Bakterie jelitowe kluczem do zdrowia. - ebook

Przedmowa

W ciągu prawie 19 lat, podczas których nauczałam praktycznego zastosowania Efektywnych Mikroorganizmów (EM), zauważyłam, że większość uczestników wykładów i seminariów zainteresowała się bakteriami, ponieważ borykała się z ciężkim problemem zdrowotnym. Najczęściej zadawane pytania dotyczyły jelit i chorób z nimi związanych.

Jednocześnie w tych latach pojawiło się zaskakujące odkrycie – dowiedziono dużego znaczenia bakterii dla utrzymania dobrego stanu zdrowia organizmu. W wielu badaniach udowodniono naukowo to, co wcześniej doświadczane było co najwyżej w praktyce – że bakterie jelitowe są kluczem do zdrowia. Całkowicie zmienia to dotychczasowy obraz człowieka!

Drogi Czytelniku, droga Czytelniczko, w niniejszej książce dzielę się z Tobą ważnymi doświadczeniami, dzięki którym niezliczona liczba osób odnalazła swoją drogą do uzdrowienia.

To, co w pierwszym wydaniu z roku 2014 było przedstawiane tylko jako nowe pomysły, zostało w międzyczasie potwierdzone badaniami i już wielokrotnie wykorzystane.

Życzę Ci odnalezienia z tym nowym wydaniem pomocy, uzdrowienia i radości życia!

Dr Anne Katharina Zschocke

Czerwiec 2014/lipiec 20181 Odkrycie mikrobiomu

Mikrobiomowa rewolucja

Jako ludzie Zachodu znajdujemy się pośrodku rewolucji – rewolucji, która przez wielu z nas jest niezauważana, ale która całkowicie zmieni nasze spojrzenie na świat i ludzi oraz całkowicie zweryfikuje nasze spojrzenie na choroby i medycynę. To naukowo udowodniona teza – bakterie to podstawa naszego zdrowia oraz życia.

To, co przez długi czas często było wyśmiewane i negowane, co znajdowało zastosowanie w alternatywnych terapiach, poradnikach żywieniowych czy leczeniu naturalnym, żąda teraz należnego miejsca w medycynie przyszłości: nasze kolonie bakterii to klucz do uleczenia, i to nawet chorób, które jeszcze niedawno uznawane były za nieuleczalne, chorób cywilizacyjnych i tych nie do końca wyjaśnionych, które często oznaczały codzienne cierpienie dla osób nimi dotkniętych. Nietolerancje pokarmowe i cukrzyca, nadwaga, jelito drażliwe i choroby skóry, autyzm, alzheimer i nadciśnienie – lista chorób mających związek z naszą florą jest tym dłuższa, im bardziej szczegółowe są badania. A to dzieje się szybko.

Na całym świecie ludzkie bakterie stają się głównym punktem zainteresowania coraz większej liczby instytutów badawczych. Od stanów zapalnych przez zaburzenia metaboliczne aż do chorób psychicznych: nagle w medycynie akademickiej otwierają się zupełnie nieznane terapie dające dużą nadzieję na wyleczenie. Dobra wiadomość jest też taka, że to uzdrowienie nie jest sztucznie wymuszone przez człowieka, ale właściwie jest to powrót do natury. To poznanie związków wewnątrz naszego organizmu oraz korekta naszego dotychczasowego myślenia i działania.

Rewolucje zaczynają się, kiedy potrzeba zmiany staje się nie do zniesienia. Wtedy nadchodzi czas, aby coś zmienić. Najczęściej rewolucja wyrasta na glebie niesprawiedliwości. Słowo „rewolucja”, które oznacza „przewrót”, odwoływało się pierwotnie do ciągłego obiegu gwiazd. Później zaczęło oznaczać ogólnie „zmianę”. Obecnie mamy do czynienia z przewrotem, który możemy nazwać „mikrobiologiczną rewolucją”. O tym właśnie jest ta książka. Może ona dać pełne szacunku spojrzenie na trwający od milionów lat związek mikrobów i ludzi i zakończyć się sięgnięciem człowieka do gwiazd. W przeciwieństwie do rewolucji politycznych ta rewolucja nie powoduje niepokoju w czasach pokoju, ale właśnie wyprowadza nas z konfliktu w stronę pokojowej egzystencji, radości i uzdrowienia. Przebiega bez przemocy, ale ze zdziwieniem, i kończy mordy oraz umyślne zabójstwa, które od przedostatniego stulecia stanowiły program medyczny: systematyczne uśmiercanie bakterii, nawet w naszych własnych organizmach.

Dzięki nowym odkryciom na temat kolonii bakterii w naszym organizmie, zawracamy od wrogości w stosunku do jednokomórkowców do nowego współistnienia, w którym postrzegamy je jako żywe istoty, które umożliwiają nam zdrowe życie. Sprawiedliwość zostaje przywrócona.

Piękne w tym jest to, że zyskujemy na tym wszyscy – lepsze zdrowie, lepsze samopoczucie, oszczędność pieniędzy i po prostu lepsze życie.

Wraz z nowymi odkryciami na temat bakterii jelitowych całkowicie zmienia się ich postrzeganie. Musimy wyzbyć się uprzedzeń tkwiących w nas od ponad stu lat – przestać traktować bakterie jako przede wszystkim niebezpieczne czynniki chorobotwórcze i wyzbyć się przeświadczenia, że organizm musi się przed nimi chronić. Te wnioski wyciągnięte z niewielkiej ilości faktów teraz, cztery pokolenia później, okazują się całkowicie jednostronne i wymagają od nas zmiany całej gałęzi medycyny. Stworzone w XIX wieku antybiotyki zamiast przyczyniać się do poprawy zdrowia powodowały rozwój większej liczby chorób, a oporne szczepy bakterii są jednym z największych problemów, z jakimi zmagają się nie tylko szpitale. Można iść na prosty zabieg do kliniki i zarazić się opornymi bakteriami tak poważnie, że konieczna jest długotrwała terapia, a skutkami zarażenia może być cierpienie, a nawet śmierć.

To, że zostało to odkryte i jest uznawane nawet w świecie akademickim, to zasługa projektu, którego sens i cel może być oceniany krytycznie: projektu poznania ludzkiego genomu (Human Genome Project, HGP). HGP został powołany do życia w USA w roku 1990 i miał na celu cyfrowe zmapowanie wszystkich ludzkich genów.

