Zrozumienie różnorodności alfa

Ludzki mikrobiom jelitowy składa się z miliardów drobnoustrojów, które razem tworzą niezwykle złożony ekosystem. Jednym z terminów często pojawiających się w badaniach nad mikrobiomem jest różnorodność alfa. Odnosi się ona do różnorodności bakterii w Twoim mikrobiomie, innymi słowy: jak wiele różnych drobnoustrojów znajduje się w Twoich jelitach i jak równomiernie są one rozłożone.

W nowoczesnej nauce o mikrobiomie różnorodność alfa jest uważana za jeden z najważniejszych wskaźników stabilności i odporności mikrobiomu jelitowego. Badania sugerują, że zmniejszona różnorodność bakterii często wiąże się ze zmianami w florze jelitowej, zachodnim stylem życia, kontaktem z antybiotykami oraz różnymi schorzeniami zdrowotnymi¹.

Ale co dokładnie oznacza różnorodność bakterii? I dlaczego naukowcy na całym świecie coraz bardziej się nią interesują?

Co oznacza różnorodność alfa?

Różnorodność alfa opisuje różnorodność drobnoustrojów w pojedynczej próbce, w tym przypadku w Twoim mikrobiomie jelitowym.

Odgrywają tu rolę dwa główne czynniki:

• Jak wiele różnych drobnoustrojów jest obecnych

• Jak równomiernie te drobnoustroje są rozłożone

Mikrobiom jelitowy zawierający wiele różnych gatunków bakterii jest zazwyczaj uważany za bardziej różnorodny niż taki, w którym dominują tylko kilka grup.

Możesz o tym myśleć jak o ekosystemie leśnym:

Las z wieloma różnymi roślinami, owadami i zwierzętami jest zazwyczaj uważany za bardziej stabilny niż ekosystem z tylko kilkoma gatunkami. Naukowcy stosują obecnie podobne pojęcie do ludzkiego mikrobiomu.

Co w tym jest szczególnie fascynujące:

Mikrobiom jelitowy jako całość zawiera miliony genów mikrobowych, czyli znacznie więcej informacji genetycznych niż sam ludzki genom².

Dlaczego różnorodność bakterii jest ważna?

Wysoka różnorodność bakterii jest często kojarzona z bardziej stabilnym ekosystemem mikrobiologicznym. Naukowcy często nazywają to mikrobiologiczną „odpornością” – zdolnością mikrobiomu do reagowania na czynniki stresogenne i powrotu do równowagi po ich ustąpieniu³.

Czynniki stresogenne mogą obejmować:

• Antybiotyki

• Infekcje

• Stres

• Niedobór snu

• Znaczne zmiany w diecie

• Procesy zapalne

Różne drobnoustroje pełnią różne funkcje w jelitach. Niektóre produkują krótkołańcowe kwasy tłuszczowe, takie jak maślan, podczas gdy inne pomagają rozkładać błonnik pokarmowy lub wchodzą w interakcje z układem odpornościowym⁴.

Gdy różnorodność maleje, równowaga w tej mikrobiologicznej sieci może ulec zaburzeniu.

Warto jednak zrozumieć:

Wysoka różnorodność alfa nie oznacza automatycznie „zdrowia”, a niższa różnorodność nie wskazuje automatycznie na chorobę. Mikrobiom jest bardzo indywidualny i zawsze należy interpretować go w szerszym kontekście biologicznym.

Dlaczego różnorodność bakterii spada u wielu osób?

Wielu badaczy uważa obecnie, że nowoczesny zachodni styl życia ma silniejszy wpływ na mikrobiom, niż wcześniej przypuszczano⁵.

Badania wykazują, że osoby mieszkające w krajach uprzemysłowionych często mają niższą różnorodność mikrobiologiczną w porównaniu z populacjami o tradycyjnym stylu życia⁶.

Niektórzy naukowcy opisują to już jako możliwe „utracenie różnorodności mikrobiomu” w społeczeństwach zachodnich.

Szczególnie interesujące:

Mikrobiom reaguje zaskakująco dynamicznie na czynniki związane ze stylem życia. Już kilka dni spożywania wysoko przetworzonej lub ubogiej w błonnik żywności może prowadzić do mierzalnych zmian w składzie bakterii⁷.

Jaką rolę odgrywa błonnik?

Błonnik pokarmowy jest uważany za jeden z najważniejszych czynników wpływających na wiele bakterii jelitowych. Liczne drobnoustroje wykorzystują błonnik jako źródło pożywienia i fermentują go.

Proces ten wytwarza krótkołańcowe kwasy tłuszczowe, takie jak:

• Maślan

• Acetat

• Propionian

Te produkty uboczne metabolizmu są intensywnie badane pod kątem funkcji bariery jelitowej, regulacji odporności i stabilności mikrobiologicznej⁸.

Szczególnie bakterie produkujące maślan są głównym przedmiotem nowoczesnych badań nad mikrobiomem, w tym:

• Faecalibacterium prausnitzii

• Roseburia

• Eubacterium rectale

Wiele z tych drobnoustrojów korzysta na diecie bogatej w błonnik⁹.

Antybiotyki a różnorodność alfa

Jednym z najsilniejszych znanych czynników wpływających na różnorodność bakterii jest kontakt z antybiotykami.

Antybiotyki mogą wpływać nie tylko na szkodliwe bakterie, ale także na znaczne części naturalnego mikrobiomu jelitowego. Badania wykazują, że różnorodność alfa może znacznie spaść po zastosowaniu antybiotyków¹⁰.

Szybkość, z jaką mikrobiom się regeneruje, bardzo się różni między osobami.

