Psychobiotyki – przyszłość w suplementacji psów?

Mikrobiom to specyficzny i unikatowy dla każdego makroorganizmu (zwierzęcia czy człowieka) zespół drobnoustrojów oraz ich genów, których zmienność zależy od wielu czynników, w tym środowiska, diety czy stanu fizjologicznego organizmu. Zmienność jest dynamiczna, ale najważniejsze jest utrzymanie dynamicznej równowagi między mikrobiomem a żywicielem. Mikrobiom nie jest jednolity, jego skład jest zróżnicowany zależnie od lokalizacji, stąd mówi się o mikrobiomie skóry, błon śluzowych (m.in. jamy nosowej i ustnej, pochwy czy jamy napletka). Mikrobiom przewodu pokarmowego jest najliczniejszym i najbogatszym liczebnością gatunków – u człowieka masa tworzących go drobnoustrojów może sięgać nawet dwóch kilogramów. Mikrobiom przewodu pokarmowego zasiedla cztery przedziały (jamę ustną, żołądek oraz jelita cienkie i grube) o różnych warunkach środowiskowych pod względem zasobności w tlen, odczynu, motoryki itp., stąd też wykazuje znaczne różnice w składzie ilościowym i jakościowym zamieszkujących mikroorganizmów. Temat mikrobiomu jelitowego i jego roli w utrzymaniu funkcji układu pokarmowego oraz wpływu
na odporność jest dość dobrze poznany. Co więcej, okazuje się, że mikrobiom może oddziaływać również na inne narządy organizmu żywiciela, jednym z nich jest mózg.

Tekst: dr Joanna Zarzyńska¹, prof. dr hab. Romuald Zabielski² 

¹ Katedra Higieny Żywności i Ochrony Zdrowia Publicznego,
Instytut Medycyny Weterynaryjnej SGGW w Warszawie

² Centrum Medycyny Translacyjnej SGGW w Warszawie

Czym jest mikrobiom jelitowy?

Mikrobiom jelitowy, wcześniej nazywany mikroflorą jelitową, jest często w literaturze określany jako nowo odkryty narząd (czy też zapomniany narząd). W skład mikrobiomu jelitowego wchodzą bakterie, wirusy, grzyby i archeony. Bakterie stanowią około 95% komórek mikroorganizmów zasiedlających jelita. Liczba identyfikowanych gatunków bakterii gwałtownie powiększyła się dzięki postępom w diagnostyce molekularnej (głównie dzięki sekwencjonowaniu 16s rRNA bądź całego genomu). Obecnie mówi się o 17 rodzinach, 50 rodzajach i ponad 1000 gatunkach. Wcześniej, zanim zastosowano techniki molekularne, hodowano na pożywkach mniej niż 1/10 obecnie identyfikowanych gatunków bakterii. W badaniach genomu mikrobioty jelitowej stwierdzono znaczny udział genów, które nie występują w genomie człowieka/zwierząt (metagenom). Produkty tych genów biorą udział w metabolizmie związków nierozkładanych przez gospodarza (jak np. niektóre węglowodany, aminokwasy, ksenobiotyki) oraz syntezie witamin.

