Człowiek – maszyna na bakterie

Maleńkie organizmy spieszą się, załatwiają swoje sprawy, rozmnażają się, kłócą o miejsce do życia. A nawet toczą ze sobą śmiertelne pojedynki. I jak każdy z nas – w końcu giną. Jedne żyją samotnie, inne tylko w koloniach. Potrafią się zwoływać i ze sobą rozmawiać. Bakterie wpływają na twoje życie bardziej, niż myślisz.

Tekst: Margit Kossobudzka

Zdjęcie główne: Nick Cozier / unsplash.com

Ten artykuł przeczytasz w mniej niż 19 minut!

Miałam 14 lat, gdy po raz pierwszy przeczytałam Wojnę światów Herberta George’a Wellsa. To były początki mojej fascynacji science fiction, która została mi do dziś. Powieść zrobiła na mnie piorunujące wrażenie. Gatunek ludzki zaatakowany przez Marsjan nie ma nic do powiedzenia. Nie mamy szans na przetrwanie, przegrywamy z obcymi wojnę. Do czasu, gdy na pomoc przychodzi nam niezwykły wybawiciel. Nie są nim wcale zdobycze technologii – te wszystkie rakiety, pociski, pola ochronne itd., znane z dzisiejszych filmów. Nie jest to nawet żaden nadczłowiek – superbohater gotowy poświęcić wszystko dla dobra ludzkości. Marsjan wykańczają niewidoczne gołym okiem mikroby. Ziemskie bakterie, do których człowiek przywykł, a dla najeźdźców okazały się zabójcze*. […]

Nie jesteśmy tu jedyni**

Przyzwyczailiśmy się stawiać człowieka na samym szczycie ziemskiego życia. Wszak to my rządzimy światem, bo po prostu mamy rozum. Jesteśmy świadomi tego, co wokół nas się dzieje, rozumiemy nieuchronność śmierci, umiemy przewidywać i wyciągać wnioski. Inne gatunki tego nie potrafią. Czyżby? Przecież lawinowo przybywa badań, które dowodzą, jak inteligentne są zwierzęta. I coraz więcej mówi się też o inteligencji roślin. Porzucając jednak ten bardzo ciekawy wątek, tak naprawdę Ziemią rządzą mikroorganizmy, a nie my. Były od samego początku rozwoju życia na tej planecie. Były tu zawsze. Także wtedy, gdy człowiek dopiero stawiał pierwsze kroki. To my musieliśmy nauczyć się z nimi współistnieć, tak by nie spotkał nas los Marsjan z Wojny światów.

Przez setki tysięcy lat płaciliśmy za życie z drobnoustrojami pewną cenę. Na początku XX wieku choroby zakaźne zabijały miliony ludzi rocznie. Oczywiście, człowiek nie był wobec tych patogennych mikrobów bezbronny – natura wyposażyła nas w systemy całkiem niezłej obrony przed drobnoustrojami. Gdyby tak nie było, nie przetrwalibyśmy. Jednak koniec końców to mikroby trzymały nas w szachu.

Układ sił zmienił się zasadniczo, gdy w piątek 28 września 1928 r. szkocki bakteriolog Alexander Fleming zszedł do swojej pracowni w Szpitalu Świętej Marii w Londynie. Panował tam spory bałagan. Niektóre z szalek, na których rosły chorobotwórcze gronkowce, zostały zanieczyszczone panoszącą się w powietrzu pleśnią. Dla naukowca to zazwyczaj praca wyrzucona do kosza. Tym razem jednak Fleming, zamiast pozbyć się hodowli, przyjrzał się jej uważnie. Pleśń na gronkowcu rozwijała się świetnie, a między grzybem a bakteriami była wyraźna przerwa. Wyglądało to tak, jakby kolonie gronkowca dosłownie rozpuściły się pod wpływem rozwoju pleśni.

