V našich črevách žije viac baktérií než ľudí na planéte. Ovplyvňujú našu náladu, imunitu, rýchlosť starnutia aj to, či máme chuť na čokoládu alebo zeleninu. Ako tento „druhý mozog“ pracuje a čo mu prospieva, skúma Martin Schwarzer z Mikrobiologického ústavu Akadémie vied ČR.
Laureát ceny Neuron, ktorú udeľuje Nadácia Neuron, pracuje v Laboratóriu gnotobiológie s bezmikróbnymi myšami – zvieratami, ktoré sa nikdy nestretli ani s jedinou živou baktériou. Práve vďaka nim dokáže pochopiť, čo všetko baktérie ovplyvňujú.
Jeho odpoveď? Prakticky všetko. Vďaka prelomovému objavu publikovanému v prestížnom časopise Science ukázal, že bez črevných baktérií nemôžeme optimálne rásť. A že pomáhať nemusia len živé, ale aj mŕtve baktérie. To dáva nádej miliónom detí, ktoré trpia podvýživou.
Podporovať pestrosť mikrobiómu je dôležité aj u nás. V rozhovore Martin Schwarzer vysvetľuje, ako súvisí s dlhovekosťou, prečo podľa neho nemá veľký zmysel platiť za sekvenovanie mikrobiómu a či probiotiká pomáhajú deťom, aby počas zimy neboli tak často choré.
Úplne všetko. Z našich pokusov vyplýva, že baktérie ovplyvňujú celé telo – či už ide o fyziológiu, teda vnútorné telesné procesy, dozrievanie imunitného systému, alebo komunikáciu so slizničnými bunkami.
Úprimne, neviem. Niekoľko starších vedeckých štúdií naznačuje, že by to tak mohlo byť, ale väčšinou pochádzajú zo 60. a 70. rokov minulého storočia, takže k nim pristupujem opatrne. Stálo by to za zopakovanie týchto pokusov. Navyše, nezáleží len na mikrobióme – svoju úlohu určite zohráva aj pohlavie, genetická línia použitých myší či strava.
U bežných myší vieme, že keď im obmedzíme príjem potravy a zavedie sa kalorická reštrikcia, žijú dlhšie než tie, ktoré majú k jedlu neobmedzený prístup.
Dlhší a kvalitnejší život
Myslíte si teda, že mikrobióm prispieva k dlhšiemu životu alebo sú na tom lepšie myši bez baktérií?
To je dobrá otázka. Keď si predstavíte cicavčí organizmus bez bakteriálnych partnerov v čreve, z môjho pohľadu je to, akoby bol sám – niečo mu chýba, niečo, čo by ho stimulovalo a poháňalo. Bezmikróbne myši sú také mdlé, bez iskry, procesy v nich prebiehajú pomalšie.
Keďže nemajú kontakt s baktériami, nemusia si budovať taký rozvinutý imunitný systém ani regulovať toľko procesov. Z mojej skúsenosti mám pocit, že je u nich všetko akoby utlmené.
Môžete to rozviesť?
Najlepším príkladom je práve vývoj imunitného systému. Bez baktérií by na našej planéte nefungovalo nič. Vyvinuli sme sa vo svete, ktorý už baktérie ovládali, a mali sme dve možnosti: buď vynaložiť obrovské množstvo energie na to, aby sme boli bezmikróbni, čo sa ukázalo ako nereálne, alebo si s baktériami vytvoriť partnerstvo – vybrať si tie, s ktorými budeme dlhodobo vychádzať, ubytovať ich v čreve a prenechať im časť funkcií.
Vývoj mikrobiómu závisí od toho, čo do tohto systému vstupuje. U dojčeného dieťaťa je hlavným zdrojom materské mlieko.
Zároveň je potrebné strážiť, aby baktérie zostali tam, kde ich chceme, teda v čreve. A práve to si vyžaduje investíciu do vytrénovaných buniek imunitného systému, ktoré na to všetko dohliadajú.
Odkiaľ sa v nás baktérie berú? Rodíme sa už s nimi?
Vo vede dnes existujú dva tábory. Jeden tvrdí, že mikrobióm existuje už pred narodením, teda že môžeme hovoriť o mikrobióme plodu. Druhý, ku ktorému sa hlásim aj ja, zastáva názor, že pred narodením v plode žiadne živé baktérie nie sú. Plod môže byť ovplyvnený bakteriálnymi metabolitmi, ktoré sa dostávajú z čreva do krvného obehu matky, o tom niet pochýb, ale živé baktérie tam nie sú.
