Metanogeny: archeony stojące za metanowymi gazami
Nie wszystkie gazy jelitowe pochodzą od bakterii. Grupa pradawnych jednokomórkowych organizmów zwanych metanogenami po cichu zamienia wodór w metan głęboko w ludzkim jelicie, wpływając na to, jak pachną wzdęcia, czy się unoszą, a nawet jak szybko porusza się jelito.
Czym są metanogeny?
Metanogeny to mikroorganizmy należące do domeny archeonów, a nie bakterii, ewolucyjnie bardzo stara linia, która rozwija się w środowiskach pozbawionych tlenu, takich jak bagna, pola ryżowe, głębinowe kominy hydrotermalne i przewody pokarmowe zwierząt. W ludzkim jelicie grubym dominującym metanogenem jest Methanobrevibacter smithii, który u niektórych osób może stanowić nawet dziesięć procent wszystkich mikrobów beztlenowych. W przeciwieństwie do bakterii fermentujących nasze jedzenie, metanogeny nie rozkładają węglowodanów bezpośrednio. Zamiast tego żyją, pochłaniając produkty uboczne fermentacji bakteryjnej, głównie wodór i dwutlenek węgla, i łącząc je w metan. Ta metaboliczna współpraca, zwana syntrofią, utrzymuje niski poziom wodoru i pozwala całej społeczności mikrobów działać wydajniej. Około trzydziestu do pięćdziesięciu procent dorosłych nosi dość metanogenów, by w ich oddechu i gazach dało się zmierzyć metan.
Jak powstaje metan w jelicie
Biochemia wytwarzania metanu, zwana metanogenezą, to jeden z najstarszych szlaków generujących energię na Ziemi. Methanobrevibacter smithii pobiera cztery cząsteczki wodoru i jedną dwutlenku węgla i poprzez szereg etapów sterowanych enzymami z udziałem kofaktora koenzymu M wytwarza jedną cząsteczkę metanu oraz wodę. Nieustannie odprowadzając wodór, metanogeny zapobiegają jego gromadzeniu; w przeciwnym razie wysokie stężenia wodoru bardzo spowolniłyby fermentację bakteryjną. W efekcie ekosystem jelitowy jest spokojniejszy i wydajniejszy. Sam metan jest bezbarwny i bezwonny, więc gazy bogate w metan nie należą do cuchnących; smród pochodzi od związków siarki wytwarzanych przez zupełnie inne mikroby. Ponieważ metan jest lżejszy od powietrza, ale miesza się z cięższymi gazami jelitowymi, aktywność metanogenów wpływa też na wyporność i dźwięk wzdęć.
Metanogeny, zaparcia i zdrowie
Naukowcy coraz częściej wiążą obfitość jelitowych metanogenów z wolniejszym pasażem. Metan wydaje się działać bezpośrednio na mięśnie gładkie jelita, zmniejszając prędkość perystaltyki i sprzyjając zaparciom. Z tego związku wyrósł uznany obraz kliniczny, tak zwany przerost metanogenów jelitowych, czyli IMO, rozpoznawany, gdy test oddechowy wykazuje podwyższony metan. IMO często występuje u osób z zespołem jelita drażliwego z przewagą zaparć i wiąże się ze wzdęciami oraz uczuciem niepełnego wypróżnienia. Niektóre badania donoszą również o powiązaniach między poziomem metanogenów a masą ciała, choć dowody pozostają niejednoznaczne i dalekie od rozstrzygnięcia. Potwierdzone IMO lekarze mogą leczyć swoistymi antybiotykami działającymi zarówno na bakterie, jak i archeony, czasem wraz ze zmianami w diecie. Co ważne, noszenie metanogenów jest całkowicie normalne dla dużej części zdrowych ludzi i samo w sobie nie oznacza choroby.
Jak mierzyć metan i nad nim panować
Standardowym sposobem wykrywania jelitowych metanogenów jest wodorowo-metanowy test oddechowy, w którym osoba wypija roztwór cukru, a następnie w ustalonych odstępach wydycha powietrze do urządzenia. Ponieważ część metanu wytworzonego w jelicie grubym wchłania się do krwi i jest uwalniana przez płuca, stężenie w oddechu daje wygodne okno na aktywność archeonów. Panowanie nad nadmiarem metanu zwykle zaczyna się od diety: ograniczenie fermentujących węglowodanów dzięki podejściu o niskiej zawartości FODMAP zmniejsza dopływ wodoru, od którego zależą metanogeny. Regularna aktywność fizyczna i odpowiednie nawodnienie wspierają zdrowy pasaż, pośrednio ograniczając zapierające działanie metanu. Probiotyki i niektóre związki roślinne są badane pod kątem zdolności do modulowania populacji metanogenów, ale żadna pojedyncza metoda nie działa u każdego. Dla większości ludzi archeony wytwarzające metan są po prostu naturalnym, trwającym całe życie elementem zrównoważonego mikrobiomu.
Czy wiesz, że?
- Metanogeny należą do domeny archeonów, gałęzi życia równie odmiennej od bakterii, jak zwierzęta różnią się od roślin.
- Sam metan nie ma zapachu, więc gazy bogate w metan należą do najmniej woniejących.
- Wysoki metan w teście oddechowym to jedna ze wskazówek, których lekarze używają do rozpoznania zespołu jelita drażliwego z zaparciami.
- Methanobrevibacter smithii to często zdecydowanie najliczniejszy archeon żyjący w ludzkim ciele.
Ciekawostka
Metan może sprawiać, że stolec unosi się na wodzie zamiast tonąć, dlatego osoby wytwarzające dużo metanu częściej zauważają swoje wypróżnienia pływające na powierzchni.
Źródła
- Triantafyllou K, Chang C, Pimentel M, Methanogens, Methane and Gastrointestinal Motility, Journal of Neurogastroenterology and Motility, 2014
- Samuel BS et al., Genomic and metabolic adaptations of Methanobrevibacter smithii to the human gut, PNAS, 2007
- Pimentel M et al., Methane Production During Lactulose Breath Test Is Associated with Gastrointestinal Disease, Digestive Diseases and Sciences, 2003