Niektóre grupy bakterii regenerują się stosunkowo szybko, podczas gdy inne mogą potrzebować tygodni, a nawet miesięcy, a niektóre zmiany mogą utrzymywać się długo¹¹.

To jeden z powodów, dla których pojęcie odporności mikrobiologicznej staje się coraz ważniejsze w badaniach nad mikrobiomem.

Co mówią badania o różnorodności alfa?

Nowoczesne badania nad mikrobiomem analizują różnorodność bakterii w wielu różnych obszarach, w tym:

• Zespół jelita drażliwego (IBS)

• Funkcja bariery jelitowej i „przeciekające jelito”

• Zdrowie metaboliczne

• Procesy zapalne

• Oś jelitowo-mózgowa

• Odżywianie i styl życia

Ważne, że badacze nie klasyfikują już bakterii po prostu jako „dobre” lub „złe”. Zamiast tego coraz częściej skupiają się na całym ekosystemie mikrobiologicznym i jego stabilności funkcjonalnej¹².

Nowoczesne technologie sekwencjonowania shotgunowego zapewniają obecnie znacznie głębszy wgląd w różnorodność bakterii i skład mikrobiologiczny niż starsze metody¹³.

Jak analizuje się różnorodność alfa?

Nowoczesne analizy mikrobiomu wykorzystują technologie sekwencjonowania oparte na DNA, aby zobrazować różnorodność mikrobiologiczną w jelitach.

W Bactera stosujemy zaawansowaną technologię sekwencjonowania shotgunowego. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod 16S, sekwencjonowanie shotgunowe nie analizuje tylko wybranych regionów markerowych bakterii, lecz bada duże części całkowitego DNA mikrobiologicznego. Umożliwia to wykrycie znacznie większej liczby drobnoustrojów i wzorców mikrobiologicznych¹⁴.

Dzięki naszemu podejściu Microbiome 360° analizujemy:

• Różnorodność bakterii

• Skład mikrobiologiczny

• Grzyby i wirusy

• Funkcjonalne potencjały mikrobiologiczne

• Geny oporności na antybiotyki

Podsumowanie

Różnorodność alfa jest obecnie uważana za jedno z centralnych pojęć w nowoczesnych badaniach nad mikrobiomem. Opisuje różnorodność bakterii w Twoim mikrobiomie jelitowym i może dostarczać informacji o tym, jak stabilny i odporny jest ten złożony ekosystem.

Dieta, antybiotyki, stres, sen i czynniki związane ze stylem życia mogą wpływać na różnorodność bakterii, często szybciej, niż wiele osób zdaje sobie sprawę.

Jednocześnie badania coraz częściej wykazują:

Mikrobiom nie składa się z odizolowanych bakterii „dobrych” lub „złych”, lecz jest niezwykle złożoną siecią drobnoustrojów, które razem kształtują Twój ekosystem mikrobiologiczny.

Właśnie dlatego nowoczesna analiza mikrobiomu o wysokiej rozdzielczości staje się coraz ważniejsza. Chcesz wiedzieć, jak wygląda Twoja własna różnorodność? Dowiedz się, jak przebiega analiza flory jelitowej.

Źródła naukowe

1. Wilmanski T, Diener C, Rappaport N, et al. Gut microbiome pattern reflects healthy ageing and predicts survival in humans. Nature Metabolism. 2021;3:274–286.

2. Almeida A, Nayfach S, Boland M, et al. A unified catalog of 204,938 reference genomes from the human gut microbiome. Nature Biotechnology. 2021;39:105–114.

3. Lozupone CA, Stombaugh JI, Gordon JI, et al. Diversity, stability and resilience of the human gut microbiota. Nature. 2022 update review.

4. Fan Y, Pedersen O. Gut microbiota in human metabolic health and disease. Nature Reviews Microbiology. 2021;19:55–71.

5. Gacesa R, Kurilshikov A, Vich Vila A, et al. Environmental factors shaping the gut microbiome in a Dutch population. Nature. 2022;604:732–739.

6. Sonnenburg ED, Sonnenburg JL. The ancestral and industrialized gut microbiota and implications for human health. Nature Reviews Microbiology. 2021;19:383–394.

7. Asnicar F, Berry SE, Valdes AM, et al. Microbiome connections with host metabolism and habitual diet from 1,098 deeply phenotyped individuals. Nature Medicine. 2021;27:321–332.

8. De Filippo C, Pasolli E, Ercolini D. The Mediterranean diet and human gut microbiome: nutritional interventions for improving host health. Gut Microbes. 2022;14(1):2045048.

9. Makki K, Deehan EC, Walter J, et al. The impact of dietary fiber on gut microbiota in host health and disease. Cell Host & Microbe. 2023;31(2):204–223.

10. Dethlefsen L, Relman DA. Incomplete recovery and individualized responses of the human distal gut microbiota to repeated antibiotic perturbation. Updated microbiome analyses 2021.

11. Palleja A, Mikkelsen KH, Forslund SK, et al. Recovery of gut microbiota after antibiotics depends on host and environmental factors. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. 2021.

12. Cryan JF, O’Riordan KJ, Cowan CSM, et al. The microbiota-gut-brain axis. Physiological Reviews. 2023;103:1485–1564.

13. Quince C, Walker AW, Simpson JT, et al. Shotgun metagenomics, from sampling to analysis. Nature Biotechnology. 2021 update review.

14. Knight R, Vrbanac A, Taylor BC, et al. Best practices for analysing microbiomes. Nature Reviews Microbiology. 2022;20:483–496.