A práve vďaka tomu dokážete získať bezmikróbne myši?
Áno, presne tak. Prvú generáciu bezmikróbnych zvierat vieme získať pomocou takzvanej hysterektómie. To znamená, že sa vyberie maternica s plodmi, jej povrch sa sterilizuje a vnútri sterilného izolátora, ktorý si môžete predstaviť ako plastovú bublinu, sa malé myši vyberú z maternice a musia sa ručne dokrmovať.
Našťastie, my to nemusíme robiť, pretože už máme bezmikróbne myši, takže im nájdeme náhradnú matku, ktorá sa o ne postará. To, že pracujeme s bezmikróbnymi zvieratami, mi umožňuje tvrdiť, že pred narodením tam mikrobióm skutočne nie je a prvé osídlenie sa začína až po pôrode.
Platí to takto aj u ľudí?
Presne tak. U ľudí sa robia rozsiahle výskumy o tom, či spôsob pôrodu ovplyvňuje, ktoré baktérie dieťa získa ako prvé. Vieme, že pri prirodzenom vaginálnom pôrode je dieťa osídlené baktériami z pôrodných ciest matky. A nielen z nich. Počas pôrodu je totiž dieťa otočené tvárou ku konečníku matky, takže dochádza aj k prenosu baktérií z jej čreva. Pri cisárskom reze sú prvé baktérie z kože a z prostredia operačnej sály. Prvotný mikrobióm sa teda líši.
Niektoré asociačné štúdie naznačujú, že to môže zohrávať úlohu vo vývoji imunitného systému a môže to byť príčinou vyššej náchylnosti na alergie či atopiu. Iné štúdie však ukazujú, že hoci sa prvotný mikrobióm líši, po čase, povedzme po mesiaci, sa tieto bakteriálne spoločenstvá zblížia a už sa nedá rozoznať, či sa dieťa narodilo cisárskym rezom alebo prirodzene. Závisí to od prostredia a stravy.
Každý je jedinečný
Ako sa mikrobióm vyvíja? Kedy sa dá povedať, že je ustálený?
Hovorí sa o takzvaných prvých tisíc dňoch, počas ktorých sa mikrobióm formuje. Náš tráviaci systém je v podstate trubica, inkubátor, do ktorého z jednej strany neustále privádzame živiny a z druhej strany odvádzame odpad. Udržiavame v ňom stabilnú teplotu okolo 37 stupňov. Môžeme si predstaviť svoje telo ako pochodujúci inkubátor – aj keď je vonku 20 pod nulou, naše baktérie sú v príjemných 37 stupňoch a majú stále prestretý stôl.
Vývoj mikrobiómu závisí od toho, čo do tohto systému vstupuje. U dojčeného dieťaťa je hlavným zdrojom materské mlieko. Protilátky a prebiotiká v ňom vytvárajú silný selekčný tlak na to, ktoré baktérie sa udržia v čreve.
Keď sa začnú zavádzať príkrmy a dieťa prechádza na stravu bohatšiu na polysacharidy než na bielkoviny, mení sa aj zloženie bakteriálnych spoločenstiev. Hovorí sa, že okolo druhého až tretieho roku sa už mikrobióm svojou diverzitou aj množstvom baktérií veľmi podobá mikrobiómu dospelého človeka.
Má každý človek iný mikrobióm?
Áno. Každý z nás má jedinečný mikrobióm.
Dá sa vôbec povedať, čo je zdravý mikrobióm?
Tomuto pojmu by som sa rád vyhol. Nemôžeme povedať, či je mikrobióm konkrétneho človeka zdravý alebo chorý, pretože ide o veľmi individuálnu záležitosť. To, čo vieme urobiť, je zobrať dostatočne veľkú vzorku mikrobiómov populácie na určitom mieste – povedzme obyvateľov Českej republiky – o ktorých by sme poznali aj ďalšie parametre, a určiť, čo je priemerný zdravý mikrobióm.
Potom môžeme povedať, či sa mikrobióm konkrétneho jedinca tomuto priemeru približuje, alebo sa od neho odchyľuje. Všetko však závisí od referenčného mikrobiómu. Musí ísť o osekvenovanú populáciu u nás, teda o Čechov. Keby sme vzali Holanďanov, výsledok by bol úplne iný.