Liczba bakterii oraz ich skład gatunkowy jest zmienny w zależności od odcinka przewodu pokarmowego. Nasz mikrobiom jelitowy jest unikatowy (tak jak linie papilarne) i zmienny. Podobnie jest u zwierząt. Jedynie ok. 1% składu bakterii jest mało zmienny i tworzy tzw. rdzeń mikrobiomu (ang. core microbiome). Zmienność odnotowuje się zarówno u noworodków, jak i u dorosłych osobników, a mają na to wpływ czynniki genetyczne, wiek, płeć, dieta, stres, przebyte infekcje, higieniczne warunki środowiskowe, antybiotykoterapia. U psów istotnym źródłem zmienności są rasa i wielkość zwierzęcia. W warunkach fizjologicznych przewód pokarmowy płodów szczeniąt i kociąt jest sterylny, ale podczas porodu i wędrówki przez kanał rodny otrzymują od matki „pierwszą wyprawkę” w postaci przedstawicielstwa mikrobiomu błon śluzowych pochwy. „Druga wyprawkę” stanowi mikrobiom jamy ustnej naniesiony na noworodka w czasie jego wylizywania przez matkę oraz mikrobiom skóry okolicy sutków podczas ssania siary. W międzyczasie „wyprawki” te są wzbogacane o mikroorganizmy z najbliższego środowiska. Budowanie mikrobiomu noworodka odbywa się na zasadzie „kto pierwszy, ten lepszy”, stąd niezwykle ważne jest, aby matka i najbliższe środowisko dostarczyło noworodkowi wyłącznie pożądane drobnoustroje. Brak w jelicie określonych drobnoustrojów na wczesnym etapie życia (np. jako efekt porodu poprzez cesarskie cięcie, brak fizycznego kontaktu i ssania matki) może skutkować poważnymi konsekwencjami, np. nadmierną reaktywnością na stres. W jelicie cienkim człowieka występują głównie bakterie względnie beztlenowe i tlenowe (np. Lactobacillus spp., Enterococcus, Staphylococcus, Bifidobacterium), a w okrężnicy dominują bezwzględne beztlenowce (Bacteroidetes i Firmicutes, które obejmują grupy: Clostridium, Ruminococcus spp., Faecalibacterium spp. oraz Dorea spp.). U dorosłego psa w jelicie cienkim stwierdzono 10²-10⁵ jtk/g treści (w jelicie krętym nawet do 10⁹ jtk/g treści), natomiast w okrężnicy 10⁸-10¹¹ jtk/g. Większość, bo aż 99% bioty jelitowej psów i kotów, stanowią Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Fusobacteria. W żołądku stwierdzane są Helicobacter spp., Actionobacillus i Streptococcus spp. Jelito cienkie zasiedlają Clostridium spp., Lactobacilles i Proteobacteria, podczas gdy w okrężnicy dominują Clostridiales, Bacteroides spp., Prevotella i Fusobacteria. Mikrobiom zdrowych psów jest zdominowany przez trzy typy: Firmicutes, Bacteroidetes i Fusobacterium. W ich obrębie wyróżnia się głównie Clostridia i Bacilli, natomiast liczebność Prevotella i Bacteroides jest bardzo zróżnicowana u różnie karmionych psów. 

Rola mikrobiomu jelitowego

Mikrobiota kolonizuje – zasiedla niszę środowiskową przewodu pokarmowego i między szczepami drobnoustrojów a gospodarzem panuje mutualizm – każda ze stron czerpie korzyści. Mówiąc o zasiedlaniu, mamy tu na myśli ustalenie fizycznego kontaktu z receptorami na błonie wierzchołkowej enterocytu albo uwięźnięcie w siateczce śluzu osłaniającego nabłonek kosmków i krypt jelitowych. Część drobnoustrojów jest niesiona z treścią pokarmową i złuszczonym śluzem i nabłonkami (te ostatnie najkrócej przebywają w świetle jelita). Drobnoustroje tworzące mikrobiom stymulują regenerację błony śluzowej i zapewniają integralność nabłonka jelitowego oraz regulują perystaltykę jelit. Ponadto biorą udział w trawieniu i wchłanianiu składników pokarmu. Na przykład bakterie biorą udział w przetwarzaniu azotu i lipidów, modyfikują metabolizm cholesterolu oraz syntetyzują witaminy (B₁₂, kwas foliowy, K i kwas pantotenowy). Wytwarzane podczas bakteryjnej fermentacji węglowodanów pokarmowych krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (z ang. SCFA – kwas octowy, propionowy i masłowy) są istotnym substratem dla innych drobnoustrojów oraz komórek nabłonka jelitowego. Wśród nich na szczególne wyróżnienie zasługują bakterie butyrogenne, wytwarzające kwas masłowy, który jest istotnym dawcą energii niezbędnej do życia kolonocytów w okrężnicy (do 7% energii metabolicznej u psów jest wytwarzanej z fermentacji węglowodanów w okrężnicy). Ponadto kwas masłowy z jednej strony stymuluje proliferację zdrowych komórek nabłonka, a z drugiej pobudza apoptozę komórek nabłonka okrężnicy zmienionych nowotworowo (tzw. paradoks maślanu – butyrate paradox). Poza istotną rolą w procesach odnowy nabłonka, kwas masłowy wykazuje działanie bakteriobójcze (wobec bakterii wrażliwych na niskie pH: E. coli, Clostridia spp., Salmonella spp., Listeria spp.) i przeciwzapalne, a także uczestniczy w regulacji uczucia sytości i pobudza aktywność motoryczną przewodu pokarmowego poprzez receptory dla SCFA. Szczególnie znaczenie w aspekcie zdrowia makroorganizmu mają przemiany pierwotnych kwasów tłuszczowych do wtórnych, które zachodzą przy udziale Clostridium hiranonis. Bakterie uczestniczą także w kształtowaniu nieswoistych mechanizmów odpornościowych. Zwiększają aktywność przeciwciał, a także syntetyzują neurotransmitery.