Fleming był naukowcem, wyczuł, że to coś niezwykłego. Zwłaszcza że kilka lat wcześniej odkrył lizozym – naturalną bakteriobójczą substancję znajdującą się m.in. w ludzkich łzach.

Rok później uczony wyizolował z hodowli pędzlaka (Penicillium notatum)związek, który zabijał gronkowce – penicylinę. Ten pierwszy na świecie antybiotyk zrewolucjonizował medycynę drugiej połowy XX wieku, zaś groźne choroby wirusowe (ale też bakteryjne) zostały opanowane dzięki szczepieniom. Antybiotyki ocaliły setki milionów istnień, ale – jak się okazało – miało to swoją cenę. Antybiotyki nie działają wybiórczo, zabijają zarówno te „złe”, patogenne drobnoustroje, jak i te zupełnie nieszkodliwe. A tych nieszkodliwych drobnoustrojów jest znacznie więcej niż złych. I nie możemy się ich zupełnie pozbyć, bo sami zginiemy. […]

Ludzki mikrob czyni dobro

Nauka szła do przodu, rozwinęła się nowa jej gałąź – genetyka. Momentem jej triumfu było odczytanie ludzkiego genomu w 2000 r., nazwane przez ówczesnego prezydenta USA Billa Clintona „odczytaniem księgi życia”. Ale w tej „księdze” zapisane jest nie tylko nasze życie. Odbijają się w niej także miliony lat naszej ewolucji z mikrobami. […]Nowoczesna genetyka pozwoliła dowieść, że ludzki organizm jest wypełniony po brzegi genami drobnoustrojów. Nie można tych mikrobów i wirusów zobaczyć, bo nie dają się hodować tradycyjnymi metodami. […]

Te biliony nie naszych komórek są z nami jednak ściśle związane. Cały ten świat nazywany jest dziś mikrobiotą i mikrobiomem. Wszystkie bakterie, wirusy i grzyby, które zamieszkują nasze ciało, cały czas coś z nami i w nas robią. […]Ludzki mikrobiom jest tak ważny dla naszego zdrowia, że prestiżowy magazyn „Nature” nazwał go „Bohaterem roku 2015”. Bohaterem zbiorowym. […]

Jeśli nasze bakterie „chorują”, choruje też nasze ciało

Nasza mikrobiota (jelit, skóry, jamy ustnej itd.), jeśli jest prawidłowa, stanowi silną tarczę chroniącą nasze zdrowie. Ale jeśli nasze bakterie „chorują”, choruje też nasze ciało. I to jest zasada najważniejsza – nie da się oddzielić naszego ciała od relacji z zamieszkującymi nas drobnoustrojami. Jesteśmy jak matrioszka – jedna lalka w drugiej.

Myśląc o zdrowym stylu życia, musimy mieć na uwadze także to, co dobre dla naszych najbliższych mikroprzyjaciół. Bo to przecież są nasi przyjaciele! Towarzyszą nam od początku. Chronią przed patogenami, uczą nasz układ odpornościowy, jak reagować na zagrożenia, produkują substancje, które mają wpływ na nasz nastrój, karmią komórki naszych jelit wytwarzanymi przez siebie związkami… Bez dobrej mikrobioty nie uda nam się zachować zdrowia, oprzeć chorobom cywilizacyjnym, poradzić sobie z coraz większym stresem, dożyć stu lat… ani nawet schudnąć. […]

Poznanie mechanizmów naszych relacji z mikroorganizmami może się okazać kluczem do medycyny przyszłości, w tym tej spersonalizowanej, czyli dostosowanej do każdego człowieka. […] Już dziś coraz śmielej mówi się o „zarządzaniu mikrobiomem”, jako recepcie na zdrowsze życie. Coraz częściej słychać, również wśród lekarzy, o konieczności powrotu do natury i mobilizowania naszych własnych sił (w tym sił drobnoustrojów) do walki z chorobami cywilizacyjnymi. […]