Forbes Česko s povolením Martina Schwarzera
Líši sa to naozaj tak veľmi?
Môže sa to líšiť výrazne. Napríklad mikrobióm vrcholových športovcov by určite nespadal do oblasti „zdravej populácie“, pretože majú špecificky prispôsobenú stravu a mikrobióm je orientovaný na výkon. O takomto mikrobióme by sa dalo povedať, že nie je úplne zdravý, no pre športovca je v danom momente pravdepodobne optimálny.
Keď sa povie mikrobióm, väčšina ľudí si predstaví črevá. Je to tak?
Áno, ale nie je to úplne presné. Každý slizničný povrch v tele má svoj vlastný mikrobióm. Hovoríme o kožnom mikrobióme, mikrobióme ústnej dutiny či nosovom mikrobióme.
Pri kožnom mikrobióme je zaujímavé, že rôzne časti tela majú rozdielnu mastnotu pokožky. To znamená, že mikrobióm za ušami sa bude líšiť od mikrobiómu na lakti. Pokožka je tam iná a nachádzajú sa tam rôzne látky, na ktorých baktérie žijú a ktoré spotrebúvajú.
A čo črevá?
Ani črevný mikrobióm nie je jednotný. Líši sa v rôznych častiach tráviaceho traktu. V žalúdku je baktérií málo, najviac ich je v hrubom čreve. Je to jedno z najhustejšie osídlených miest na Zemi, pokiaľ ide o počet baktérií.
Tráviaca sústava má za úlohu vstrebávať živiny z potravy. Maximálna absorpcia prebieha v tenkom čreve, teda medzi žalúdkom a hrubým črevom. V tenkom čreve je bakteriálnych spoločenstiev oveľa menej, pretože živiny potrebujeme pre seba a nechceme o ne príliš súťažiť s baktériami.
Nejde nám o to predĺžiť samotný život, ale zdravú časť života. Ak sa niekto dožije 80 rokov, no posledných 15 strávi v zlom zdravotnom stave, asi to nie je cieľ.
Do hrubého čreva sa dostane všetko, čo sme si už neodobrali alebo nevieme využiť. A tam to „servírujeme“ baktériám, našim „spolustolovníkom“.
Rozumiem správne, že o mikrobióme tenkého čreva zatiaľ vieme pomerne málo?
Áno, je to tak. Väčšina údajov o ľudskom mikrobióme pochádza zo vzoriek stolice, pretože ide o veľmi ľahko dostupný materiál. Mňa ako vedca však viac zaujíma tenké črevo a to, ako sa v ňom vstrebávajú živiny. Mikrobióm tenkého čreva je však ťažko dostupný, u ľudí sa z neho vzorky odoberajú komplikovane.
To súvisí s vaším výskumom?
Áno. Skúmame, ako mikrobióm alebo konkrétne bakteriálne kmene dokážu ovplyvňovať vstrebávanie živín z potravy. Sledujeme to najmä v kontexte chronickej podvýživy, keď organizmus nemá dostatok živín na to, aby mohol naplno rásť. Zistili sme, že podaním určitej baktérie vieme organizmu pomôcť rásť aj napriek nedostatku živín. Nerastie síce tak ako pri plnohodnotnej strave, ale dokážeme ho aspoň trochu posunúť.
Týka sa to predovšetkým detí?
Podvýživou sú najviac ohrozené práve deti. U nich je totiž kritické obdobie intenzívneho rastu. Ak sa v tomto období rast zastaví, už ho nikdy úplne nedoženú. Nás zaujíma mechanizmus, ktorým baktérie dokážu pomôcť prekonať fázu nedostatku živín tak, aby sa to čo najmenej prejavilo na konečnej výške, ale aj na vývoji kognitívnych schopností a usporiadania imunitného systému.
Čo ste zatiaľ zistili?
Ukázalo sa, že pomáhať nemusia iba živé baktérie, ako ich poznáme z probiotík. Môžu byť aj mŕtve. Aj v takom prípade totiž prebieha určitá komunikácia medzi baktériou a organizmom. Baktéria má na svojom povrchu bunkovú stenu, ktorú telo rozpozná a „povie si“: Aha, prichádza táto baktéria, musíme na ňu reagovať.
Vraciam sa tým k bezmikróbnym myšiam. Tie žiadne baktérie „nevidia“, stále len čakajú a nemajú na čo reagovať, akoby sa nudili.
