľuďoch (154 subjektoch) potvrdila, že obezita súvisí so [51]:

• zníženým množstvom baktérií Bacteroidetes
• zníženou hustotou baktérií
• zvýšeným počtom bakteriálnych génov, ktoré metabolizujú cukry a tuky na energiu.

 

Štúdie na myšiach a potkanoch tiež potvrdili súvislosť medzi baktériami Bacteroidetes a štíhlosťou. Bacteroidetes boli početnejšie u chudých zvierat, zatiaľ čo Firmicutes boli početnejšie u ich obéznych [52, 53, 54].

Obézne myši majú pomer baktérií Bacteroidetes a Firmicutes 20:80, zatiaľ čo chudé zvieratá pomer 40:60. Nadbytok Firmicutes môže podporovať obézne myši v tom, aby prijímali viac kalórií z prijatej stravy, čo vedie k obezite [55].

Črevné mikróby môžu mať vplyv na vzniku obezity. V štúdii 436 párov matka-dieťa sa zistilo, že vystavenie antibiotikám v tehotenstve zvýšilo mieru detskej obezity o 84% [56].

Po prenose črevnej mikroflóry z obéznych myší do myší bez črevného mikrobiómu sa práve myši bez mikrobióm stanú obéznymi [57, 53, 6].

Zvýšené užívanie antibiotík a ich negatívny vplyv na črevnú mikroflóru môže byť jednou z príčin epidémie obezity, ktorej sme dnes svedkami [58, 56].

Skoré vystavenie mladých myší antibiotikám spôsobilo, že začali rapídne priberať [59].

Medzi „dobré baktérie“, ktorých počet je u obéznych ľudí nižší, patria:

• Bifidobacteria vo všeobecnosti [6, 60]
• Akkermansia muciniphila [6]

 

Hoci črevný mikrobióm určite má nejaký vplyv na našu váhu, neznamená to, že iná mikroflóra obéznym ľuďom bráni chudnúť v kalorickom deficite, len to nie je pri každom človeku také rýchle, ako keby ju mali v poriadku [170].

V jednej štúdii sa zistilo, že pri užívaní probiotík sa chudlo o niečo rýchlejšie, ako keď sa neužívali. No nič to nemení na fakte, že na kalorickom deficite záleží. Obe skupiny v ňom totižto boli a bolo to práve obmedzenie kalórií ako primárny spúšťač chudnutia [171].

Nedávny výskum naznačuje iba malý vplyv črevného mikrobiómu na priberaní a oveľa viac záleží na kalóriách. Zistilo sa v ňom, že baktérie spojené s chudšími ľuďmi nazývané Bacteroidetes sa zvýšili u obéznych ľudí, keď podstúpili diétu na chudnutie (teda kalorický deficit) a nič iné robiť nemuseli [172].

Keď sa účastníkom štúdie nasadila diéta s nadbytkom kalórií, baktérie spojené s obezitou, Firmicutes, sa zvýšili o 20%, zatiaľ čo Bacteriodetes sa znížili o 20%. To naznačuje, že zmeny v črevných baktériách sú výsledkom chudnutia alebo priberania, a nie, že by priberanie či chudnutie bolo spôsobené črevnými baktériami.

 

Citlivosť na inzulín a cukrovka 2.typu

Niektorí vedci tvrdia, že črevná mikroflóra môže zohrávať kľúčovú úlohu pri vzniku metabolických ochorení, ako je cukrovka [6].

Štúdia 345 osôb preukázala, že diabetici majú menej baktériá produkujúcich butyrátu a viac škodlivých baktérií [61].

Akkermansia muciniphila a Faecalibacterium prausnitzii sú prospešné baktérie produkujúce butyrát. Štúdia na 121 účastníkoch ukázala, že u ľudí s prediabetom a novodiagnostikovaným diabetom 2. typu je ich výskyt znížený [62].

1. muciniphila zvýšila u myší citlivosť na inzulín [63].

U myší probiotiká C. butyricum a L. casei zlepšili príznaky cukrovky (glykémia nalačno, glukózová tolerancia, inzulínová rezistencia). Obe baktérie znížili počet Firmicutes a zvýšili počet Bacteroidetes a baktérií produkujúcich butyrát [64, 65].