Za jedno z największych odkryć XX wieku uznano to, że chromosomy, które niosą informację genetyczną w każdej komórce, składają się ze spiralnie zwiniętego kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA) połączonego odpowiednimi parami zasad. Ich uporządkowanie niesie informacje dla tworzenia związków cząstek, a kolejność dla określonej jednostki nazywamy genem. Kiedy geny zostają odczytane w komórce, tworzą się białka: hormony, enzymy, białka strukturalne i wiele, wiele więcej. Aby ustalać kolejność zasad, stworzono technologie genowe.

Wcześniej nauka o dziedziczeniu zajmowała się przede wszystkim zjawiskami zewnętrznymi, a po tym odkryciu na pierwszy plan wysunęły się geny jako nośniki informacji genetycznej. Genetyka postrzegana była jako klucz do zrozumienia życia; wierzono, że z genów będziemy w stanie odczytać wszystkie cechy człowieka, także jego choroby – zupełnie tak, jak czytamy litery w książce. Wyobrażano sobie, że gdyby wszystkie geny i ich funkcje były znane, można byłoby dzięki interwencji genetycznej je zmieniać, a tym samym zwalczać zaburzenia.

Szukano odpowiednich ku temu technologii i w roku 1975 odkryto sekwencjonowanie DNA jako metodę określania kolejności par zasad w DNA. Do dziś jest ona używana do analizy informacji genetycznej. W tym celu DNA jest rozcinane na małe części i kopiowane za pomocą swego rodzaju kalki, dzięki czemu ustalana jest kolejność par zasad. Z ich pomocą można przeanalizować cały układ zasad na chromosomie, co nazywamy sekwencjonowaniem. Koniec końców można określić, za jaką informację odpowiada dana kolejność, a zatem gen – część chromosomu. Równolegle rozwinięto techniki, które umożliwiają wycinanie określonych układów zasad z genu i umieszczanie ich wedle uznania w innym miejscu żyjącej komórki. Tak powstała technika genowa.

Pod koniec lat 70. XX wieku można już było wprowadzać obce geny do komórek roślinnych, aby zmieniać ich aktywność. Można było także umieszczać ludzkie geny w bakteriach, aby te produkowały ludzkie białka, na przykład insulinę.

Obecnie te techniki wykorzystywane są w dużej mierze w przemyśle, nawet jeśli wiele osób uważa wpływanie na substancję genetyczną i jej manipulację za bezprawną ingerencję w obecny świat.

W badaniach genetycznych bakterie od samego początku odgrywają ważną rolę. Jako że zawierają one geny łatwo dostępne dla naukowców, można było na nich łatwo eksperymentować. Oprócz chromosomu, na którym leżą informacje, bakterie posiadają także dodatkowe jednostki genetyczne. W większości składają się one z małego okręgu zwanego plazmidem i mogą być niezależnie namnażane w komórce bakterii. Bakterie mogą uwalniać plazmidy wedle uznania do otoczenia, do innych organizmów jednokomórkowych lub do komórek organizmu. Dzięki temu można nad nimi łatwo pracować pod względem technologii genetycznej.

Najbardziej znana spośród badanych bakterii była Escherichia coli (E. coli). Dzięki krótkiemu czasowi podwajania, wynoszącemu około 20 minut w warunkach laboratoryjnych, oraz skromnym wymaganiom żywieniowym uchodzi ona za łatwą do wyhodowania. To właśnie z niej w roku 1969 wyizolowano pierwszy gen, była to także pierwsza genetycznie zmodyfikowana bakteria (rok 1973).

E. coli otrzymała swoją nazwę po lekarzu pediatrze Theodorze Escherichu, który w 1885 roku po raz pierwszy ją opisał i nazwał łacińskim określeniem miejsca, w którym głównie występuje – colon, czyli część jelita grubego. To powszechny mieszkaniec jelita ludzi i zwierząt, który wykonuje ważne zadania.

E. coli została ustandaryzowana jako „organizm modelowy”, który znajduje zastosowanie zarówno w badaniach genetycznych, jak i biotechnologii w przemyśle.

W połowie lat 80. XX wieku pierwsze genetycznie zmodyfikowane bakterie zostały uwolnione do środowiska. W 1981 roku Sąd Najwyższy Stanów Zjednoczonych uznał, że mikroorganizmy są wprawdzie istotami żyjącymi, ale nie ma to znaczenia dla prawa patentowego, a zatem genetycznie modyfikowane organizmy również mogą zostać opatentowane. Ale jak jeszcze zobaczymy, bakterie są w stanie pokonać przestrzeń i czas i mogą przenosić się z wiatrem, wodą i chmurami. Próby ich kontrolowania i patentowania stoją więc w sprzeczności z ich naturalnymi cechami.

Bakteriom zawdzięczamy nasze życie

Po uznaniu DNA za nośnik informacji, zidentyfikowaniu jego odcinków jako geny oraz po odkryciu sposobu prezentowania tych genów, chciano oczywiście wiedzieć, jakie geny posiada człowiek. Powołano zatem do życia projekt poznania ludzkiego genomu, którego celem było zidentyfikowanie wszystkich genów ludzkiego DNA, określenie kolejności wszystkich par zasad oraz cyfrowe zapisanie tych informacji.

Szacowano, że człowiek posiada około 3 miliardów par zasad i wychodzono z założenia, że po stworzeniu pełnej mapy genów będziemy w stanie odczytać ją niczym książkę. Wtedy można byłoby przyporządkować choroby poszczególnym genom i korygować je dzięki interwencji genetycznej. Człowiek był postrzegany jako prosta kalka swoich genów, a choroby – jako swego rodzaju błędne zaprogramowanie.

Około tysiąca naukowców w 40 krajach świata wzięło się do roboty. Od września 1995 roku również Niemcy ruszyły z projektem poznania ludzkiego genomu (DHGP), finansowanym przez ministerstwo kształcenia i badań. Trzynaście lat i ponad miliard dolarów (około 733 352 889 euro) później miano do dyspozycji gigantyczną ilość cyfrowych danych na temat ludzkiego DNA. W rzeczywistości jednak nie można było się w tym połapać.