Zistili sme, že slizničné bunky tenkého čreva dokážu reagovať na bunkovú stenu alebo dokonca na izolované zložky bunkovej steny baktérií. A práve tieto bunky sú zodpovedné za vstrebávanie živín. Predstavte si to ako hudobný sprievod, ktorý prechádza ulicou. To sú baktérie. Keď idú okolo, ľudia v domoch, teda bunky, otvárajú okná, pozerajú sa, čo sa deje, a hudba ich „roztancuje“.
Návod nie je zložitý
Ako blízko je toto zistenie k praktickému využitiu?
Pokusy s probiotikami už prebiehajú aj v krajinách tretieho sveta, kde sú deti ohrozené podvýživou. Situácia je tu však zložitejšia, pretože podvýživa býva spojená s takzvanou environmentálnou enteropatiou. Ide o stav, keď pri nedostatku živín dochádza k premnoženiu patogénnych baktérií v tenkom čreve. Oslabený organizmus ich nedokáže udržať pod kontrolou.
To vedie k zápalu, k hromadeniu imunitných buniek a k poškodeniu absorpčnej plochy čreva. Tým sa podvýživa ešte prehlbuje, preto to nie je úplne jednoduché.
Podvýživou sú ohrozené aj deti vo vyspelých krajinách, napríklad tie s potravinovými alergiami, ktoré sa musia vyhýbať mnohým potravinám. V extrémnych prípadoch to môže viesť k nedostatku živín.
Laboratórium gnotobiológie – Mikrobiologický ústav Akadémie vied Českej republiky, v. v. i.
Druhou rizikovou skupinou sú starší ľudia. S vekom prirodzene klesá schopnosť vstrebávať živiny. Aj pri kvalitnej strave telo seniora nedokáže využiť živiny tak ako kedysi. Chceli by sme dokázať, že probiotiká alebo určité bakteriálne kmene by mohli tento proces zlepšiť.
To sa dotýka aj trendu longevity. Ako sa dá vstrebávanie živín zlepšiť?
Pomôžem si profesorom Erikom Topolom z USA. Nejde nám o to predĺžiť samotný život, ale zdravú časť života. Ak sa niekto dožije 80 rokov, no posledných 15 strávi v zlom zdravotnom stave, asi to nie je cieľ. Ide o to, aby bol človek funkčný a aktívny čo najdlhšie.
Ako na to?
Rady sú vlastne veľmi jednoduché. Silový tréning trikrát do týždňa, mať zmysel života a stravu bohatú na vlákninu a strukoviny, s obmedzeným množstvom mäsa a celkovou striedmosťou. Čitatelia to teraz vedia a môžu rovno začať. Je to jednoduché… A zároveň ťažké, viem to z vlastnej skúsenosti.
Dobrou správou je, že si pokojne môžete raz do týždňa dopriať aj rýchle občerstvenie. Dôležité je, aby zvyšok týždňa vyzeral inak. Nemusíte sa vzdať sladkostí, ale vyvážte ich pohybom a aktivitou.
Akú rolu v tom hrá psychika? Ovplyvňuje ju mikrobióm?
Ide o spojené nádoby. Existujú takzvané psychobiotiká, bakteriálne kmene, ktoré môžu ovplyvňovať os črevo – mozog. Je to obojsmerné.
Keď ste v strese, telo je napäté, dýchanie plytké, črevá menej pohyblivé. Spomaľuje sa trávenie potravy a niektoré baktérie sa môžu premnožiť. Pri strese sa uvoľňujú hormóny, ktoré presmerujú energiu do svalov a utlmia trávenie. Krátkodobo je to normálne, ale chronický stres je problém. Ten sa často snažíme stlmiť jedlom alebo alkoholom, čo situáciu ešte zhoršuje.
Reaguje mikrobióm na stres?
Určite. Zmeny v mikrobióme so stresom úzko súvisia a existujú štúdie, ktoré ukazujú, že podanie určitých bakteriálnych kmeňov môže zmierňovať príznaky stresu.
Čo pomáha udržať zdravý mikrobióm vo vzťahu k imunite? Pomáhajú deťom probiotiká, aby boli v zime menej choré?
U detí v určitom období, najčastejšie pri nástupe do škôlky alebo do kolektívu, dochádza k stretu s patogénmi, s ktorými sa dovtedy nestretli. Imunitný systém sa musí naučiť reagovať na nové vírusy, baktérie a antigény. Treba počítať s tým, že budú častejšie choré. Je to súčasť tréningu imunity. Zároveň si treba uvedomiť, že nechceme mať „silnú“ imunitu.