Metformín, liek, ktorý zlepšuje cukrovku 2. typu, tiež zvýšil výskyt A. muciniphila a laktobacilov [66, 67].

 

Ochorenie srdca

Štúdie na ľuďoch aj zvieratách naznačujú, že črevné baktérie môžu prispievať k rozvoju srdcových ochorení. [66].

Pacienti so stvrdnutými tepnami (aterosklerózou) majú zvyčajne zmenenú črevnú mikroflóru [68].

Črevná mikroflóra môže zhoršovať srdcové ochorenia produkciou trimethylaminoxidu (z angl. TMAO). TMAO je vedľajší produkt fosfatidylcholínu, ktorý spôsobuje kôrnatenie tepien [69, 70].

Štúdia na 119 osobách ukázala, že osoby s ochorením srdca mali viac baktérií Firmicutes a menej Bacteroidetes [71].

 

Zdravie pečene

Mikrobiálna nerovnováha (dysbióza) môže zohrávať úlohu pri vzniku stukovatenej pečene, konkrétne chorôb ako nealkoholová tuková choroba pečene alebo nealkoholovej steatohepatitídy [66, 72].

Ľudia so stukovatenou pečeňou majú zvýšený výskyt baktérií Firmicutes, podobne ako pri bakteriálnej nerovnováhe pozorovanej pri obezite [73].

V štúdii na 66 pacientoch baktéria Bifidobacterium longum spolu s prebiotikami a úpravou životného štýlu zlepšila stav stukovatenej pečene. Probiotikum znížilo AST (aspartátaminotransferázu, pečeňový enzým), TNF-α (tumor nekrotizujúci faktor alfa), CRP (C-reaktívny proteín) a inzulínovú rezistenciu a znížilo poškodenie pečene [74].

Črevná mikroflóra u myší ich chráni pred poškodením pečene. Myši bez črevného mikrobiómu sú náchylnejšie na poškodenie pečene vyvolané toxínmi [75].

Okrem toho probiotická zmes (VSL#3) dokázala znížiť u myší poškodenie pečene [76].

 

Imunita

Naša imunita je úzko prepojená s našimi črevami. Odhaduje sa, že približne 70% našich imunitných buniek žije v črevách [77].

Baktérie v črevách interagujú s našimi imunitnými bunkami, konkrétne s T-bunkami, a ovplyvňujú, či sa stanú bunkami Th1, Th2, Th17 alebo Treg [7].

Imunitný systém matky je počas tehotenstva posunutý smerom k imunite typu Th2. To spôsobuje, že imunitný systém dieťaťa je tiež posunutý smerom k imunite typu Th2 [78, 79].

Niektorí vedci sa domnievajú, že počas prvých týždňov a mesiacov života črevné baktérie pomáhajú dojčatám postupne zvyšovať aktivitu Th1 rovnováhy a obnovovať rovnováhu Th1/Th2 [80].

U detí narodených cisárskym rezom dochádza k oneskorenej aktivácii imunity typu Th1. Majú zníženú Th1 odpoveď v dôsledku zmenenej črevnej mikroflóry [81].

Myši bez črevného mikrobiómu majú menej Treg buniek a žiadne Th17 bunky. Majú nerovnováhu Th1/Th2, ktorá je naklonená reakcii Th2 [82].

 

Infekcie

Baktérie črevného mikrobiómu súperia so škodlivými infekčnými baktériami [83, 84].

Črevné baktérie nás chránia pred infekciou tým, že [83]:

• súperia o živiny so škodlivými baktériami,
• produkujú vedľajšie produkty, ktoré inhibujú rast alebo aktivitu škodlivých baktérií,
• udržiavajú bariéry črevnej sliznice,
• stimulujú vrodenú a adaptívnu imunitu.

 

Stabilná mikroflóra tiež zabraňuje premnoženiu škodlivých mikróbov. Napríklad laktobacily sú dôležité na zabránenie premnoženiu Candida albicans [85].

Črevné baktérie bojujú proti parazitom, ako je malária.

