Ludzki organizm stanowi bardzo zróżnicowane siedlisko bakterii, wirusów, grzybów. Głównym miejscem ich bytowania są skóra, układ pokarmowy, układ moczowo-płciowy i drogi oddechowe. Najobficiej skolonizowanym i zróżnicowanym gatunkowo środowiskiem są bezsprzecznie, jelita. Przyjmuje się, że ok. 70-75% wszystkich organizmów przebywających w ciele człowieka znajduje się w okrężnicy (główny odcinek jelita grubego).
Jelita są doskonałym miejscem do rozwoju i rozmnażania mikroorganizmów, ponieważ posiadają ogromną powierzchnię (ponad 200 metrów kwadratowych), mają właściwe pH, pasaż treści pokarmowej przebiega stosunkowo wolno oraz zapewniają stały dostęp do pożywienia.
Co wpływa na mikroflorę bakteryjną jelit?
Rozmieszczenie, częstość występowania, gęstość rozmieszczenia, stopień zróżnicowania drobnoustrojów determinowany jest przez cechy organizmu gospodarza. Dużą rolę odgrywają:
- zażywane leki,
- wiek,
- dieta,
- przebyte choroby,
- alergie,
- aktywność fizyczna,
- uwarunkowania genetyczne.
Wstępna kolonizacja organizmu ma miejsce w trakcie narodzin, a konkretnie w chwili, gdy noworodek wydostaje się na zewnątrz przez pochwę kobiety. Początkowo, w skład mikroflory bakteryjnej jelit noworodka wchodzą wyłącznie bakterie należące do szczepów Lactobacillus, Bifidobacterium, Lactococcus. Cechą specyficzną dla tych mikroorganizmów jest umiejętność "racjonalnego" wykorzystywania oligosacharydów obecnych w mleku. Ta właściwość sprawia, że bakterie szybko przyczepiają się do białkowych receptorów zlokalizowanych na powierzchniach komórek tworzących nabłonek jelit i "nie chcą" już nigdy ich opuścić. Z uwagi na stały dostęp do resztek pokarmowych, szybko rozwijają się, rozmnażają i kolonizują pozostałą część jelit. Faktem jest, że komórki odpornościowe rozpoznają je jako ciała pochodzenia egzogennego, ale nie wysyłają w związku z ich obecnością prozapalnych cytokin do jelit, jak to dzieje się w przypadku, gdy jelita są atakowane przez drobnoustroje chorobotwórcze. Mikrobiom jelitowy w wieku 2-3 lat podlega całkowitej zmianie. Dzieje się to w momencie, gdy matczyne mleko zostaje zastąpione innymi pokarmami. Przewagę wówczas zyskują gatunki należące do rodzajów Bacteroides, Bifidobacterium oraz Clostridium leptum i Clostridium cocoides. Mikroflora bakteryjna osoby dorosłej złożona jest z ponad 35000 gatunków bakterii, wśród których przeważają organizmy z metabolizmem aerobowym (tlenowym). Najwięcej występujących gatunków należy do rodzaju Firmicutes i Bacteroides. Nieco mniejsze zasoby stanowią szczepy: Fusobacteria i Cyanobacteria. U ludzi w wieku podeszłym naturalna flora bakteryjna jelit ulega zaburzeniom.
Rola bakterii prebiotycznych w organizmie
Bakterie prebiotyczne są niezbędne człowiekowi do utrzymania stanu zdrowia w dobrobycie. Bakterie mikroflory jelitowej:
- uczestniczą w rozkładaniu niektórych związków chemicznych do postaci prostszych i lepiej przyswajalnych,
- umożliwiają absorpcję niektórych pierwiastków,
- wspomagają procesy odnowy komórek nabłonkowych jelit,
- dostarczają energii kolonocytom (komórki jelitowe),
- wspomagają produkcję śluzu, który ułatwia pasaż treści pokarmowej,
- ochraniają organizm gospodarza przed "nieproszonymi gośćmi".
