Mikrobióm ovplyvňuje obezitu a cukrovku

Schlehe, Julia S .; Ussar, Siegfried

Pestrá strava je dôležitá na udržanie zdravého a rozmanitého črevného mikrobiómu, ktorý podporuje metabolické zdravie.

Obezita aj cukrovka typu 2 sú multifaktoriálne ochorenia a sú založené na úzkej interakcii genetickej predispozície a mnohých environmentálnych vplyvov. Výživa hrá ústrednú úlohu ako „faktor životného prostredia“ pri vývoji týchto chorôb. V posledných rokoch sa ukázalo, že nevyvážená strava môže viesť nielen k príjmu nadbytočných kalórií, ale má aj dramatický vplyv na mikroorganizmy, ktoré kolonizujú ľudský gastrointestinálny trakt.

Systematickým vyšetrením črevného mikrobiómu - súhrnu mikroorganizmov žijúcich v čreve - pomocou sekvenovania DNA a bioinformatických metód sa vo veľkom počte štúdií zistila úzka súvislosť medzi zmenami v črevnej mikrobiote a vývojom rôznych chorôb. patrí sem aj obezita a cukrovka 2. typu (1). Črevná mikrobiota predstavuje zložitý ekosystém pozostávajúci z veľkého množstva hlavne baktérií, ale aj archy a vírusov s hmotnosťou okolo 1,5 kg a obrovskou rozmanitosťou (1).

Výzvy funkčného porozumenia

Doteraz bolo opísaných viac ako 1 000 bakteriálnych druhov, z ktorých iba asi 160 tvorí jadrový mikrobióm, ktorý je možné identifikovať medzi jednotlivcami (2–4). Kombinovaný genóm týchto viac ako 1 000 mikrobiotov prevyšuje ľudský genóm asi stokrát (2). Táto vysoká rozmanitosť a zložitosť mikrobiómu a skutočnosť, že iba zlomok mikrobioty sa dá kultivovať mimo tela, stále predstavuje jednu z najväčších výziev pre funkčné pochopenie črevného mikrobiómu. Napriek tomu bolo úspešných niekoľko klinických štúdií, jednak v Obezita a cukrovka typu 2 na identifikáciu špecifických podpisov mikrobioty alebo jej metabolitov, ktoré môžu predstavovať aspoň základ pre ďalšie funkčné analýzy (4–7). Je však potrebné poznamenať, že zloženie mikrobiómu medzi jednotlivcami veľmi závisí od veku, pohlavia a etnického pôvodu, čo sťažuje aplikáciu týchto výsledkov štúdie na širokú populáciu.

Črevné mikrobioty majú potenciál regulovať telesnú hmotnosť

Vyšetrovanie na myšiach bez zárodkov ukázalo, že pri absencii črevnej mikrobioty dochádza k menšiemu prírastku hmotnosti v porovnaní s myšami konvenčne kolonizovanými baktériami, ak sú tieto myši kŕmené krmivom s vysokým obsahom tuku (8). Na tomto základe bola intestinálna mikrobiota z dvojčiat, ktoré sa líšili z hľadiska obezity, transplantovaná do aseptických myší (9). Dokonca aj keď boli kŕmené stravou s vysokým obsahom rastlinnej hmoty a nízkym obsahom tuku, myši, ktoré dostávali mikrobiotu obéznych dvojčiat, pribrali viac ako myši, ktoré dostávali mikrobiotu chudých dvojčiat. To umožnilo preukázať, že zmeny v črevnej mikrobiote nie sú len dôsledkom obezity, ale naopak, sú tiež významne zapojené do regulácie prírastku hmotnosti (9).

Na prenositeľnosť týchto experimentov na človeka je však potrebné pozerať opatrne, pretože rovnaká štúdia by tiež mohla preukázať, že socializácia myší s „hrubou“ a „tenkou“ mikrobiotou vedie k tomu, že „silné“ myši sú Riedenie “, takže sa mohla zvýšiť rozmanitosť ich mikrobioty a znížiť prírastok hmotnosti. To naznačuje, že črevná mikrobiota má v zásade potenciál regulovať telesnú hmotnosť, ale že skutočné účinky veľmi závisia od zložitých podmienok prostredia.

V zásade sa zistilo, že rozmanitosť mikrobioty má pre „zdravý“ črevný mikrobióm veľký význam a že nevyhnutne nedochádza k zmenám v jednotlivých druhoch baktérií, ale skôr k zmenám vo vzťahoch medzi kmeňmi baktérií a k patologickým zmenám (1).

Napríklad keď priberáte, je veľmi vysoký výskyt Firmicutes v porovnaní s Bacteroides, ktoré kombinujú okolo 90 percent známych druhov baktérií (1, 4). Funkčne sa to prejaví v posunutí výroby mastných kyselín s krátkym reťazcom, pričom u osôb s nadváhou sa tvorí viac propionátu, zatiaľ čo u štíhlych osôb prevláda butyrát (10). Okrem toho veľké množstvo štúdií identifikovalo jednotlivé typy baktérií, ktoré korelujú s rôznymi faktormi, ako je telesná hmotnosť, hladina cukru v krvi, ale aj rôznymi zápalovými parametrami, medzi ktoré patria napríklad Akkermansia muciniphila, Lactobacillus gasseri a Faecalibbacterium prausnitzii (1).

Interpretácia týchto výsledkov je však sťažená, pretože na jednotlivé bakteriálne druhy sa nesmie pozerať izolovane, ale vždy ako na súčasť ekosystému, v ktorom zmeny jedného bakteriálneho druhu menia celý ekosystém, a tým ovplyvňujú početnosť ďalších bakteriálnych druhov. Z tohto dôvodu bol zavedený koncept enterotypov, ktorý sa má chápať ako skupina baktérií, ktoré korelujú spolu s definovanými metabolickými fenotypmi alebo ich priamo ovplyvňujú.

