Mikrobiota jelitowa odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu integralności bariery jelitowej, regulacji odporności oraz metabolizmu składników odżywczych. Coraz więcej badań wskazuje, że zaburzenia w składzie mikroflory jelitowej – określane jako dysbioza jelitowa – mogą prowadzić do głębokich zmian w funkcjonowaniu nabłonka jelita.
Nowe badanie opublikowane w czasopiśmie „Gut Microbes” dostarcza ważnych danych na temat tego, jak redukcja bakterii jelitowych wpływa na komórki odpowiedzialne za ochronę ściany jelita. Wyniki zespołu naukowców z Uniwersytetu Stanowego Campinas (UNICAMP) w Brazylii pokazują, że utrata mikrobiomu może zmieniać funkcję komórek produkujących śluz i jednocześnie wpływać na procesy wchłaniania składników odżywczych. Odkrycia te mogą mieć szczególne znaczenie dla zrozumienia zmian zachodzących w jelitach wraz z wiekiem oraz w przebiegu chorób zapalnych jelit.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak redukcja mikrobioty jelitowej wpływa na funkcjonowanie komórek nabłonka jelita grubego i produkcję śluzu chroniącego barierę jelitową
- Dlaczego maślan – metabolit powstający podczas fermentacji błonnika – reguluje liczebność komórek o podwójnej funkcji w jelicie
- W jaki sposób komórki wcześniej uznawane wyłącznie za wydzielające śluz mogą także wchłaniać składniki odżywcze
- Dlaczego zmiany w mikrobiomie związane ze starzeniem lub antybiotykoterapią mogą prowadzić do adaptacyjnej przebudowy nabłonka jelitowego
Mikrobiota jelitowa jako regulator bariery jelitowej
Nabłonek jelita grubego stanowi jedną z najważniejszych barier biologicznych organizmu. Komórki wyściełające jelito utrzymują bezpośredni kontakt z mikroorganizmami zasiedlającymi jego światło, a jednocześnie produkują warstwę śluzu chroniącą tkanki przed penetracją bakterii.
Mikrobiota jelitowa nie tylko współtworzy środowisko jelita, lecz także produkuje metabolity wpływające na funkcjonowanie komórek nabłonka. Jednym z najważniejszych związków jest maślan (butyrate) – krótkołańcuchowy kwas tłuszczowy powstający w wyniku fermentacji błonnika pokarmowego przez bakterie jelitowe. Maślan pełni wiele funkcji biologicznych:
- stanowi źródło energii dla komórek nabłonka jelitowego,
- wzmacnia integralność bariery jelitowej,
- reguluje procesy zapalne oraz odpowiedź immunologiczną.
Nowe badanie pokazuje jednak, że metabolity mikrobioty mogą również regulować liczebność określonych populacji komórek w nabłonku jelita grubego.
Komórki o podwójnej funkcji w nabłonku jelita
Jednym z najciekawszych odkryć badania jest identyfikacja populacji komórek nabłonka jelitowego, które pełnią podwójną funkcję. Dotychczas komórki te były klasyfikowane wyłącznie jako komórki kubkowe odpowiedzialne za produkcję śluzu. Jednak analiza na poziomie pojedynczych komórek wykazała, że mogą one również uczestniczyć w procesach wchłaniania składników odżywczych – funkcji zwykle przypisywanej enterocytom. Jak wyjaśnia pierwszy autor pracy:
Kiedy mikrobiota ulega redukcji, jelito grube – które w normalnych warunkach priorytetowo traktuje produkcję śluzu – zaczyna przejawiać cechy związane z wchłanianiem składników odżywczych, typowo kojarzone z jelitem cienkim. Nadal nie wiemy, dlaczego tak się dzieje, ale ta zmiana może być związana z rozrostem komórek o podwójnej funkcji i stanowić reakcję adaptacyjną na spadek liczby bakterii w tej części jelita – wyjaśnia Vinicius Dias Nirello.
Odkrycie to wskazuje na znacznie większą plastyczność nabłonka jelitowego, niż wcześniej zakładano.
Maślan jako kluczowy regulator populacji komórek jelitowych
Badanie wykazało również, że liczebność komórek o podwójnej funkcji jest regulowana przez metabolity mikrobioty, przede wszystkim przez maślan oraz receptor GPR109A. Mechanizm ten działa w sposób odwrotnie proporcjonalny:
- im więcej maślanu produkuje mikrobiota jelitowa,
- tym mniejsza liczba komórek o podwójnej funkcji w nabłonku jelita grubego.
Zjawisko to sugeruje, że metabolity bakteryjne mogą bezpośrednio sterować strukturą i funkcją nabłonka jelitowego. Jak podkreśla Marco Vinolo współautor badań:
Zaobserwowaliśmy, że te komórki o podwójnej funkcji są redukowane przez maślan i jego receptor. Jednak w warunkach dysbiozy – gdy dochodzi do utraty bakterii, czy to w wyniku stosowania antybiotyków, czy procesu starzenia – populacja tych komórek się rozrasta, co naszym zdaniem jest reakcją adaptacyjną mającą na celu wzmocnienie bariery jelitowej.
Jak przeprowadzono badanie
Aby przeanalizować zależność między mikrobiotą jelitową, a komórkami nabłonka jelitowego, naukowcy zastosowali kilka komplementarnych metod badawczych.