Zajmując powierzchnię komórek, do których przylegają, nie pozostawiają już żadnych wolnych miejsc dla egzogennych drobnoustrojów. Mikroflora bakteryjna produkuje bakteriocyny - związki chemiczne wykazujące właściwości unieszkodliwiania i hamowania wzrostu innych bakterii. W aktywny sposób motywuje organizm gospodarza do produkcji czynników bakteryjnych. Są to związki chemiczne o charakterze obronnościowym, wśród których wyróżnia się kilka grup, z których każda wykazuje odmienny mechanizm działania. Należą tu enzymy trawienne, peptydy wiążące pierwiastki oraz peptydy, które przerywają błony bakteryjne. Do enzymów trawiennych produkowanych przy pomocy bakteryjnych prebiotyków zaliczamy lizozym oraz seprodycyny o właściwościach proteolitycznych (rozkładają wiązania peptydowe, co prowadzi do rozpadu struktur bakteryjnych do aminokwasów i peptydów) oraz katalitycznych - przyspieszają procesy degradacyjne obcych komórek. Peptydy wiążące pierwiastki to laktoferyna, hepcydyna i kalprotektyna. Pierwsza z wymienionych ogranicza przyrost chorobotwórczych drobnoustrojów, wykazuje skłonności bakteriobójcze wobec bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych. Działa też:
- antywirusowo,
- antygrzybiczo,
- antypasożytniczo.
Kalprotektyna posiada zdolność wiązania jonów wapnia i cynku, co czyni ją związkiem bakteriostatycznym. Hepcydyna działa szybko, a jej stężenie we krwi zależne jest od rozległości stanu zapalnego. Charakteryzują ją właściwości bakterio- i grzybobójcze. Peptydy przerywające błonę komórkową to defensyny, histatyny, białko BP oraz katelicydyny. Defensyny wykazują powinowactwo do błon komórek, które podlegają atakowi przez komórki odpornościowe. Wiążą się do nich i stopniowo przejmują nad nimi kontrolę. Niebawem, metabolizm ofiary zostaje zaburzony, a defensyny nakłaniają je do poddania się i podjęcia apoptozy - programowanej, samobójczej śmierci. Katelicydyny obecne są zarówno we krwi, jak i w tkankach. Aktywnie zabijają bakterie, wirusy i grzyby. Histatyny to niewielka grupa kationowych białek, obecnych w głównej mierze w ślinie. Wykazują aktywność grzybobójczą, zwłaszcza przeciwko Candida albicans i Cryptococcus neofarmans. Białko BP reprezentuje kationowe polipeptydy, których źródłem są granulocyty (rodzaj leukocytów - białych krwinek obronnych). Cechują je właściwości bakteriobójcze biorące się z mocnego powinowactwa do elementu lipopolisacharydu bakteryjnego (LPS) - lipidu, występującego w dużych ilościach w ścianie komóek bakterii Gram-ujemnych. Za sprawą mikroflory bakteryjnej jelit możliwe staje się utrzymanie równowagi immunologicznej. Bakterie prebiotyczne regulują stosunek limfocytów Th1, które biorą udział w reakcjach skierowanych przeciwko wewnątrzkomórkowym patogenom, do limfocytów TH2, które uczestniczą w reakcjach skierowanych przeciwko pasożytom układu pokarmowego. Mikroflora bakteryjna jelit stanowi czynnik regulujący gospodarkę energetyczną. Potrafi modyfikować składniki pokarmowe, takie jak włókna roślinne - błonnik. Oligosacharydy, które bez udziału bakterii nie byłyby przyswajane przez człowieka, pod wpływem mikroflory bakteryjnej zyskują na wartości, gdyż przechodzą w formy łatwo wchłanialne. Ich rolą jest także, produkcja niektórych witamin (K, B1, B6, B12 i kwas foliowy), metabolizowanie leków i rozkład toksyn, mutagenów, substancji o działaniu kancerogennym (powodującym raka), jak np. aminy heterocykliczne. Mikrobiota produkuje także fitazy - enzymy rozkładające, pochodzące z ziaren zbóż kwasy fitowe. Umożliwiają uwolnienie, związanych z kwasami biopierwiastków - wapnia, fosforu, magnezu. Dzięki temu, te minerały stają się dostępne dla organizmu gospodarza.