Funkčná sieť namiesto fylogenetického rodokmeňa

Tento nový prístup má zmysel z dôvodu rastúceho počtu údajov o sekvenovaní genómu z rôznych mikrobiómov, pretože taxonomická klasifikácia bakteriálnych druhov, kmeňov atď. Už nie je v popredí, ale skôr funkčným zoskupením založeným na bežných alebo komplementárnych génových funkciách. Vďaka tomuto prístupu, ktorý si získava na popularite, je v popredí namiesto fylogenetického rodokmeňa funkčná sieť.

Bez ohľadu na tento prístup môže čo najrozmanitejší črevný mikrobióm pozitívne ovplyvniť metabolické zdravie hostiteľa, a predstavuje tak atraktívny terapeutický prístup pri metabolickom syndróme.

Počiatočná kolonizácia čreva prebieha počas pôrodu baktériami z matky a stabilnú rovnováhu dosahuje okolo 3. roku života (11, 12). V starobe sa stabilita mikrobiómu opäť znižuje v dôsledku užívania liekov a iných faktorov prostredia (13).

Normálna kolonizácia čreva, ale aj kože a ústnej dutiny prebieha počas a po pôrode vaginálnou mikrobiotou matky a líši sa v prípade pôrodu cisárskym rezom, pretože tu dochádza hlavne ku kolonizácii kožnými baktériami matky, čo vedie k zníženej diverzite. počiatočného mikrobiómu. Je zaujímavé, že táto znížená rozmanitosť je spojená so zvýšeným rizikom vzniku obezity (14).

Presné dôvody tohto spojenia s morbídnou obezitou, ktorá sa v živote detí vyskytuje oveľa neskôr, ešte neboli dostatočne preskúmané. V nedávno publikovanej štúdii sa však ukázalo, že vystavenie detí narodených cisárskym rezom vaginálnej tekutine matky je dostatočné na vytvorenie mikrobiómu podobného mikrobiómu u detí narodených vaginálne (15). Bude preto veľmi poučné sledovať, či má toto vystavenie dlhodobé pozitívne dôsledky.

Okrem typu narodenia zohrávajú pri počiatočnom vývoji rozmanitosti črevného mikrobiómu dôležitú úlohu aj faktory ako genetika dieťaťa, dojčenie versus kŕmenie z fľaše a užívanie antibiotík (1, 4, 14, 16). Typ stravy navyše ovplyvňuje nielen zloženie mikrobiómu v prvých niekoľkých rokoch života, ale počas celého života tiež vytvára stály a silný selekčný tlak na črevné baktérie. Zmena stravovania u dospelých môže viesť k merateľným zmenám v črevnej mikrobiote do troch dní, ktoré sú krátkodobo reverzibilné (17).

Ak však určité živiny alebo vláknina nie sú konzumované dlhší čas, nastávajú v črevnej mikrobiote nevratné zmeny (18). Z tohto dôvodu je tiež potrebné mať na pamäti, že zníženie cukru a škrobu pri liečbe diabetikov by malo byť pravdepodobne sprevádzané pridaním nestráviteľných sacharidov, aby sa zabránilo zníženiu mikrobiálnej rozmanitosti.

Všeobecne je diverzita črevnej mikrobioty vyššia u vegetariánov ako u zmiešaných kohort - hoci vzdanie sa živín zvierat môže tiež viesť k selektívnemu zníženiu individuálnej mikrobioty. Bez ohľadu na typ stravy došlo za posledných 50 rokov k výraznému zníženiu rozmanitosti potravín (19), čo, čo je zaujímavé, koreluje s prudkým nárastom a obezitou a cukrovkou 2. typu. Pestrá strava je tiež dôležitá pre udržanie zdravého a rozmanitého črevného mikrobiómu, ktorý podporuje metabolické zdravie.

Používanie transplantátov stolice na liečbu rôznych chorôb sa datuje pred viac ako 1 000 rokmi a pochádza z Číny. Dnes sa používa na infekcie vyvolané Clostridium difficile (20), aj keď tu je ešte potrebné vyvinúť dostatočne testovanú a štandardizovanú aplikáciu.

Najmä kvôli technickému vývoju v oblasti sekvenovania genómov a bioinformatiky konečne začíname chápať zložitý ekosystém črevného mikrobiómu.
Účinky črevného mikrobiómu nie sú v žiadnom prípade obmedzené na gastrointestinálny trakt, ale sú dôležitou súčasťou regulácie celého organizmu.
Je potrebné preukázať, do akej miery je možné použiť špecifické enterotypy na boj proti obezite alebo cukrovke typu 2 a do akej miery sú tieto lieky lepšie alebo dlhodobejšie účinné ako probiotiká, ktoré sú už v súvislosti s týmito metabolickými chorobami k dispozícii.
Už známe vplyvy mikrobiómu na obezitu a cukrovku však ukazujú, do akej miery ovplyvňuje naše zdravie vzájomné pôsobenie genetických a environmentálnych vplyvov. ▄

Génové centrum a postgraduálna škola pre kvantitatívne biologické vedy
Mníchov, Univerzita Ludwiga Maximiliána

JRG Adipocyty a metabolizmus, Inštitút pre diabetes a obezitu, Diabetické centrum Helmholtz v Helmholtz Zentrum München

Nemecké centrum pre výskum cukrovky (DZD)

Konflikt záujmov: Neexistujú žiadne konflikty záujmov.