Bakterie jelitowe a produkcja gazu
Ludzkie jelito zawiera około 38 bilionów komórek drobnoustrojów — mniej więcej tyle, ile komórek ludzkich w ciele. Te mikroorganizmy odpowiadają za produkcję praktycznie całego wodoru, metanu i znacznej części dwutlenku węgla, które tworzą gaz jelitowy. Zrozumienie bakterii jelitowych to w najbardziej dosłownym sensie zrozumienie, skąd biorą się bąki.
Fabryka fermentacji
Gdy węglowodany pokarmowe — zwłaszcza złożone polisacharydy, skrobie oporne i błonnik rozpuszczalny — docierają do okrężnicy niestrawione, stają się substratem fermentacji mikrobiologicznej. Bakterie okrężnicy rozkładają je poprzez fermentację beztlenową, wytwarzając krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA: octan, propionian, maślan), dwutlenek węgla, wodór, a u niektórych osób metan. SCFA są wchłaniane i dostarczają około 10% dobowego spożycia kalorii; gazy są albo wchłaniane, albo metabolizowane przez inne bakterie, albo wydalane. Ta fermentacja mikrobiologiczna nie jest usterką — to podstawowa cecha ludzkiego trawienia, a wytwarzane SCFA są kluczowe dla zdrowia okrężnicy, wpływając na wszystko, od zaopatrzenia kolonocytów w energię po integralność błony śluzowej.
Metanogeny kontra producenci wodoru
Ludzki mikrobiom jelitowy zawiera dwie szerokie kategorie organizmów istotnych dla gazu: fermentery wytwarzające wodór i metanogenne archeony. Większość bakterii jelitowych (Bacteroidetes, Firmicutes) wytwarza wodór jako produkt uboczny fermentacji. Metanogeny — przede wszystkim Methanobrevibacter smithii — zużywają ten wodór i łączą go z dwutlenkiem węgla, wytwarzając metan. Nie wszyscy ludzie mają znaczące populacje M. smithii: tylko około 30–40% dorosłych to „producenci metanu”, czyli w ich wydychanym powietrzu wykrywalny jest metan. U tych osób testy oddechowe wykazują mniej wodoru (bo zużywają go metanogeny), ale więcej metanu. Ten podział decyduje nie tylko o składzie gazu, ale i o efektywności trawienia: metanogeny odzyskują energię z wodoru, subtelnie wpływając na wchłanianie kalorii.
Różnorodność mikrobiomu i zmienność indywidualna
Żadne dwie osoby nie mają takiego samego mikrobiomu jelitowego. Skład bakterii okrężnicy zależy od genetyki, sposobu porodu (naturalny czy cesarskie cięcie), wczesnego karmienia niemowlęcia (pierś czy mleko modyfikowane), historii antybiotyków, diety w ciągu życia, położenia geograficznego i wieku. Ta ogromna zmienność międzyosobnicza tłumaczy, dlaczego identyczne posiłki dają dramatycznie różne ilości gazu u różnych osób. Badanie Sonnenburga i in. z 2015 roku w Nature wykazało, że spożycie błonnika szybko i znacznie przekształca skład mikrobiomu, a ubogie w błonnik diety zachodnie zmniejszają jego różnorodność z pokolenia na pokolenie. Utrata określonych taksonów bakteryjnych wpływa na wzorce fermentacji, co być może tłumaczy, dlaczego dolegliwości żołądkowo-jelitowe są częstsze w populacjach uprzemysłowionych mimo ogólnie lepszego bezpieczeństwa żywności.
Probiotyki, prebiotyki a gazy
Suplementy probiotyczne (zawierające żywe bakterie) i produkty prebiotyczne (zawierające fermentowalne substraty odżywiające pożyteczne bakterie) są szeroko reklamowane dla zdrowia jelit. Dowody na ich wpływ na wzdęcia są niejednoznaczne. Probiotyki zawierające gatunki Lactobacillus i Bifidobacterium mogą u niektórych osób zmniejszać produkcję gazu — zwłaszcza przy nietolerancji laktozy lub dysbiozie poantybiotykowej — wypierając taksony gazotwórcze. Jednak niektóre probiotyki początkowo zwiększają gazy, gdy mikrobiom się dostosowuje. Prebiotyki — inulina, fruktooligosacharydy (FOS) i skrobia oporna — bezpośrednio odżywiają bakterie okrężnicy i niezawodnie zwiększają fermentację oraz produkcję gazu w krótkim okresie. Długoterminowe stosowanie probiotyków i prebiotyków wiąże się na ogół z poprawą zdrowia jelit mimo (a czasem dzięki) przejściowemu wzrostowi gazów.
Czy wiesz, że?
- Ludzkie jelito zawiera około 38 bilionów komórek drobnoustrojów reprezentujących ponad 1000 różnych gatunków.
- Tylko 30–40% dorosłych to „producenci metanu” z wykrywalnym metanem w oddechu, z powodu różnej liczebności metanogennych archeonów.
- Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe wytwarzane przez fermentację jelitową dostarczają około 10% dobowej kaloryczności człowieka.
- Methanobrevibacter smithii to dominujący drobnoustrój wytwarzający metan w ludzkim jelicie, żywiący się wodorem produkowanym przez inne bakterie.
Ciekawostka
Projekt Mikrobiomu Człowieka, finansowany przez NIH i uruchomiony w 2007 roku, zsekwencjonował genomy ponad 10 000 szczepów drobnoustrojów z ludzkiego ciała. Wykazał, że genów mikrobów jelitowych jest około 150 razy więcej niż ludzkich — co czyni nas, genomowo rzecz biorąc, bardziej mikrobami niż ludźmi.
Źródła
- Sender, R. et al. (2016). Revised estimates for the number of human and bacteria cells in the body. Cell, 164(3), 337–340.
- Sonnenburg, E.D. et al. (2015). Diet-induced alterations in gut microflora contribute to lethal pulmonary damage in TLR2/TLR4-deficient mice. Cell Host & Microbe, 17(1), 27–38.
- Levitt, M.D. et al. (1987). Relation of passage of gas and abdominal bloating to colonic gas production. Annals of Internal Medicine, 94(4), 444–446.
- Strocchi, A. et al. (1994). Methane production in the human colon and its relationship with breath hydrogen and colonic pH. Journal of Laboratory and Clinical Medicine, 124(5), 695–702.