Mimo, iż prebiotyczne bakterie wykazują pozytywny wpływ na organizm człowieka, niezbilansowana dieta powoduje zaburzenia w składzie i działaniu mikroflory jelit. W efekcie może dojść do rozwoju licznych schorzeń układu pokarmowego. Dostarczanie organizmowi nieoptymalnej ilości wymaganych związków, może sprawić, że nasi jelitowi komensale będą generować mutagenne, teratogenne, karcenogenne czy genotoksyczne produkty (drugorzędowe kwasy żółciowe, związki indolowe). Dieta obfitująca w tłuszcze zwierzęce, a pozbawiona błonnika spowoduje, że kwasy żółciowe będą ulegały większemu, niż zwykle rozpadowi. Ta sytuacja doprowadzi do powstania toksycznego gazu - siarkowodoru, który zapoczątkuje wówczas rozwój przewlekłego stanu zapalnego jelit.
Jeśli natomiast, nie zostanie dostarczona organizmowi zalecana ilość węglowodanów, białka staną się podstawowym substratem energetycznym dla bakterii jelitowych. Jest to patologiczna, niebezpieczna sytuacja, ponieważ białka rozkładają się przez proteazy i endopeptydazy należące do szczepów Bacteroides, Streptococcus, Propionibacterium, Bacillus, Clostridium. Metabolitami pochodzącymi z przemian są wtedy amoniak, indole, związki fenolowe. Jest to grupa związków o działaniu kancerogennym.
Bakterie prebiotyczne aktywnie wspomagają rozkład błonnika - włókna roślinnego, którego ludzki organizm nie potrafi samodzielnie przetworzyć. W skład błonnika wchodzą frakcje, zarówno rozpuszczalne, jak i nierozpuszczalne w wodzie. Pierwsza z nich zawiera inulinę, pektynę, kleje, gumy, żywice, natomiast druga złożona jest z ligniny, skrobi, celuloz i hemiceluloz. Dieta obfitująca w błonnik pozwala na zwiększenie różnorodności bakterii jelitowych. Polisacharydy nie mogą być rozkładane przez nasze enzymy trawienne, a więc podlegają bakteryjnej fermentacji. Proces przeprowadzają szczepy Roseburia, Bifidobacterium oraz Enterobactera. W wyniku kilku etapów przekształcania powstają krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, które stanowią istotny element w utrzymywaniu immunologicznej równowagi. Poza tym, ułatwiają zachowanie ciągłości nabłonka jelit, wzmacniają jego strukturę, pełnią funkcję energetyczną i dla bakterii, i dla komórek jelit. Zapobiegają rozwojowi wielu schorzeń jelitowych (choroba Leśniowskiego-Krohna, niektóre nowotwory jelit) oraz skierowują na szlak śmierci komórki, które są uszkodzone, zniszczone, stare, niepotrzebne bądź zmutowane.
W niektórych sytuacjach flora bakteryjna jelit może ulec zniszczeniu. Czynnikami predysponującymi do zaburzeń są nie tylko błędy dietetyczne i niska aktywność fizyczna, ale i chroniczny stres, zmęczenie, antybiotykoterapia i biegunki (powodowane przez Salmonella sp., Shigella sp., Campylobacter sp., E. coli). W celu odbudowy mikrobiomu należy spożywać produkt obfitujące w bakterie kwasu mlekowego, a więc: jogurty, maślanki, kefiry. Ponadto, bakterie kwasu mlekowego obecne są w kiszonkach, a więc w kapuście i ogórkach kiszonych czy kwasie chlebowym. Właściwości prebiotyczne przypisywane są także czosnkowi, cebuli, ziarnom zbóż (owies, jęczmień, pszenica, gryka), roślinom strączkowym i bananom. Badania naukowe wykazują, że orzechy włoskie, migdały, miód i błonnik mają korzystny wpływ na budowę mikrobiomu jelit.