Podobne ako ľudia, aj niektoré myši sú voči malárii odolnejšie ako iné. Keď myši bez črevného mikrobiómu dostali baktérie od „odolnejších“ myší, tiež sa stali odolnejšími. Ich imunitná odpoveď bola zvýšená a mali nižší počet parazitov. Naopak, tie, ktoré dostali baktérie od „citlivých“ myší, pociťovali vyššiu záťaž parazitmi [86].

Antibiotiká často menia črevnú mikroflóru, čím znižujú odolnosť voči škodlivým baktériám [83].

 

Zápal

Črevné baktérie môžu zvyšovať produkciu Th17 buniek a zápalových cytokínov (IL-6, IL-23, IL-1β) alebo podporovať produkciu Treg buniek, ktoré znižujú zápal [87].

Ak je črevná mikroflóra v nerovnováhe, môže vzniknúť zápal. Niektorí vedci sa domnievajú, že tento proces prispieva k rozvoju chronických zápalových ochorení, ako sú IBD, skleróza multiplex, astma a reumatoidná artritída [12].

Myši bez črevného mikrobiómu a myši liečené antibiotikami majú znížený počet Treg buniek a sú náchylnejšie na vznik zápalu [12].

Medzi „dobré baktérie“, ktoré zrejme chránia pred zápalovými ochoreniami, patria A. muciniphila a F. prausnitzii [1].

 

Alergie

Štúdia na 1879 osobách preukázala, že ľudia s alergiami mali nižšiu diverzitu črevných mikroorganizmov. Mali menej baktérií Clostridiales (producenti butyrátu) a viac Bacteroidales [88].

Tieto faktory môžu narušiť črevnú mikroflóru a sú spojené s potravinovými alergiami [89]:

• Pôrod cisárskym rezom
• Nedostatok materského mlieka
• Antibiotiká a inhibítory žalúdočnej kyseliny
• Antiseptiká
• Strava s nízkym obsahom vlákniny a vysokým obsahom tuku

 

U detí, ktoré žijú na dedinách, je menšia pravdepodobnosť vzniku alergií. Vedci tvrdia, že deti, ktoré žijú na farmách, majú iné mikrobiálne zloženie ako deti s odlišným životným štýlom a ich mikróby ich chránia pred alergickými reakciami [89].

Medzi ďalšie ochranné faktory proti potravinovým alergiám patrí to, keď má človek starších súrodencov a domáce zvieratá. Ľudia s domácimi zvieratami majú v domácom prostredí viac mikróbov [89].

Štúdia na 15 672 účastníkoch prišla s výsledkami, že užívanie antibiotík v tehotenstve, ako aj počas prvých mesiacov života, zvyšuje mieru vzniku alergie na kravské mlieko u dojčiat [90].

V dvoch štúdiách na 220 a 260 deťoch probiotikum Lactobacillus rhamnosus (LGG) urýchlilo vývoj tolerancie u dojčiat s alergiou na kravské mlieko. Znížilo tiež výskyt iných alergií. Toto probiotikum vyvolávajúce toleranciu funguje tak, že zvyšuje počet baktérií produkujúcich butyrát [91, 92, 93].

V štúdii na 62 deťoch s alergiou na arašidy imunoterapia spolu s probiotikom L. rhamnosus vyriešila alergiu u 82% subjektov [94].

V metaanalýze 25 štúdií so 4031 dojčatami sa zistilo, že L. rhamnosus (LGG) znižuje výskyt ekzému [89].

 

Astma

V štúdii na 47 deťoch mali deti s astmou nižšiu rozmanitosť črevných baktérií v období, keď boli dojčatá. [95].

Podobne ako v prípade potravinových alergií, sú tieto faktory spojené so zvýšenou rozmanitosťou črevnej flóry a zníženým výskytom astmy [12, 16]:

• Dojčenie
• Viac súrodencov
• Kontakt s hospodárskymi a domácimi zvieratami
• Strava s vysokým obsahom vlákniny

 

Na druhej strane, dva alebo viac cyklov užívania antibiotík v tehotenstve zvýšilo relatívnu mieru výskytu astmy u 24 690 detí [96].