Do dzisiaj analizy te nie przyniosły żadnego pożytku dla ludzkiego zdrowia. Kiedy w 2001 roku obwieszczono wielkimi literami na pierwszych stronach gazet, że zidentyfikowano ludzki genom, chciało się wzruszyć ramionami i spytać: No i?

A jednak ten projekt miał przydatne efekty uboczne, które doprowadziły do mikrobiomowej rewolucji. Usprawniono na przykład technikę sekwencjonowania – dzięki temu umożliwiono szybsze i tańsze identyfikowanie genów. Na początku analiza pojedynczej sekwencji genu trwała wiele dni, a dzisiaj można zsekwencjonować swój osobisty genom w ciągu kilku dni. Można także łatwiej badać geny wszystkich innych żywych organizmów, w tym bakterii. Przed naukowcami otworzyło się nowe pole badań, więc rzucili się w wir pracy nad genami bakterii.

Nie dziwi fakt, że pierwszym organizmem, którego geny zostały zsekwencjonowane w 1995 roku, była bakteria. Wszak bakterie są organizmami z najmniejszą ilością genów. W momencie ustalenia znano już kolejność zasad w jej materiale genetycznym. Jedna uwaga: nie było to naprawdę ważne. W każdej chwili bakterie mogą wymieniać się między sobą genami, E. coli posiada na przykład około 15% genów innych bakterii, a więc geny innej bakterii tego samego rodzaju lub tej samej bakterii w innym momencie mogą wyglądać po prostu inaczej.

Analizowanie mikroorganizmów, czyli istot, których nie widzimy gołym okiem, jest bardzo trudne. W tym celu potrzebujemy wielokrotnego powiększenia, aby w ogóle je zidentyfikować. Można to zrobić na przykład na podstawie ich kształtu. Ponadto wyróżniamy różne biochemiczne cechy lub różne procesy metaboliczne, różną strukturę ściany komórkowej lub różne struktury na powierzchni. To wszystko jednak nie mówi nic o ich aktywności.

Kiedy wreszcie opracowano techniki genetyczne, spróbowano sklasyfikować bakterie na podstawie ich genów. Jednak to również nie przyniosło zadowalających rezultatów, ponieważ całkiem różnie klasyfikowane bakterie okazywały się być do siebie podobne pod względem genetycznym. E. coli jako nieszkodliwy mieszkaniec jelita oraz Shigella, która odpowiada za bakteryjną czerwonkę, mają w 100% takie samo DNA, mimo że wykazują zupełnie inne działania w jelicie. W przypadku organizmów jednokomórkowych chodziło więc zatem o pulę genów podzieloną na te organizmy. Geny te wymieniają się między tymi organizmami w odpowiednich warunkach. Bakterie należy więc postrzegać inaczej niż organizmy takie jak kot i mysz, zeberka zwyczajna i pstrąg tęczowy. To o wiele trudniejsza kwestia.

Kiedy rozpoczął się projekt poznania genomu ludzkiego, z powodu kompleksowości ludzkiego organizmu oczekiwano odkrycia ponad stu tysięcy różnych ludzkich genów. Kiedy projekt zakończono, trzeba było skonfrontować się z faktem, że ilość genów w ludzkich chromosomach wynosi około 20 000, nieznacznie więcej niż w przypadku genomu myszy. Jak to możliwe? Człowiek tak złożony jak mysz? Człowiek zdecydowanie przecenił samego siebie. Jak to możliwe, że tak wysoko rozwinięty organizm z tak wieloma kompleksowymi procesami posiada tak mało genów? Czy Homo sapiens nie jest jednak królem wszystkich stworzeń?

Odpowiedź przyszła z nieoczekiwanego miejsca i brzmiała tak: złożoność naszych genów zawdzięczamy żyjącym w nas bakteriom. To one zawierają brakującą ich ilość – około 100 razy więcej niż znajduje się w naszych ludzkich chromosomach. Jesteśmy drużyną. Oprócz swoich własnych genów człowiek posiada także geny bilionów bakterii, które żyją w i na naszym organizmie. To one wpływają na rozwój narządów, kierują trawieniem i zachowaniem, pobudzają układ immunologiczny i wiele, wiele więcej. Biorą udział we wszystkich ważnych procesach w organizmie: w przemianie materii, aktywności mięśniowej, gospodarce hormonalnej, funkcjonowaniu mózgu i układu nerwowego. Ich wszystkie działania nie zostały jeszcze do końca poznane.

My, ludzie, wbrew naszej opinii nie jesteśmy najważniejszymi ogniwami komórek jądrowych, z których wywodzi się życie – jesteśmy żywym współistnieniem mikrobów i komórek organizmu, a bez tych bakterii człowiek jest niczym. Myślano, że jesteśmy wynikiem naszych pradawnych genów, genomu. Rewolucyjne odkrycie jest następujące: dzięki bakteriom żyjącym w naszym organizmie stoimy w ścisłym związku ze wszystkimi mikrobami Ziemi i mamy w sobie swego rodzaju narząd, którego do tej pory nie postrzegaliśmy w taki sposób: całość bakterii razem z ich informacją genetyczną, aktywnością metaboliczną, elastycznością i umiejętnością dostosowywania się. Z ich zdolnością do wymiany między sobą wszystkiego, co się da, i z tym wszystkim, czego jeszcze o nich nie wiemy.

Całość genów wszystkich naszych bakterii nosi nazwę mikrobiomu. Na skutek tego odkrycia badania koncentrują się na pytaniu, jakie funkcje pełnią w nas te jednokomórkowce. Niespodziewanie szybko odkrywa się nowe związki, które pozwalają spojrzeć na ludzkie życie z zupełnie nowej perspektywy.

Oczywiście można zadać pytanie, dlaczego w ogóle wydaje się tak ogromne pieniądze na projekt badawczy, którego cel po wielu latach pracy niezliczonych badaczy nadal wydaje się bardzo odległy.

Niemniej jednak ludzkość zyskuje na tym jedno: naukowe potwierdzenie tego, że ludzie są istotami społecznymi. Że jesteśmy nierozłącznie związani z najmniejszymi istotami tego świata i polegamy na sobie nawzajem, i że tylko dzięki prawidłowemu współżyciu z nimi możemy zdrowo żyć. Społeczeństwo musi jeszcze jednak przywyknąć do tej wzbudzającej pokorę mądrości.

