Mikrobiota jelitowa – nasz wewnętrzny ogród
Dr Rafał Seredyński z Zakładu Fizjologii w Katedrze Fizjologii i Patofizjologii UMW, jest biologiem, absolwentem Uniwersytetu Wrocławskiego. Doświadczenie badawcze w obszarach mikrobiologii i biologii molekularnej zdobywał także na UCLouvain (Louvain-la-Neuve) oraz w Institute of Technology Tallaght (Dublin). Zajmował się tam głównie enzymologią i proteomiką – badał białka powierzchniowe bakterii oraz proteazy związane z progresją i metastazą nowotworów. — Decyzja o dołączeniu do zespołu Zakładu Fizjologii oznaczała dla mnie dwie rzeczy: zamiast myśleć w skali pojedynczej komórki czy nawet białka, musiałem zacząć myśleć w skali ludzkiego organizmu – co było ekscytujące; chciałem przy tym znaleźć "własne miejsce" w nowej dziedzinie przy zachowaniu choć częściowej spójności z moimi dotychczasowymi zainteresowaniami naukowymi – co z kolei od początku wydawało się trudne.
Monika Szymańska-Antosiak
— Zdecydowałem, że centralnym punktem będzie autonomiczna kontrola krążenia i oddychania (zasługa dra hab. Bartłomieja Palecznego, który skutecznie zaraził mnie tym tematem): autonomiczny układ nerwowy precyzyjnie reguluje pracę serca, średnicę naczyń krwionośnych, wentylację (i wiele innych parametrów) w oparciu o sygnały rejestrowane m.in przez baroreceptory tętnicze i chemoreceptory obwodowe – wyjaśnia dr Rafał Seredyński. Te ostatnie cechuje niespotykana wielofunkcyjność: znamy mnóstwo parametrów fizykochemicznych i biochemicznych krwi monitorowanych przez chemoreceptory kłębków szyjnych, a i tak wciąż odkrywamy ich nowe "zastosowania". Co więcej, nadwrażliwość chemoreceptorów (nadmierna, "przesadna" reakcja na zmiany wspomnianych parametrów krwi) stanowi istotny element rozwoju chorób układu krążenia, w tym nadciśnienia tętniczego i niewydolności serca.
— Jakim aspektem chemo- i barowrażliwości miałem się zająć? Inspiracji – jak zawsze – dostarczyła moja żona i jej badania nad stanem dysbiozy i nietolerancjami pokarmowymi. Ostatnia dekada przyniosła nowe spojrzenie na rolę mikrobioty jelitowej i jej produktów w regulacji parametrów fizjologicznych gospodarza (głównie za sprawą dokonań zespołu profesor Jennifer L. Pluznick) receptory dla metabolitów bakteryjnych (przede wszystkim krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, SCFA) odnaleziono w nerkach, naczyniach krwionośnych, centralnym układzie nerwowym; wzrosło też zainteresowanie mechanizmami łączącymi dietę wysokobłonnikową (i towarzyszące jej produkty fermentacji jelitowej) z obniżeniem ciśnienia tętniczego – wylicza dr Seredyński.
— Ku naszemu zdziwieniu, wątek "mikrobiota jelitowa, a odruchy autonomiczne" okazał się bardzo słabo opisany w literaturze - a przecież chemoreceptory obwodowe, wyposażone (jak wiemy od niedawna) w białka rozpoznające metabolity bakteryjne trafiające z jelit do krążenia – wydają się idealnym łącznikiem! – mówi naukowiec. Przeprowadzono więc pilotażowe badania, podczas których uczestnicy otrzymywali laktulozę (cukier nasilający fermentację jelitową – a więc także produkcję interesujących nas metabolitów); intensywność procesów fermentacyjnych ocenialiśmy w oparciu o zawartość wodoru w wydychanym powietrzu. Dodatkowo, przed i dwie godziny po przyjęciu laktulozy mierzono wrażliwość chemoreceptorów obwodowych na krótkotrwałe niedotlenienie (tzw. test ostrej hipoksji). Odpowiedź wentylacyjna na hipoksję (czyli to, jak mocno chemoreceptory obwodowe "zachęcały" układ oddechowy do podjęcia próby skompensowania niedoboru tlenu) okazała się nasilać po podaniu laktulozy (względem kontroli), a ponadto była proporcjonalna do intensywności fermentacji jelitowej. — Po raz pierwszy dostarczyliśmy wskazówek, że produkty naszej mikrobioty mogą modulować czynność układu autonomicznego za pośrednictwem chemoreceptrów obwodowych, a sam artykuł został wyróżniony przez redakcję czasopisma Experimental Physiology (2021) – mówi dr Seredyński.
Pierwszy sukces zachęcił zespół do kontynuacji działań w tym obszarze. — Niedawno zakończyliśmy projekt typu "cross-over" o charakterze interwencji dietetycznej, który pozwolił nam porównać efekty suplementacji gotowymi metabolitami mikrobioty jelitowej oraz substratami do ich endogennej produkcji u zdrowych osób; szczegółowa ocena potencjalnych zmian zawartości poszukiwanych związków w materiale biologicznym była możliwa dzięki nieocenionej pomocy ze strony Zakładu Biochemii Lekarskiej – przyznaje dr Seredyński. - Tym razem nie poprzestaliśmy na pomiarach chemowrażliwości – uzupełniliśmy warsztat badawczy m.in. o ocenę odpowiedzi z baroreceptorów zatok szyjnych, a ponieważ żaden z dostępnych systemów nie spełniał naszych oczekiwań, zaprojektowaliśmy własny, z wykorzystaniem wykonanej specjalnie w tym celu aparatury (opisanej na łamach Frontiers in Physiology) – dodaje.
Jeszcze w tym roku dr Rafał Seredyński planuje badania łączące aktywność fizyczną z wydajnością dystrubucji metabolitów bakteryjnych w ludzkim ciele; do tego sprawdzenie, czy (i w jakim stopniu) proponowane szlaki komunikacji jelita-mózg są zależne od hormonów inkretynowych. – Pomysłów nie brakuje. Otwartą kwestią pozostaje odniesienie naszych rezultatów do populacji klinicznej. Pamiętając jednak o częstym współwystępowaniu chorób układu krążenia i dysbioz wolno nam przypuszczać, że modulacja metabolizmu drobnoustrojów jelitowych stanie się w przyszłości ważnym elementem prewencji/terapii chociażby nadciśnienia. Dlatego dbajmy o swój wewnętrzny ogród – może okazać się ważniejszy niż obecnie myślimy – kończy dr Seredyński.