To nie znaczy, że klasyczna medycyna, antybiotyki czy szczepienia, wszystkie wspaniałe zdobycze medycyny przestaną mieć znaczenie. Będą nadal niezbędne, ale chodzi o to, by nie zapominać, że nawet najbardziej zaawansowana medycyna nie może oderwać (przynajmniej na razie) człowieka od reguł przyrody, cyklów dobowych, potrzeby snu, jedzenia i ruchu. […]Nic nie robimy bez udziału naszych mikroprzyjaciół. Człowiek tak naprawdę jest maszyną na bakterie. I to jest fascynujące. […]

Ruch to życie

Choć mikroby „siedzą” w jelitach i raczej nie robią sobie szybkich biegów po naszym nabłonku, to jednak uwielbiają, kiedy my się ruszamy. Jak to działa?

Zwiększenie aktywności fizycznej może też zwiększyć liczbę pożytecznych gatunków drobnoustrojów. Ćwiczenia o umiarkowanej intensywności przyspieszają pasaż jelitowy, a tym samym skracają czas kontaktu między patogenami a warstwą śluzu żołądkowo-jelitowego. Mają więc działanie ochronne, zmniejszając ryzyko raka okrężnicy, uchyłków i zapalenia jelit. Ponadto nawet w diecie wysokotłuszczowej ćwiczenia mogą pomagać w utrzymaniu zdrowego nabłonka jelit. Zachowują się na nim dobre mikroby, a te patogenne mniej chętnie się osiedlają.

W jelicie grubym bakterie m.in. rozkładają docierające tu składniki pokarmowe, które nie zostały strawione w jelicie cienkim. Odbywa się to za pomocą procesu fermentacji, a jego efektem są głównie kwas mlekowy oraz krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA – short-chain fatty acids). To przede wszystkim octany, propioniany oraz maślany. Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe są źródłem energii dla komórek nabłonkowych okrężnicy, obniżają pH, zwiększają wchłanianie wapnia, żelaza oraz magnezu, korzystnie wpływają na przemianę glukozy i białek w wątrobie; uważa się również, że mają działanie przeciwzapalne, a być może również przeciwnowotworowe.

Mikroby pomagają wygrywać

Być może najlepsi sportowcy częściowo zawdzięczają swoje sukcesy bakteriom zamieszkującym ich układ pokarmowy. Na to wskazują badania naukowców z Harvardu.

Uczeni przebadali mikrobiom biegaczy długodystansowych i wioślarzy. Wyniki przedstawili na kongresie Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego. […]Naukowcy szukali różnic wśród bakterii dominujących w jelitach zawodników przed wyścigiem i po nim. W próbkach […] pobranych od biegaczy po maratonie znaleźli duże ilości bakterii, które specjalizują się w rozkładaniu kwasu mlekowego. Podczas intensywnego wysiłku, z powodu niedotlenienia, nasze komórki czasowo przerzucają się na metabolizm beztlenowy i jako produkt uboczny wydzielają kwas mlekowy. A mięśnie zakwaszone, jak wiadomo wszystkim sportowcom, długo nie pociągną. Dlatego obecność bakterii rozkładających kwas mlekowy jest tak bardzo pożądana. […]

Mikroby jelitowe wpływają nie tylko na nasz metabolizm, ale także na stany zapalne oraz układ nerwowy

Mikroby jelitowe wpływają nie tylko na nasz metabolizm, ale także na stany zapalne oraz układ nerwowy. Dlatego zastanawiam się, czy można by zbadać biologię organizmu np. Michaela Jordana, potem podać ją w pigułce innym sportowcom, żeby pomóc im w osiągnięciu rezultatów na miarę Jordana – mówił dr Jonathan Scheiman, jeden z autorów badania.