W USA ten proces przyzwyczajania się wspomagają między innymi projekty, na przykład Genomic Science Program, po polsku: Program Nauki o Genomie. Jest to program, który ma na celu zrozumienie systemów biologicznych za pomocą ich cech genetycznych tak dokładnie, aby „odkryć zasady kontrolujące systemy roślinne i mikrobiologiczne” oraz „stworzyć podstawę dla biotechnologii przemysłowej nowej generacji”¹. Głównym założeniem jest istnienie podstawowych zasad genetycznych kontrolujących systemy roślinne i jednokomórkowe. Kontrolowanie tych systemów przez człowieka mogłoby umożliwić panowanie nad nimi i stosowanie ich zgodnie z aktualnymi potrzebami.

Kolejny program to Human Microbiome Project trwający w latach 2008-2012. W jego trakcie pobrano od 300 osób 690 próbek mikrobów z 15 różnych miejsc w organizmie i badano je, aby lepiej zrozumieć mikrobiom.

Na podstawie zrealizowanych projektów wiemy teraz, że dopiero geny bakterii w i na naszym organizmie razem z informacją genetyczną naszych własnych komórek tworzą człowieka i warunkują nasze zdrowie. Kiedy manipulujemy bakteriami na zewnątrz naszego organizmu, wracają one do naszego ciała przez powietrze, wodę i pożywienie. Tam spełniają takie funkcje, do jakich je przystosowaliśmy za pomocą technologii genetycznej. Tak jak na zewnątrz, tak i wewnątrz – wszystko, co zrobimy bakteriom w laboratorium, wraca do nas samych, na przykład do naszego jelita.

Epigenetyka, EHEC i życie w jelicie

Oczekiwanie, że życie można kontrolować przez panowanie nad genami, spaliło na panewce po ustaleniu, że to nie gen sam w sobie, a dopiero jego aktywacja odpowiada za oznaki życia. Wyżej rozwinięte organizmy wielokomórkowe niosą w jądrach komórkowych te same geny, ale aktywują tylko wybrane z nich, tak aby z zapłodnionej komórki jajowej powstał oddzielny organizm z różnymi komórkami wątroby, kości czy komórkami nerwowymi. Również w przypadku bakterii samo odczytanie informacji genetycznej nic nie mówi. Samo posiadanie pewnego genu nie oznacza zatem, że coś będzie z niego zsyntetyzowane. Będzie to ważne dla zrozumienia kolejnych rozdziałów, w których będzie mowa o koloniach bakterii w jelitach. Można na przykład posiadać bakterie, które zawierają geny trucizny, toksyny, ale to, czy ta trucizna zostanie zsyntetyzowana, zależy od otoczenia. Ta sama bakteria może u jednego człowieka stworzyć toksynę chorobotwórczą, a u innego – nie. Decydujące nie jest to, czy ktoś posiada tę bakterię, tylko to, czy ta bakteria rozwinie w nim tę cechę. Dla naszego zdrowia ważne jest nie tylko to, abyśmy żyli z bakteriami i znali ich nazwy, ale także to, co te bakterie robią w kontakcie z komórkami naszego organizmu.

Nie musimy zatem obawiać się naszych genów, także naszych genów bakteryjnych. To od nas zależy, co z nimi zrobimy – od nas i oczywiście od naszej odpowiedzialności. Nie jesteśmy ofiarami naszych genów, są one raczej instrumentami, dzięki którym możemy dyrygować muzyką naszego życia. W następnych rozdziałach zobaczymy, jak to możliwe. Rzeczywistość w naszym organizmie jest złożona. Geny są odczytywane lub nieodczytywane. Włączanie lss="sup-">-12ub wyłączanie genów odbywa się za pomocą różnych mechanizmów, w przypadku bakterii na przykład poprzez obecność lub brak określonego substratu w otoczeniu. Każdy rodzaj pożywienia służy bardziej jednym bakteriom niż innym, a więc w naszym organizmie krąży więcej genów tych bakterii niż innych. Każdy antybiotyk uśmierca żyjące w nas bakterie razem z ich genami, a na ich miejsce pojawiają się inne, być może takie z nowo wytworzonymi genami odporności. W ten sposób stale aktywnie wpływamy na skład naszego mikrobiomu. Możemy się przez chwilę zastanowić, jak do tej pory się z nim obchodziliśmy.

Szczególnym sposobem regulacji genów jest tak zwana regulacja epigenetyczna. Oznacza ona wszystkie procesy, które mają wpływ na dziedziczenie, niezależnie od kolejności zasad na genach. Stąd przedrostek „epi-”, który w grece oznacza „dookoła” lub „dodatkowo”. Epigenetyka zajmuje się przekazywaniem genów w konkretnej strukturze przestrzennej. DNA w chromosomie jest wielokrotnie skręcone i tworzy przestrzeń. Można to sobie wyobrazić jako gumkę recepturkę, którą trzymamy za dwa końce i tak długo skręcamy, aż powstanie kłębek. Podobnie jest w przypadku DNA i ma to daleko idące skutki: w zależności od sposobu formowania kłębka geny mogą być tak gęsto ze sobą splątane, że nie będziemy w stanie ich odczytać. Sposób zwijania może być różny i jest dziedziczny: oznacza to, że ten sam układ genów w zależności od jego trójwymiarowego kształtu raz może mieć odzwierciedlenie w rzeczywistości, a raz – nie.

W przypadku występowania takich samych genów istnieją też różne ich osobliwości; możliwa jest także zmiana dziedziczenia bez zmiany w genach. Nadal bada się czynniki wyzwalające te zmiany i dyskutuje się o nich, ale wiadomo już, że modyfikacje mogą także zachodzić spontanicznie, na przykład przez nagle zmieniające się warunki otoczenia. Oznacza to, że w zależności od tego, jakie warunki w naszym otoczeniu stworzymy, pewne zjawiska mogą się ujawnić lub też nie.

Aby takie mechanizmy regulacyjne miały w ogóle znaczenie i mogły włączać lub wyłączać geny, potrzebują krótkotrwałego przenośnika wybranej informacji. Są nim cząsteczki semiochemiczne, tak zwane RNA². Istnieją różne klasy RNA, a że ich kolejność zasad jest taka jak zapis DNA, jako markera sekwencjonowania genów bakterii używa się pewnego podrodzaju – 16S rRNA³. Bakterie uznaje się za będące jednego gatunku, jeśli 98% ich 16S rRNA jest identyczne.