Ďalšia štúdia na 142 deťoch dokázala, že antibiotiká v ranom veku podporujú rozvoj astmy. Zredukovali rozmanitosť baktérií, znížili počet Actinobacteria a zvýšili počet Bacteroidetes. Zníženie množstva baktérií pretrvávalo viac ako 2 roky po užívaní [97].

V jednej štúdii na 137 deťoch náchylných na alergie prebiotiká znížili výskyt opakujúceho sa sťaženého dýchania [98].

Strava s vysokým obsahom vlákniny u myší zvýšila pomer baktérií Firmicutes k Bacteroidetes, čím sa zvýšili hladiny SCFA a tie ich ochránili pred zápalom dýchacích ciest [99].

Myši bez črevného mikrobiómu trpia prehnaným alergickým zápalom dýchacích ciest. Kolonizácia črevnými baktériami mladých, ale nie dospelých myší bez črevného mikrobiómu ich pred týmto zápalom ochránila [100]. To naznačuje, že črevné baktérie zohrávajú časovo špecifickú úlohu pri vývoji imunitného systému.

 

Autoimunita

V modernom sterilnom prostredí sú dojčatá čoraz menej vystavené mikróbom. Niektorí vedci sa domnievajú, že táto sterilita môže zvyšovať mieru autoimunitných porúch, pretože brzdí vývoj nášho imunitného systému. Tvrdia, že pri absencii vystavenia sa prospešným baktériám sa nevytvárajú správne Treg bunky, čo vedie k strate autotolerancie [73].

Mastné kyseliny s krátkym reťazcom (SCFA) produkované črevnými baktériami podporujú autotoleranciu zvýšením počtu Treg buniek [16].

 

Cukrovka 1. typu

Štúdia skúmaná na 8 deťoch s cukrovkou 1. typu prišla s výsledkami, že ich mikrobióm je menej stabilný a menej rozmanitý ako mikrobióm zdravých rovesníkov. Mali menej baktérií Firmicutes a viac Bacteroidetes [101]. Celkovo mali menej producentov butyrátov.

U myší náchylných na cukrovku liečených antibiotikami bola menšia pravdepodobnosť vzniku cukrovky. V tomto prípade antibiotiká zvýšili výskyt A. muciniphila. Ide o prospešnú baktériu, ktorá môže mať ochrannú úlohu pred autoimunitnou cukrovkou v detskom veku [102].

U myší náchylných na cukrovku, ktoré dostávali stravu bohatú na fermentovanú vlákninu, bola vyššia pravdepodobnosť vzniku cukrovky 1. typu. To súviselo s väčším počtom baktérií Bacteroidetes a menším počtom Firmicutes [103].

Neexistuje však zhoda v tom, či zmenená črevná mikroflóra vyvoláva vznik cukrovky 1. typu, alebo je len dôsledkom tohto ochorenia [73].

 

Systémový lupus erythematosus (SLE)

V štúdii na 40 subjektoch mali pacienti s lupusom zvýšený výskyt baktérií Bacteroidetes a znížený výskyt Firmicutes [104].

Mladé myši náchylné na lupus majú zvýšený výskyt baktérií Bacteroidetes, podobne ako ľudia. Majú tiež menej laktobacilov. Kyselina retinová obnovuje u týchto myší laktobacily a zlepšuje príznaky lupusu [105].

Laktobacily zlepšili funkciu obličiek u myších samíc so zápalom obličiek vyvolaným lupusom. Táto liečba tiež predĺžila ich život. Baktéria Lactobacillus znížila zápal vychýlením rovnováhy Treg/Th17 smerom k Treg. Ďalej znížila hladinu cykotínu IL-6 a zvýšila hladinu cykotínu IL-10. Tento pozitívny účinok nebol pozorovaný u samcov, čo naznačuje závislosť od hormónov [106].

U myší náchylných na lupus sa pri pití kyslej vody vyvíja odlišná črevná mikroflóra. Majú viac baktérií Firmicutes a menej Bacteroidetes. Tieto myši majú navyše nižšie hladiny protilátok spojených s lupusom a pomalší priebeh ochorenia [107].