Wyniki pierwszego badania opublikowano w „Gut Microbes”. W jego trakcie naukowcy podzielili myszy na trzy grupy. W pierwszej znalazły się gryzonie prowadzące zdecydowanie siedzący tryb życia. W drugiej gryzonie miały dostęp do kołowrotka karuzeli, czyli była to grupa „ćwicząca”. W trzeciej grupie znalazły się myszy, które nie spędzały większości czasu na bieganiu. Miały one jednak jeszcze jedną ważną cechę – były wychowywane w całkowicie sterylnych warunkach i pozbawione własnej mikrobioty. Badacze pobierali próbki […] od myszy z dwóch pierwszych grup, po czym przeszczepiali je gryzoniom z trzeciej grupy. Jak można się było spodziewać, w organizmach myszy z trzeciej grupy rozwinęła się mikrobiota przypominająca tę u myszy dawców.

Myszy, które dostały próbki od myszy sportowców, rozwinęły mikrobiotę bogatą w gatunki bakterii związane z produkcją SCFA, w tym bakterie stymulujące wytwarzanie maślanów, które mogą hamować procesy zapalne i bardzo dobrze wpływać na pracę jelit. Gdy badacze podali tym myszom substancje powodujące zapalenie jelit, okazało się, że w ich organizmach szybko pojawiły się cząsteczki hamujące to zapalenie i pomagające szybko wrócić do zdrowia.

Na podstawie tych obserwacji naukowcy wysnuli wniosek, iż ćwiczenia fizyczne powodują istotne zmiany w obrębie mikrobioty myszy. Oczywiście w tym momencie należało zadać kluczowe pytanie: czy to wszystko dzieje się także u ludzi?

Spadek formy to nieszczęście

By znaleźć odpowiedź, przeprowadzono kolejny eksperyment. Jego wyniki opublikowano na łamach magazynu „Medicine & Science in Sports & Exercise”. Udział wzięły w nim 32 dorosłe osoby. Wszystkie dotychczas prowadziły siedzący tryb życia, przy czym 18 udawało się pomimo to utrzymywać szczupłą sylwetkę, pozostałe 14 osób miało już problem z otyłością. Wszystkim ochotnikom zalecono specjalnie opracowany program: 3060 minut ćwiczeń, trzy razy w tygodniu, przez sześć tygodni. Następnie zalecono wszystkim (trwający również sześć tygodni) powrót do siedzącego trybu życia. […] – Okazało się, że u wszystkich uczestników w trakcie regularnych ćwiczeń fizycznych wyraźnie wzrastał poziom krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (szczególnie maślanów), który jednak spadał w momencie, gdy przestawiali się z powrotem na siedzący tryb życia – twierdzą naukowcy z Illinois.

Za pomocą testów genetycznych potwierdzili oni również, że namnażały się przede wszystkim te szczepy bakterii, które wiąże się ze wzmożoną produkcją SCFA. – Największy wzrost zaobserwowaliśmy u tych osób, które na początku miały szczupłą sylwetkę – piszą. Naukowcy sugerują, że ćwiczenia odgrywają ważną rolę w zapobieganiu otyłości wywołanej dietą, nie tylko wydatkując kalorie, ale tworząc „zestaw mikrobiologiczny” dla szczupłych.

* Fragment książki „Człowiek na bakterie. Jak czerpać energię i zdrowie z jelit”.
** Wszystkie śródtytuły pochodzą od redakcji.

Margit Kossobudzka. Dziennikarka naukowa i medyczna, od 15 lat związana z „Gazetą Wyborczą”. Z wykształcenia mikrobiolog środowiskowy, ukończyła Wydział Biologii Uniwersytetu Warszawskiego. Najchętniej pisze o profilaktyce, badaniach dotyczących wpływu stylu życia na zdrowie. Współautorka książek „Udar. Poradnik dla pacjentów i ich bliskich” i „Jak dobrze żyć z cukrzycą”. Lubi deszcz i ciasto drożdżowe.