Bacteroidota: bez błonnika zjada wyściółkę twoich jelit

Poproś większość ludzi, żeby posortowali bakterie, a dostaniesz dwie kupki: te dobre z reklamy jogurtu i te złe z klamki. Bacteroidota nie trafiają do żadnej z nich, i to nie jest dyplomatyczny unik — tak mówi opublikowany zapis. Ten sam typ, który trawi tę część twojej kolacji, z którą ty sobie nie radzisz, i który pomaga uczyć twój układ odpornościowy, co tolerować, jest też grupą pojawiającą się w większości zakażeń beztlenowych, kiedy dostanie się tam, gdzie go być nie powinno. Weźmy więc po kolei zalety i wady, za każdym razem z nazwanym badaniem.

Czym jest, w jednym zdaniu

Bacteroidota to typ — bardzo duża gałąź bakteryjnego drzewa rodowego — bakterii Gram-ujemnych, nietworzących przetrwalników, których przedstawiciele wyspecjalizowali się w rozkładaniu złożonych cukrów. Jego przedstawiciele jelitowi są bezwzględnymi beztlenowcami; typ obejmuje też linie glebowe i wodne, które żyją z tlenem.

Ta specjalizacja jest nicią przewodnią. Przegląd biologii tego typu z 2019 roku opisuje wspólny zestaw narzędzi: jego przedstawiciele pakują swoje enzymy działające na węglowodany w loci wykorzystania wielocukrów — zespoły genów, które włączają się tylko wtedy, gdy pasujący cukier naprawdę jest obecny — i wypychają te enzymy na zewnątrz systemem sekrecji, który występuje w tym typie i w zasadzie nigdzie indziej ⁴. To wydajna konstrukcja. Nie rób enzymu, dopóki posiłek nie dotrze.

Gdzie żyje w tobie

Głównie w jelicie grubym i w ogromnej liczbie. Kiedy Eckburg i współpracownicy zbadali 13 355 sekwencji genów rybosomalnego RNA ze śluzówki okrężnicy i kału trojga zdrowych dorosłych w Science w 2005 roku — jedna z pierwszych prób odczytania jelita bez prób hodowania czegokolwiek — Bacteroidetes wróciły jako jedna z dwóch grup, które dominują w zdrowej okrężnicy ². Późniejsze prace wykazały, że społeczność układa się w niewielką liczbę powtarzających się konfiguracji, a nie w płynny gradient: analiza opublikowana w Nature w 2011 roku wskazała trzy odporne klastry w kohortach z kilku krajów, a jeden z nich napędzają Bacteroides ¹².

Ten typ nie jest wyłącznie jelitowy. Jego krewni żyją w ustach, w drogach oddechowych i w pochwie, a poza ciałem jest to dominujący typ gleby, gdzie ta sama maszyneria enzymatyczna rozbiera glikany roślinne i grzybowe zamiast błonnika z diety ⁴.

Co robi dla nas

Zjada to, czego ty nie umiesz. Twój własny genom koduje skromny zestaw enzymów węglowodanowych. Ich zestaw jest ogromny. Kiedy Xu i współpracownicy opublikowali w Science w 2003 roku pełny genom Bacteroides thetaiotaomicron, okazało się, że proteom liczący 4 779 białek zawiera rozbudowany aparat do pozyskiwania i rozkładania wielocukrów z diety, których inaczej nie da się strawić, a do tego duży układ czujników do rozpoznawania, który cukier właśnie dotarł ³. Produkty tej fermentacji — krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA) — są paliwem, na którym pracuje wyściółka twojej okrężnicy.

Pomaga zbudować układ odpornościowy. To wynik, który zmienił sposób, w jaki dziedzina mówi o komensalach. Mazmanian i współpracownicy pokazali w Cell w 2005 roku, że jedna cząsteczka z Bacteroides fragilis, polisacharyd A, kieruje dojrzewaniem układu odpornościowego gospodarza: zasiedlenie myszy bezmikrobowych tą bakterią naprawiło ogólnoustrojowe niedobory limfocytów T i zaburzone proporcje limfocytów pomocniczych oraz pokierowało rozwojem narządów limfatycznych, a mutant pozbawiony tego polisacharydu tego nie zrobił ⁷. Jeden bakteryjny cukier wykonujący pracę rozwojową, której mysz nie potrafiła wykonać sama.