 

Skleróza multiplex

Skleróza multiplex je často spájaná s nerovnováhou črevnej mikroflóry. Dochádza k celkovému zníženiu počtu baktérií Bacteroidetes, Firmicutes a baktérií produkujúcich butyrát [12, 45].

Myši s experimentálnou autoimunitnou encefalomyelitídou (EAE – myší ekvivalent sklerózy multiplex) majú narušenú črevnú mikroflóru. Antibiotiká pomáhajú zmierniť závažnosť ochorenia a znížiť úmrtnosť [108].

Aj u myší bez črevného mikrobiómu sa vyvinula len miernejšia forma ochorenia. Pripisuje sa to narušenej produkcii buniek Th17 [109].

Keď boli myši bez črevného mikrobiómu kolonizované baktériami, ktoré zvyšujú Th17, vyvinula sa u nich EAE. Na druhej strane, kolonizácia B. fragilis (prospešná baktéria) ich ochránila pred EAE zvýšením počtu Treg buniek [109, 110].

 

Reumatoidná artritída

Environmentálne faktory sú pri vzniku reumatoidnej artritídy (RA) oveľa dôležitejšie ako gény [12]. Medzi tieto faktory patrí aj črevná mikroflóra.

Pacienti s RA majú zníženú diverzitu črevných mikroorganizmov. V štúdii na 72 osobách bola porucha črevnej mikroflóry úmerná dĺžke trvania ochorenia a hladine autoprotilátok [111].

Štúdia na 212 subjektoch preukázala, že antireumatické lieky môžu zvrátiť narušenie črevných baktérií u pacientov s RA [112].

So vznikom RA sa spájajú niektoré baktérie. Patria medzi ne Prevotella copri, Collinsella a Lactobacillus salivarius. Ich hladiny sú u pacientov s RA zvýšené [113, 114, 115].

U myší náchylných na artritídu kolonizovaných baktériami P. copri alebo Collinsella sa častejšie vyskytuje artritída. Ochorenie je potom tiež závažnejšie [113, 114].

Na druhej strane ďalšia baktéria, Prevotella histicola, znižuje výskyt a závažnosť artritídy u myší. Darí sa jej to tým, že zvýši počet Treg buniek a IL-10 a zníži reakcie Th17 [116].

Štúdie na zvieratách bez črevného mikrobiómu nemajú jasné závery. U myší náchylných na artritídu sa artritída nevyvíja, ak sú chované bez črevného mikrobiómu. Naopak, u potkanov bez črevného mikrobiómu sa vyvíja ťažšia artritída [12]. Napriek tomu nemôžeme poprieť, že črevná mikroflóra zohráva pri tomto ochorení určitú úlohu.

Niektoré probiotiká tiež zlepšili symptómy u pacientov s RA v niekoľkých klinických štúdiách, konkrétne probiotiká L. casei, L. acidophilus, B. bifidum a Bacillus coagulans [117, 118, 119].

 

Pevnosť kostí

Črevná mikroflóra môže určitým spôsobom komunikovať aj s kostrou. Táto súvislosť bola však doteraz preskúmaná len u zvierat.

Myši bez črevného mikrobiómu mali zvýšenú kostnú hmotu. Tá sa vrátila do normálu, keď tieto myši dostali črevné baktérie z myší chovaných zvyčajným spôsobom [120].

Okrem toho antibiotiká zvýšili u mladých myší hustotu kostí [120].

Probiotiká, najmä laktobacily, zvyšujú tvorbu a pevnosť kostí u zvierat [121].

 

Autizmus

Až u 70% pacientov s autizmom sa prejavujú príznaky spojené s črevami vrátane bolesti žalúdka, zvýšenej črevnej priepustnosti a zmeneného črevného mikrobiómu. Táto súvislosť viedla niektorých výskumníkov k záveru, že pri autizme dochádza k narušeniu osi črevo-mozog [18, 3].

V malej klinickej štúdii, ktorej sa zúčastnilo 18 detí s autizmom, bola vyskúšaná liečba prenosom mikrobioty. Pozostávala z dvojtýždňovej liečby antibiotikami, očisty čriev a transplantácie fekálnej mikrobioty. U týchto detí sa o 80% znížili problémy spojené s črevami (zápcha, hnačka, poruchy trávenia a bolesti žalúdka). Zlepšili sa aj behaviorálne príznaky. Zlepšenia pretrvávali 8 týždňov po ukončení liečby [122].