Oś mózgowo-jelitowa

Doktor Gershon z Columbia University Medical Center jest twórcą pojęcia „mózg jelitowy”. Badacz zauważył, że w ścianie jelita są zlokalizowane neurony uporządkowane w struktury nerwowe (zwoje podśluzówkowe i międzymięśniowe) w liczbie znacznie przekraczającej tę w rdzeniu kręgowym. Ten swoisty układ nerwowy jelita (ang. enteric nervous system, ENS), mimo że jest zintegrowany z centralnym układem nerwowym poprzez autonomiczne unerwienie współczulne i przywspółczulne, posiada sporą dozę autonomii. Dla podkreślenia rangi komunikacji ENS z ośrodkowym układem nerwowym w regulacji pobierania pokarmu i funkcji trawiennych struktury składowe określono terminem „oś mózgowo-jelitowa” (ang. Brain-Gut Axis). Nowsze badania donoszą o oddziaływaniach drobnoustrojów mikrobiomu jelitowego z zakończeniami nerwowymi ENS bezpośrednio albo za pośrednictwem komórek nabłonka. Zatem bakterie w jelicie tworzą skomplikowaną wspólnotę, komunikując się między sobą, wymieniając substratami i konkurując o możliwość skolonizowania komórek nabłonka, wchodzą także w interakcje z komórkami gospodarza, tworząc wielokierunkową sieć powiązań mikrobiom – żywiciel i aktywny ekosystem decydujący o zdrowiu czy chorobie (zarówno własnej, jak i gospodarza). Część interakcji między mikrobiomem jelitowym a komórkami żywiciela dociera echem do centralnego układu nerwowego za sprawą osi mózgowo-jelitowej. Komunikacja mikrobiomu z mózgiem poprzez oś mózgowo-jelitową jest obustronna i może się odbywać na kilku płaszczyznach: neuronalnej (poprzez ENS), endokrynnej (poprzez komórki endokrynne jelita), metabolicznej (metabolizm błony śluzowej jelita), immunologicznej (poprzez komórki immunologiczne błony śluzowej jelita). Stąd np. długotrwały stres wywiera niekorzystny wpływ na funkcjonowanie jelit (motorykę, regenerację nabłonka itp.), ale też może doprowadzić do zwiększenia ilości niepożądanych drobnoustrojów, np. z rodzaju Clostridium. Z praktycznego punktu widzenia warto zatem, aby np. terapia behawioralna u psów była łączona z dietoterapią.

W jaki sposób mikrobiom jelita może oddziaływać na oś mózgowo-jelitową?

Najkrócej mówiąc, za pośrednictwem wydzielanych przez poszczególne drobnoustroje metabolitów, które mogą oddziaływać jako substancja sygnalna (kwas masłowy), substrat/ prekursor neuroprzekaźników (tryptofan), neuroprzekaźnik (np. serotonina) albo stymulować uwalnianie sporej grupy neuromediatorów/ mediatorów przez zakończenia nerwowe i komórki nabłonka, w tym także komórki układu immunologicznego jelita. Wszystkie te komórki mogą po uwolnieniu…

Pełną treść artykułu znajdziesz w numerze Pies Rasowy 50/2023!