Dzięki innej klasie RNA, mRNA⁴, który służy za posłańca i szybko się rozpada (częściowo nawet w mniej niż minutę), bakterie mogą krótkotrwale reagować na zmiany i dopasowywać do nich swój metabolizm. Te jednokomórkowce działają przy tym jak wspólnota, także w naszym jelicie. Delikatny bodziec, mała zmiana tylko w części bakterii może, w przypadku dużej ilości bakterii, przyczynić się do zmian.

Jeśli na przykład E. coli rozwija się bez obecności cukru mlecznego (laktozy) w organizmie, jej zdolność do wykorzystywania laktozy do namnażania się nie jest rozwinięta. Kiedy nagle pojawia się laktoza, dotychczas uśpione geny są odczytywane i rozpoczyna się produkcja niezbędnych enzymów rozkładających laktozę na glukozę i galaktozę, które są wykorzystywane przez E. coli.

Taka elastyczność umożliwia bakteriom dostosowanie się do stale zmieniającego się składu naszego pożywienia. Rano chleb i masło, przed południem może jogurt i jabłko, na obiad ziemniaki i warzywa, po południu ciasto, a wieczorem jajko sadzone i boczek. Do tego napoje. Za każdym razem bakterie jelitowe mogą troszczyć się o prawidłowe trawienie dzięki dostosowaniu się do różnych składników. Należy jednak zaznaczyć, że bakterie męczą się, kiedy jemy wszystko, co popadnie, a jednocześnie spożywamy mało pokarmu, który mógłby wspierać je w ich pracy.

Regulacja bakterii genowych odbywa się we współpracy z otoczeniem i jest wyzwalana przez najróżniejsze substancje czynne. To pokazuje, dlaczego projekt poznania ludzkiego genomu nie mógł skończyć się sukcesem: żyjąca rzeczywistość jest znacznie bardziej wielostronna niż linearne odczytanie par zasad DNA.

To, w jak dużym stopniu regulacja genetyczna może mieć wpływ na nasze codzienne życie oraz zdrowie, można było zaobserwować na podstawie choroby EHEC⁵ w 2011 roku w północnych Niemczech. Wiele tysięcy osób zachorowało na ciężkie biegunki wywołane bakteryjną toksyną shiga. Niejedna osoba zmarła. Toksyna shiga to białko, które można znaleźć na genach Shigelli, ale z nieznanych powodów zostało ono przeniesione na właściwie nieszkodliwe bakterie E. coli. Bakterie E. coli z wytworzoną toksyną Shigelli mogły wywoływać u ludzi nie tylko krwiste biegunki, ale także poważną chorobę nerek. Z E. coli powstała EHEC. Jest ona odporna na wiele antybiotyków. Po męczących poszukiwaniach odkryto, że wszyscy pacjenci spożywali surowe kiełki pochodzące z uprawy w Dolnej Saksonii. Interesujące było to, że to miejsce, którego właściciel uprawiał rośliny w sposób ekologiczny za pomocą nasion kupionych w Afryce, było wolne od EHEC. W żadnej z pobranych stamtąd 3000 próbek nie udało się wyhodować EHEC. W kupionych nasionach wykryto EHEC, w chorych osobach również stwierdzono jej obecność, ale na samej uprawie nie stwierdzono tej bakterii. Dlaczego?

Widocznie gen toksyny był tam wyłączony. Można wychodzić z założenia, że badania naukowe mające na celu stworzenie różnorodnego i zdrowego zespołu bakterii doprowadziły do tego, że „włącznik” prowadzący do powstania tworzącej toksyny E. coli został wyłączony. Widocznie bakterie nie miały tam potrzeby rozwijania toksyny i żyły niezauważenie z innymi bakteriami. Także w przypadku zwierząt, w których jelitach żyje EHEC, czyli u przeżuwaczy takich jak krowy, owce i kozy (będących żywicielami pośrednimi), nie występuje poważna biegunka. Interesujące byłoby natomiast pytanie, co doprowadziło do włączenia genu toksyny? W jakim stanie były kolonie bakterii w jelitach chorych, kiedy połknęli oni EHEC? Koniec końców choroba bardzo różnie objawiała się u różnych osób, a liczba osób, które spożyły kiełki, a nie zachorowały, nie jest znana.

Osoby, które przy pierwszych oznakach choroby konsekwentnie podawały swoim bliskim probiotyki oraz dostarczały im witamin w postaci świeżych, ekologicznych owoców, ziół i warzyw, mogły przyczynić się do ich szybkiego wyzdrowienia.

Skład naszej flory jelitowej oraz jej wewnętrzna aktywność mogą decydować o życiu lub śmierci. Przykład EHEC pokazuje wyraźnie, że chodzi tu o związek. Nie same bakterie i nie sam ludzki organizm, ale ich połączenie tworzy zdrowie. Ściślej mówiąc: kontakt bakterii pochodzących z otoczenia z bakteriami żyjącymi w naszym organizmie oraz kontakt tych wszystkich bakterii z naszymi komórkami stanowi fizyczną podstawę naszego jestestwa.

Dlaczego więc tak długo tego nie uznawano? Dlaczego dotychczas przypisywano bakteriom jelitowym o wiele mniejsze znaczenie niż faktycznie mają? Dlaczego walczyliśmy z bakteriami, aby być zdrowymi, a teraz pytamy: jak mamy je wspierać, aby pozostać zdrowymi?

Ma to, jak zobaczymy w rozdziale 8., podstawy historyczne. Być może ma to związek z tym, że my, ludzie, mamy skłonność do postrzegania siebie jako najważniejszych na planecie. Nie jest dla nas istotne troskliwe dbanie o to, co zostało nam powierzone – beztrosko stąpamy po Ziemi bez żadnych zahamowań. Oczywiście nie wszyscy ludzie, nie wszystkie kultury, ale jednak kultury, które nazywamy na Zachodzie „cywilizowanym światem”. Wydaje się, że straciliśmy z oczu Ziemię daną nam przez naturę. Jednak dokładniejsze przyjrzenie się może naprowadzić nas na dobre tory. Już sam fakt, że bakterie są największą biomasą na Ziemi, mógłby wskazać nam, jak bardzo są ważne. Na jednym metrze kwadratowym gleby znajduje się trzy razy więcej żywej masy mikroorganizmów niż wynosi żywa masa małych zwierząt, nie wliczając w to korzeni roślin, a biomasa mikroorganizmów na Ziemi jest większa niż masa wszystkich zwierząt i roślin razem wziętych. Wspomnieć też trzeba, że organizmy jednokomórkowe były pierwszymi żyjącymi istotami na Ziemi, więc z punktu widzenia historii planety jako wysoko rozwinięte istoty pochodzimy od organizmów jednokomórkowych. Bez mikroorganizmów nie może istnieć żaden człowiek, roślina ani zwierzę. Odkrycie, że mikrobiom stanowi tak naprawdę nasz narząd, przychodzi więc w odpowiednim momencie, aby uchronić nas w przyszłości przed poważnymi chorobami i aby móc leczyć dotychczas nieuleczalne choroby.