Myši bez črevného mikrobiómu majú zhoršené sociálne zručnosti. Vykazujú nadmerné čistenie sa (podobné opakovanému kompulzívnemu správaniu u ľudí) a častejšie trávia čas v prázdnej miestnosti alebo s predmetom ako s inou myšou. Ak sú tieto myši po odstavení kolonizované črevnými baktériami, niektoré, ale nie všetky, príznaky sa zlepšia. Podľa niektorých výskumníkov tento výsledok naznačuje, že v detstve existuje kritické obdobie, keď črevný mikrobióm ovplyvňuje mozgové obvody [3, 18].

Antibiotiká podávané potkaním matkám znižujú sociálne interakcie potomkov a zvyšujú ich úzkosť [123].

U ľudí je obezita matiek spájaná s autizmom u detí. Niektorí výskumníci pripisujú túto súvislosť narušenému črevnému mikrobiómu matky [124, 125].

Keď sú myšie matky kŕmené stravou s vysokým obsahom tukov, ich črevná mikroflóra je nevyvážená a ich mláďatá majú sociálne deficity. Spoločné bývanie a následné zdieľanie baktérií s mláďatami chudých matiek môže tieto sociálne poruchy napraviť. Tiež probiotický kmeň Lactobacillus reuteri môže zlepšiť tieto sociálne deficity [126].

Ďalšie probiotikum, Bacteroides fragilis, zmenilo črevný mikrobióm u myší. Zlepšilo tiež komunikáciu a opakované a úzkostné správanie. Nedokáže však odstrániť sociálne deficity [127].

 

Alzheimerova choroba

Myši bez črevného mikrobiómu sú čiastočne chránené pred Alzheimerovou chorobou. Kolonizácia týchto myší baktériami z chorých jedincov podporuje rozvoj Alzheimerovej choroby [128].

Proteín, ktorý tvorí amyloidné plaky pri Alzheimerovej chorobe, produkujú črevné baktérie. E. coli a Salmonella enterica sú jedny z mnohých baktérií, ktoré uvoľňujú amyloidné bielkoviny a môžu prispievať k Alzheimerovej chorobe [129].

U ľudí sa nerovnováha v črevnom mikrobióme spája s Alzheimerovou chorobou, napr.:

• Chronická plesňová infekcia môže súvisieť s Alzheimerovou chorobou [130, 131].
• Pacienti s ružovkou majú narušený črevný mikrobióm [132]. Výrazne častejšie sa u nich vyvinula demencia, najmä Alzheimerova choroba [133].
• U ľudí s cukrovkou sa Alzheimerova choroba môže vyskytovať dvakrát častejšie ako u ľudí bez nej [134].

 

Parkinsonova choroba

Štúdia na 144 osobách prišla s výsledkami, že pacienti s Parkinsonovou chorobou majú tendenciu mať zmenenú črevnú mikroflóru. Baktérie Prevotellaceae sú znížené takmer o 80%. Počet Enterobacteriaceae je zvýšený a súvisí s väčšou posturálnou nestabilitou a ťažkosťami pri chôdzi [135].

Myši náchylné na Parkinsonovu chorobu majú menej motorických abnormalít, ak sú chované bez črevného mikrobiómu. Ak sú kolonizované baktériami alebo dostávajú mastné kyseliny s krátkym reťazcom, príznaky sa zhoršujú. Naopak, antibiotiká pomáhajú zlepšiť ich ochorenie [136].

Ak tieto myši bez črevného mikrobiómu dostanú črevné baktérie od pacienta s Parkinsonovou chorobou, ich príznaky sa o dosť zhoršia [137].

 

Rakovina hrubého čreva

Štúdia na 179 osobách ukázala, že pacienti s kolorektálnym karcinómom majú zvýšený pomer baktérií Bacteroides/Prevotella [138].