Modele zwierzęce
Badacze wykorzystali myszy podzielone na kilka grup eksperymentalnych:
- Myszy z redukcją mikrobiomu – zwierzętom podawano przez trzy dni koktajl antybiotyków, który znacząco zmniejszył liczbę bakterii jelitowych.
- Grupa kontrolna – myszy otrzymywały neutralny roztwór i zachowały naturalną mikrobiotę.
- Myszy wolne od zarazków – zwierzęta wychowane w warunkach sterylnych, pozbawione mikrobiomu.
Do myszy wolnych od zarazków wprowadzono następnie bakterie jelitowe pochodzące od:
- młodych dorosłych (18–35 lat),
- osób starszych (powyżej 65. roku życia).
Pozwoliło to ocenić wpływ wieku dawcy mikrobioty na funkcjonowanie nabłonka jelita.
Analiza pojedynczych komórek
Próbki nabłonka jelita myszy poddano analizie przy użyciu transkryptomiki pojedynczych komórek. Technologia ta umożliwia badanie aktywności genów w każdej komórce z osobna i pozwala dokładnie określić ich funkcje biologiczne. Dzięki temu możliwe było wykazanie, że część komórek wykazuje jednocześnie cechy komórek wydzielniczych i absorpcyjnych.
Analiza próbek ludzkich
Badacze przeanalizowali również biopsje jelita grubego pochodzące od młodych i starszych dorosłych. Wyniki potwierdziły obserwacje z modeli zwierzęcych – populacja komórek o podwójnej funkcji była wyraźniej reprezentowana w jelicie grubym osób starszych.
Mikroflora jelitowa a starzenie się organizmu
Wyniki badania wskazują, że starzenie się organizmu może być powiązane z istotnymi zmianami w mikrobiomie jelitowym. U osób starszych obserwuje się często:
- spadek różnorodności bakterii jelitowych,
- zmniejszoną produkcję maślanu,
- większą podatność na dysbiozę.
Zmiany te mogą prowadzić do przebudowy struktury nabłonka jelitowego oraz zmniejszenia produkcji śluzu ochronnego. Z kolei wzrost liczby komórek o podwójnej funkcji może stanowić mechanizm adaptacyjny, który częściowo kompensuje utratę mikrobioty.
Znaczenie odkrycia dla chorób jelit
Odkrycie nowej populacji komórek reagujących na sygnały mikrobioty może mieć istotne znaczenie dla badań nad chorobami jelit. Szczególnie ważne może okazać się w kontekście takich schorzeń jak:
- nieswoiste zapalenia jelit (NZJ),
- zespół jelita drażliwego,
- zaburzenia bariery jelitowej,
- choroby związane z dysbiozą.
Lepsze zrozumienie mechanizmów regulujących funkcjonowanie nabłonka jelitowego może w przyszłości pomóc w opracowaniu nowych strategii terapeutycznych opartych na modulowaniu mikrobioty lub jej metabolitów.
Kierunki dalszych badań
Autorzy pracy podkreślają, że konieczne są kolejne eksperymenty, które pozwolą dokładniej określić funkcję komórek o podwójnej aktywności. Planowane badania obejmują m.in.:
- selektywne wyłączanie genów odpowiedzialnych za funkcje wydzielnicze lub absorpcyjne tych komórek,
- analizę wpływu różnych metabolitów mikrobioty na ich rozwój,
- badania nad rolą tych komórek w chorobach zapalnych jelit.
Takie podejście może znacząco poszerzyć wiedzę na temat interakcji między mikrobiotą a nabłonkiem jelita.
Rola FAPESP w finansowaniu badań
Badanie zostało zrealizowane dzięki wsparciu Fundacji Badawczej São Paulo (FAPESP), która finansuje projekty naukowe w różnych dziedzinach wiedzy poprzez granty i stypendia dla naukowców związanych z instytucjami badawczymi w stanie São Paulo. Projekty badawcze prowadzone przez zespół Marco Vinolo i Patricka Vargi-Weisza były finansowane w ramach kilku grantów FAPESP.
Główne wnioski
- Badanie opublikowane w czasopiśmie „Gut Microbes” wykazało, że utrata mikrobioty jelitowej prowadzi do wzrostu populacji komórek nabłonka o podwójnej funkcji – wydzielania śluzu i absorpcji składników odżywczych.
- Kluczową rolę w regulacji tych komórek odgrywa maślan (butyrate) – metabolit powstający podczas fermentacji błonnika – oraz jego receptor GPR109A; im wyższa produkcja maślanu, tym mniejsza liczba tych komórek.
- Eksperymenty na myszach, w tym modelach z redukcją mikrobiomu po antybiotykach oraz zwierzętach wolnych od zarazków, potwierdziły, że zmiany w mikrobiocie bezpośrednio wpływają na strukturę nabłonka jelita grubego.
- Biopsje jelita grubego wykazały, że komórki o podwójnej funkcji są częstsze u osób starszych, co sugeruje adaptacyjną odpowiedź nabłonka na spadek mikrobioty związany ze starzeniem.
Źródło:
- https://agencia.fapesp.br/loss-of-microbiota-alters-the-profile-of-cells-that-protect-the-intestinal-wall/57681
- https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/19490976.2025.2573045