Ako to myslíte?
Príliš silná imunita vás môže aj zabiť. Ak reaguje neprimerane, môže poškodiť vlastný organizmus. Potrebujeme vyváženú imunitu. Kľúčom je rovnováha. Imunita má vedieť, kedy zasiahnuť, ale aj kedy prestať.
Antibiotiká sú ako kobercové bombardovanie. Neničia len patogén, ale aj prospešné baktérie.
Rovnaké je to so stresom. Je dobré ho zažiť, ale nárazovo a s vedomím, ako s ním pracovať. Aj so stravou. Keď dostanem chuť na čokoládu, môžem si ju dať, ale potom potrebujem aj strukoviny, zeleninu, ovocie a zdroj vlákniny.
Vysiela nám mikrobióm signály, na čo máme chuť?
Je možné, že áno. Určité baktérie nás môžu viac smerovať k určitým jedlám. Preto má zmysel zaraďovať do jedálnička potraviny bohaté na vlákninu, aby sme podporili baktérie, ktoré ju dokážu spracovať. Vláknina je pre nás nestráviteľná, ale pre baktérie je to potrava.
Dá sa mikrobióm „preprogramovať“?
Môžeme sa o to pokúsiť. Platí, že čím je systém rozmanitejší, tým je stabilnejší. Keď máme pestrý mikrobióm a niektoré baktérie vypadnú, ani si to nemusíme všimnúť. Keď je chudobný, ľahko sa vychýli a niektoré kmene sa premnožia. Baktérie sa navzájom držia na uzde tým, že súťažia o miesto a živiny.
Prostredie má zásadný vplyv
Čo sa stane, keď dva týždne užívam antibiotiká?
Antibiotiká sú ako kobercové bombardovanie. Neničia len patogén, ale aj prospešné baktérie. Na bakteriálne infekcie sú nevyhnutné, no ak nie je kontraindikácia, má zmysel brať spolu s nimi aj probiotiká. Antibiotiká sa vstrebávajú v tenkom čreve, no skôr než sa vstrebú, poškodia aj miestne baktérie. Probiotiká pomáhajú prostredie znovu vyvážiť.
Aký vplyv má prostredie, v ktorom žijeme?
Zásadný. U detí platí, že čím sú špinavšie, tým lepšie. Myslím tým špinu z lesa a záhrady. Nech sa hrabú v hline. Samozrejme, pred jedlom si majú umyť ruky, ale vystavenie prostrediu je kľúčové. Tak získavajú baktérie, ktoré im môžu chýbať.
Moderný životný štýl nás ochudobňuje o kontakt s baktériami zo zvierat, sena, pôdy. Potrebujeme pestrú expozíciu, aby bol mikrobióm bohatý. Platí to aj pre starších ľudí. V jednej štúdii nechali seniorov denne 15 minút dotýkať sa hliny v kvetináči. Po niekoľkých týždňoch mali pestrejšie a stabilnejšie mikrobiómy.
Zaujímavé je aj to, že mikrobiómy členov jednej domácnosti sú si podobnejšie než mikrobiómy príbuzných, ktorí žijú oddelene.
Ako rýchlo sa mikrobióm mení?
Keď myšiam zmeníme stravu, zloženie baktérií sa zmení do 24 hodín. Sekvenovanie mikrobiómu je len momentka, ako pohľad z okna. Nehovorí nám, aký je mikrobióm dlhodobo. Ak jeden deň budete jesť veľa vlákniny, uvidíte veľa „atletických“ baktérií, ale to ešte neznamená, že je to váš stabilný stav.
Má teda sekvenovanie zmysel?
Skôr ako motivácia. Ak niekoho povzbudí k zmene životného štýlu, môže to pomôcť, ale nečakal by som od toho zázraky.
Čo by ste odporučili?
Pozerať sa na vlastné trávenie. Existuje Bristolská škála stolice, ktorá nám dokáže veľa povedať. A probiotiká na mieru? Neveril by som im. Firmy nevedia, aký je pre vás konkrétne „zdravý“ mikrobióm. Baktérie s rovnakým názvom môžu robiť úplne iné veci. Je to ako s dvoma ľuďmi rovnakého mena, jeden je murár, druhý elektrikár. Každý sa hodí na niečo iné.
Článok pôvodne vyšiel na českom Forbes a jeho autorkou je Pavla Francová.