Ďalšia štúdia na 27 účastníkoch preukázala, že ľudia s rakovinou hrubého čreva mali viac acetátov a menej butyrátov [139].

Infekcie a škodlivé baktérie narúšajú črevnú mikroflóru a sú spojené s rakovinou hrubého čreva:

• Infekcia Streptococcus bovis sa považuje za rizikový faktor vzniku rakoviny hrubého čreva [140].
• E. coli zvýšila rast nádorov u myší so zápalom čriev [141].

 

Myši náchylné na rakovinu mali zníženú nádorovú záťaž, keď boli chované ako myši bez črevného mikrobiómu [142].

Keď však myši bez črevného mikrobiómu dostali baktérie z myší s nádorom hrubého čreva, vznikli u nich väčšie nádory, zatiaľ čo antibiotiká spomalili rast nádoru [143].

 

Chronický únavový syndróm

V štúdii na 100 účastníkoch bol chronický únavový syndróm spojený s narušenou črevnou mikroflórou. Okrem toho tieto poruchy črevnej mikroflóry mali možnú súvislosť so závažnosťou tohto ochorenia [144].

Podobne v štúdii na 87 osobách mali pacienti s chronickým únavovým syndrómom zníženú bakteriálnu diverzitu. Znížil sa najmä počet baktérií Firmicutes. Bolo tu viac zápalových a menej protizápalových druhov [145].

U dvojice jednovaječných dvojčiat malo dvojča s chronickým únavovým syndrómom nižšiu mikrobiálnu diverzitu v porovnaní s druhým súrodencom, ktorý tento syndróm nemal [146].

Štúdia na 20 účastníkoch prišla s výsledkami, že cvičenie spôsobilo ďalšie narušenie črevných baktérií u ľudí s chronickým únavovým syndrómom. To môže vysvetľovať hlbokú nevoľnosť po námahe u postihnutých [147].

 

Športový výkon

Určitá črevná mikroflóra u zvierat zlepšila výkonnosť a znížila únavu počas cvičenia [148].

Myši bez črevného mikrobiómu mali vo vytrvalostnom plávaní oveľa nižšie výsledky [149].

Probiotikum L. plantarum zvýšilo svalovú hmotu, silu úchopu a výkonnosť pri cvičení u myší [150].

 

Starnutie

Starnutie je často spojené s poruchami črevnej mikroflóry [151].

Dve štúdie so 168 a 69 účastníkmi ukázali, že storoční ľudia majú vyššiu bakteriálnu diverzitu. Majú tiež viac „dobrých baktérií“ a producentov butyrátu [152, 153].

Vo všeobecnosti starší ľudia majú celkovo nízku rozmanitosť črevných baktérií. Majú veľmi nízky počet baktérií Firmicutes a zvýšený výskyt Bacteroidetes [154].

Narušenie črevnej rovnováhy spôsobuje chronický zápal nízkeho stupňa. Je tiež spojená s poklesom funkcie imunitného systému. Obe tieto skutočnosti sprevádzajú mnohé ochorenia súvisiace so starnutím [155].

Myši bez črevného mikrobiómu žijú dlhšie. Súbežné držanie myší bez črevného mikrobiómu so starými, ale nie mladými myšami, zvýšilo množstvo zápalových cytokínov v krvi [156].

 

Cirkadiánne rytmy

Zdá sa, že črevné baktérie zohrávajú úlohu pri udržiavaní cirkadiánnych rytmov. Myši bez črevného mikrobiómu a myši liečené antibiotikami mali narušenú cirkadiánnu rytmickosť [157,  158].

U myší hladina baktérií Bacteroidetes počas dňa kolíše, zatiaľ čo sa hladina Firmicutes kolíše len mierne [159].

 

Ďalšie zdravotné stavy

Štúdie tiež zistili súvislosti medzi črevnými baktériami a inými poruchami a chorobami, ako napríklad:

• Ankylozujúca spondylitída [45, 160, 161, 162, 163]
• Schizofrénia [164]
• Poruchy stravovania: mentálna anorexia, bulímia a poruchy príjmu potravy [22, 165]
• Ochorenie obličiek [166, 167]
• Psoriáza [45]
• Žihľavka [168]
• Akné [169]