Ale w jaki sposób w naszym organizmie z organizmów jednokomórkowych powstaje narząd? Dlaczego mikrobiom jest czymś więcej niż tylko sumą części bakterii?

Ponieważ bakterie, tak jak wszystkie jednokomórkowce i jak inne wyżej rozwinięte istoty stale komunikują się i współpracują.

Tam, gdzie organizmy jednokomórkowe się dostaną, na przykład na wcześniej wysterylizowany kawałek sztucznej substancji, natychmiast zakładają komunikującą się wspólnotę. Tworzą mostki śluzowe i inne możliwości, aby móc się porozumiewać i wspólnie organizować. To podobnie jak ludzie, którzy idą na imprezę. Nie stoimy wtedy w miejscu, tylko rozmawiamy z kimś, poznajemy dom, słuchamy dyskusji i tańczymy, gdy pojawi się muzyka. Na czas imprezy oddzielne osoby stają się wspólnotą. Porównanie oczywiście nie jest dokładne, bo bakterie nie mają wolności. Nie mogą iść do domu, jeśli coś nie będzie im się podobać. Muszą zostać. W tym celu rozwinęły mechanizmy dopasowywania się. Ale również one mogą się między sobą komunikować i tworzyć większą jedność.

Bakterie wspólnie reagują na bodźce

Robią to w wielu różnych językach: na przykład przez substancje semiochemiczne, kwanty świetlne, wymianę elektronów i, jak już wiemy, przez wymianę informacji genetycznej. W tym celu posiadają struktury odbierające, zwane sensorami lub receptorami. Znajdują się one na ścianie komórkowej, która jest połączona z wnętrzem komórek, i mogą przekazywać informacje o procesach zachodzących wokół bakterii. Istnieją różne receptory dla różnych warunków otoczenia, a na jednej bakterii znajduje się ponad 100 różnych sensorów. Prawdopodobnie jest ich jeszcze o wiele więcej. Sygnałem z zewnątrz może być wartość pH, temperatura, ilość substancji lub stężenie gazu w otoczeniu, faza rozwoju, w której znajduje się bakteria, ale także niedobór substancji odżywczych, czyli stres głodowy.

Wszystko to może być przekazywane przez różne sensory i wywoływać w bakterii odpowiednie reakcje. Receptory są poruszane, impuls przechodzi do wnętrza komórki, tam poprzez białko wywiera wpływ na aktywność genetyczną – geny są odczytywane lub ich odczytanie zostaje wstrzymane lub zmienione. Dzięki temu aktywność bakterii może być określana przez warunki panujące w otoczeniu. Właśnie to stale dzieje się w jelitach.

Aby regulować gęstość bakterii w określonej przestrzeni, na przykład w mikrobiomie, wykorzystuje się mniejsze cząsteczki jako substancje semiochemiczne, tak zwane autoindukujące (AI). Mogą one swobodnie przedostawać się przez ścianę komórkową bakterii. Istnieją substancje odpowiadające za zrozumienie bakterii jednego rodzaju, na przykład E. coli, oraz inne, odpowiadające za zrozumienie różnych rodzajów bakterii, na przykład E. coli z Bifidus i Enterokokkus. Funkcjonuje to poprzez stałe oddawanie i przyjmowanie odpowiedniej ilości tej substancji przez każdą z bakterii. Jeśli występuje mała ilość danej substancji, ilość bakterii danego gatunku również jest niewielka. Substancje te szybko się ulatniają, zanim mogłyby zostać przyjęte przez inne komórki. Jeśli ilość tych substancji jest duża, obecna będzie także duża ilość danego rodzaju bakterii. Ustalenie tej ilości nazywane jest quorum. To łacińskie słowo, które w polityce rzymskiej określało minimalną liczbę osób, jaka musiała być obecna do podjęcia konkretnej decyzji. Gęstość jest więc stale mierzona. Jeśli jest zbyt duża, a ilość substancji semiochemicznej przekracza wartość graniczną, wszystkie bakterie danego rodzaju pochłaniają ją i zatrzymują namnażanie, aby gęstość bakterii pozostała stała. Jeśli ilość bakterii nagle spada, na przykład przez ich uśmiercenie, ilość substancji semiochemicznej jest mniejsza, substancja wchłaniana jest przez bakterie, które przyspieszają swoje namnażanie.

Tę jednoczesną reakcję bakterii na bodziec nazywa się quorum sensing. To zjawisko odkryto u bakterii, które żyją w dużych ilościach w narządach ryb i jednocześnie zaczynają świecić.

Oprócz gęstości bakterii kolejnymi cechami przenoszonymi za pomocą substancji semiochemicznych jest na przykład produkcja antybiotyków, tworzenie wspólnot, uporządkowanie w biofilmie⁶ lub przejście w stan spoczynku, tak zwane zarodniki. Dzięki quorum sensing bakterie są w stanie reagować jednocześnie na impulsy niczym organizmy wielokomórkowe, mimo że składają się przecież z tylko jednej komórki. I to nie tylko w obrębie własnego gatunku, ale także międzygatunkowo. Poprzez wspólne reagowanie mogą one osiągnąć to, czego pojedynczo nie byłyby w stanie zrobić. Bakterie tworzą tego rodzaju wspólnoty wszędzie tam, gdzie żyją.

Substancje służące jako cząsteczki przewodzące mogą należeć do najróżniejszych klas: aminokwasów, krótkich białek lub pochodnych kwasów tłuszczowych. Dzięki nim bakterie „rozmawiają”. Wymieniają się między sobą informacjami o tym, gdzie żyje jaka ilość danych bakterii i co one robią.

Gdyby ta samoregulacja bakterii nie istniała i gdyby mnożyły się one bez ograniczeń wedle własnego uznania, Ziemia byłaby zakopana pod grubą warstwą jednokomórkowców. Jedna bakteria o wadze jednej bilionowej grama (10⁻¹²), która tak jak E. coli dzieli się w warunkach laboratoryjnych co 20 minut, w ciągu 48 godzin wyprodukowałaby masę bakteryjną o wadze cztery tysiące razy większej niż masa Ziemi.

Nie wiemy jeszcze dokładnie, o czym rozmawiają bakterie w naszych jelitach, w naszym całym organizmie, na skórze, błonach śluzowych oraz we krwi. Po części odkryto zaś, w jaki sposób koordynują swoją pracę.

W tym celu istnieje na przykład substancja lakton acylo-N-homoseryny (AHL). Nie tylko występuje ona w procesie komunikacji między bakteriami, ale także odgrywa ważną rolę podczas komunikacji między bakteriami a komórkami korzeni roślin, między innymi pomidorów i zbóż. Czy można ją znaleźć także w przypadku warzyw korzennych? Czy podczas spożywania pasternaku lub marchewek spożywamy substancje, które „opowiadają” coś naszym bakteriom jelitowym?

Grupą substancji semiochemicznych na pewno występującą w pożywieniu są tak zwane furanony. Służą one do komunikacji między różnymi rodzajami bakterii, są więc ogólnym „językiem” bakterii. Furanony produkowane są jednak także przez inne organizmy. Znajdują się między innymi w roślinach. Ich obecność odkryto w truskawkach, pomidorach, malinach czy pomarańczach olbrzymich. Są zawsze zawarte w produktach fermentowanych, na przykład w piwie, serze, sosie sojowym i winie – powstają tam w procesie fermentacji. Substancje aromatyczne – furanony – powstają także w procesie gotowania. Nie trzeba zatem ograniczać się do spożywania surowego pokarmu, aby umożliwić prowadzenie rozmów między bakteriami. Nasze pożywienie niesie wiadomość dla naszych bakterii jelitowych. To, co spożywamy, może zawierać cząsteczki przewodzące, które zmieniają pulsujące w nas życie. Nie wiadomo dokładnie, jak to się dzieje, ale pewne jest to, że mają one duże znaczenie. To część działania naszego pokarmu. Zazwyczaj jemy, nie zwracając na to uwagi. Jeśli w naszym organizmie pojawi się brak równowagi, a my chorujemy, łykamy od czasu do czasu tabletki z witaminą C. Witamina C to kwas askorbinowy i furanon, więc kto wie, czy jej działanie w rzeczywistości nie polega na wspomaganiu komunikacji między bakteriami.

Furanony występują także w innych obszarach naszego życia: są stosowane w sprayach odstraszających psy i koty, jako substancja czynna w paskach przeciwko owadom oraz dodawane w postaci granulatu do wody, aby zabić larwy much. Nawet stoły pokrywa się furanonem, aby odstraszać insekty. Także te furanony wysyłają wiadomości do bakterii.

Możliwości komunikacji oraz współpraca między mikroorganizmami są tak różnorodne, jak one same. Mogą one stale wymieniać między sobą elektrony. Podczas badania zaobserwowano, jak bakterie jednego gatunku wystawiały kawałek białka niosącego elektrony, a bakterie drugiego gatunku mogły się na nim gromadzić. Poprzez przenoszenie elektronów oba gatunki bakterii mogły optymalnie wykorzystywać składniki odżywcze znajdujące się w pożywieniu. Nie było tak jednak od początku. Bakterie zaczęły się rozumieć dopiero w trakcie badania, a ich wspólna zdolność wykorzystywania pożywienia stopniowo się zwiększała. Nie wiemy jeszcze, jaki wpływ na komunikację między bakteriami mają nasze urządzenia elektryczne. Prawdopodobnie jednak bakterie w jakiś sposób na nie reagują.

Z flory bakteryjnej powstaje mikrobiom

Bakterie mają zdolność uczenia się i dzięki ciągłej wymianie między sobą tworzą optymalne społeczności. Możemy zatem mówić o wszystkich bakteriach w naszym organizmie jako o narządzie wspólnotowym.

To pojęcie ma także związek z relacjami bakterii z naszymi własnymi komórkami. Nasz nabłonek jelitowy oraz komórki stoją w żywym kontakcie z bakteriami i odbierają ich sygnały. Ludzkie hormony, takie jak adrenalina, insulina czy neurotransmiter norepinefryna (wcześniej zwana noradrenaliną), służą jak substancje semiochemiczne tej komunikacji. Organizmy jednokomórkowe oraz pojedyncze komórki naszego organizmu żyją zatem w ciągłym dialogu między sobą.

Co to wszystko oznacza dla nas? Coś ważnego: całkowicie wywraca to do góry nogami dotychczasowe spojrzenie na człowieka. Uważaliśmy się za istoty w dużej mierze niezależne od środowiska, a teraz stwierdzamy, że w rzeczywistości jesteśmy żyjącą częścią dużej całości: jesteśmy wewnętrznie połączeni z uniwersalnym światem mikrobów.

Czy w ogóle jesteśmy panami samych siebie? Czy nasz umysł określa kolonie bakterii? Czy raczej one rządzą naszym umysłem? A może wpływają one na siebie nawzajem tak, aby zachować dobry stan zdrowia organizmu?

Tak czy inaczej, możemy zrewidować dotychczasowe poglądy na mikroby w naszym życiu i traktować je jako partnera. Tak jak nie moglibyśmy żyć bez serca i nerek, bo są częścią nas, tak samo nasz narząd wspólnotowy tworzony przez wszystkie jednokomórkowce jest nam niezbędny do życia. Im zdrowszy jest, tym zdrowsi jesteśmy my sami. Jeśli otworzymy się na takie spojrzenie, możemy znaleźć lek na wiele chorób dotychczas uznawanych za nieuleczalne.

Tak jak w przypadku wszystkiego, co nowe, zadajemy pytanie: jak należy nazwać ten nowy narząd? Moglibyśmy powiedzieć: „mikrobiomowy prąd życia, który przechodzi przez człowieka, tkwi w różnych częściach jego ciała oraz partnersko współżyje i współpracuje z komórkami organizmu”. To prawda, ale jest nieco za długie na nazwę. Również „narząd wspólnotowy” brzmi nieco dziwnie. W Ameryce mówi się o „superorganizmie”, co z kolei brzmi nieco przesadnie. Dotychczas mówiliśmy o florze bakteryjnej. Ale to pojęcie nie odzwierciedla rzeczywistości. Słowo „flora” pochodzi z łaciny i oznacza wzrost roślin na powierzchni Ziemi, a zatem coś statycznego. Rośliny pozostają bowiem na swoim miejscu. Pojęcie „flory bakteryjnej” pochodzi z czasów, w których myślano, że bakterie rosną na błonach śluzowych niczym trawa na ziemi i że nie występują one wewnątrz organizmu. Dzisiaj wiemy już, że stanowimy dynamiczne współistnienie, że bakterie przenikają przez nas. Nie pozostawiają czystych powierzchni. Wszędzie na naszym organizmie i w nim istnieją powierzchnie, przejścia między wnętrzem a zewnętrzem wyłożone biofilmem z bakterii, które zostają, przychodzą i odchodzą – to dynamiczny proces.

To, że w końcu przyjęło się pojęcie „mikrobiomu”, wynika z historii odkryć. Po raz pierwszy zostało ono użyte w Ameryce w 2001 roku i w kontekście prac nad genomem oznaczało tylko całość genów bakteryjnych w człowieku. Do opisywania wszystkich mikroorganizmów stosowano pojęcie „mikrobiota”. To rozróżnienie stosowane jest także w naukowej literaturze fachowej. Nie wiedziano, że mikrobiota to syberyjski krzew iglasty – wszak Rosja jest daleko od Ameryki, a rośliny tam występujące są tak rzadkie, że nikomu to nie przeszkadzało. W literaturze popularnonaukowej w ogóle nie rozróżniano między „całością genów bakteryjnych” a „wszystkimi gatunkami bakterii”. Dlatego też teraz opisujemy dwa różne zastosowania tych pojęć. W medycznych i mikrobiologicznych gazetach „mikrobiom” oznacza geny, a „mikrobiota” – różne gatunki bakterii. W języku potocznym mówi się raczej o „mikrobiomie” i ma się na myśli oba te pojęcia. Słowo „mikrobiota” dla określenia naszego narządu brzmi nieco ostro. „Mikrobiom” brzmi łagodnie i ładnie.

Naukowcy odczuwają przyjemność ze znajdowania nowych pojęć kończących się na „-om”. „Globalny mikrobiom” oznacza wszystkie bezjądrowe komórki w ziemskiej biosferze. „Pangenom” to wszystkie geny w genomie wszystkich bezjądrowych komórek, „panproteom” to wszystkie białka tworzone przez mikroorganizmy na Ziemi, „mobilom” to wszystkie elementy, które bakterie mogą wymieniać między sobą, włącznie z ich genami. „Metabolom” to wszystkie produkty przemiany materii, a „rezistom” to wszystkie geny przyczyniające się do odporności na antybiotyki. Ta lista nie ma końca.

Końcówka „-om” brzmi dobrze i przypomina leczniczą indyjską sylabę OM, która jest często powtarzana podczas mantr. Symbolizuje pełnię i boską całość. Po grecku „-õma” oznacza „warunek” albo „naturę czegoś”. W pojęciach związanych z botaniką zakończenie „-om” oznacza wspólnotę jednostek tego samego pochodzenia.

Cały system naukowy kręci się wokół „-omów”, którym towarzyszą także pojęcia z końcówką „-omika”. Mikrobiomika zajmuje się mikrobiomem, pangenomika – pangemomem, metabolomika – metabolomem i tak dalej. Czy naukowcy są świadomi, że końcówką „-omika” wyrażają coś „żeńskiego”?

Pojęcie „biom” wywodzi się z ekologii i powstało w roku 1916. Oznaczało wtedy „podstawową wspólnotę formacji roślin i zwierząt”. Pojęcie „mikrobiom” będące skrótem od pojęcia „mikrobiologiczny biom” oznacza więc podstawową wspólnotę niewidzialnych, najmniejszych organizmów.

Kiedy w dalszej części książki mowa będzie o „mikrobiomie”, będzie on oznaczał żywą wspólnotę mikroorganizmów w naszym organizmie lub jego części (na przykład w jelicie), a nie ich geny. Jako „mikrobiota” opisywany będzie skład mikrobów.

Kiedy już wyjaśniono zjawisko istnienia mikrobiomu w ludzkim organizmie, zaczęto wykorzystywać nowe molekularne metody badania jego składu, znaczenia, cech, pojedynczych jednostek oraz roli w utrzymaniu zdrowia i rozwoju chorób. Wyniki tych badań rewolucjonizują obraz nas samych szybciej, niż większość osób jest w stanie pojąć. Częścią obecnie praktykowanej medycyny jest anachronizm, więc niewiele osób dotychczas zauważyło te zmiany.

Aby zrozumieć, dlaczego potrzebowaliśmy tak dużo czasu, aby odkryć mikrobiom, musimy cofnąć się w historii ludzkości: dlaczego współczesny człowiek ma skłonność do analizowana wszystkiego, rozbierania na części pierwsze i traktowania oddzielnie zamiast składania pojedynczych rzeczy w całość? To zaszło za daleko. Być może straciliśmy zaufanie do naszego własnego postrzegania, kiedy zaczęliśmy badać naturę pod względem naukowym. Pocieszające jest więc to, że ten etap już minął.Przypisy

1. Patrz http://genomicscience.energy.gov/program/index.shtml.

2. RNA dla ribonucleic acid, kwasu rybonukleinowego, RNA.

3. S dla jednostki sedymentacyjnej Svedberg, r dla „rybosomalny”, co oznacza „połączony z rybosomami”.

4. M oznacza messenger, co w języku angielskim oznacza „przekazywanie”.

5. EHEC oznacza enterokwrotoczną E. coli, od greckiego énteron oznacza „jelito”.

6. Biofilm to warstwa skórna z organizmami jednokomórkowymi, które kolonizują błonę osadzoną w śluzowatej cieczy, na przykład płytkę nazębną lub warstwę mazistą w syfonie kuchennym.