Zastrzeżenie, powiedziane na głos: to były myszy bezmikrobowe. To czysta demonstracja mechanizmu, a nie dowód, że jakakolwiek konkretna interwencja u ludzi go odtwarza.

Trzyma barierę śluzową w ryzach — jeśli go nakarmisz. Desai i współpracownicy, piszący w Cell w 2016 roku, posadzili myszy niosące zdefiniowaną ludzką społeczność jelitową na dietach bez błonnika; pozbawione wielocukrów roślinnych bakterie zwróciły się ku własnym glikoproteinom śluzu gospodarza jako źródłu składników odżywczych, warstwa śluzu w okrężnicy uległa zniszczeniu, a zwierzęta stały się znacznie bardziej podatne na patogen błony śluzowej ⁵. Te organizmy nie stały się złośliwe. Zjadły jedyne, co zostało.

Co robi przeciwko nam

Poza jelitem to poważny patogen. Przegląd Hannah Wexler w Clinical Microbiology Reviews nie owija arytmetyki w bawełnę: gatunki Bacteroides znajduje się w większości zakażeń beztlenowych, z towarzyszącą śmiertelnością ponad 19 %, a B. fragilis — który stanowi tylko około 0,5 % flory ludzkiej okrężnicy — jest najczęściej izolowanym patogenem beztlenowym, za sprawą swoich czynników zjadliwości, a nie liczebności ⁶. Kiedy ściana jelita zostaje przerwana przez operację, perforację albo uraz, cichy mieszkaniec staje się ropniem.

Niesie potężną oporność na antybiotyki. Ten sam przegląd zauważa, że gatunki Bacteroides mają najwięcej mechanizmów oporności na antybiotyki i najwyższe wskaźniki oporności ze wszystkich patogenów beztlenowych, przy rosnącej oporności klinicznej na cefoksytynę, klindamycynę, metronidazol, karbapenemy i fluorochinolony ⁶. To powód do rozsądnego stosowania antybiotyków, a nie do strachu przed własną okrężnicą.

Jeden typ szczepu ma teczkę onkologiczną. Część B. fragilis nosi gen wydzielanej toksyny. Wu i współpracownicy pokazali w Nature Medicine w 2009 roku, że enterotoksyczny B. fragilis, ale nie postać nietoksyczna, wywoływał zapalenie okrężnicy i silnie indukował guzy okrężnicy w mysim modelu nowotworzenia jelitowego, przez zapalny szlak Th17, który dało się zablokować neutralizacją interleukiny 17 ⁸. U ludzi Boleij i współpracownicy porównali biopsje śluzówki od 49 pacjentów z nowotworzeniem jelita grubego z 49 osobami z grupy kontrolnej i znaleźli gen toksyny w 85,7 % próbek z lewej strony i 91,7 % z prawej, wobec 53,1 % i 55,5 % biopsji kontrolnych ⁹.

Zastrzeżenie, i jest duże: to związek w małym badaniu, połowa grupy kontrolnej też nosiła ten gen, a noszenie genu toksyny to nie to samo co zachorowanie na raka. Praca na myszach pokazuje, że mechanizm istnieje; praca u ludzi pokazuje korelację wartą badania. Żadna nie pokazuje przyczynowości u człowieka.

W ustach jeden przedstawiciel przepisuje cały pokój. Porphyromonas gingivalis należy do tego typu i jest pierwszym przykładem hipotezy patogenu kluczowego, przedstawionej w Nature Reviews Microbiology w 2012 roku: organizm o małej liczebności, który wywołuje chorobę nie przez przerośnięcie wszystkiego innego, lecz przez przebudowanie skądinąd łagodnej społeczności w szkodliwą ¹⁰.

Nazwa: Bacteroidota, dawniej Bacteroidetes

Obie nazwy są poprawne; jedna jest aktualna. Do niedawna ranga typu nie miała pozycji w formalnym kodeksie nomenklatury prokariotów. Kiedy już ją zyskała, Oren i Garrity opublikowali w 2021 roku formalne opisy nadające ważną pozycję 42 nazwom typów i Bacteroidetes zostały uregulowane jako Bacteroidota ¹. NCBI Taxonomy prowadzi ten typ pod jego aktualną nazwą, z „bakteriami grupy CFB” jako starszą, nieformalną etykietą; identyfikator taksonomiczny znajdziesz w panelu tej strony. Jeśli szukasz w piśmiennictwie, szukaj obu pisowni — większość klasycznych prac powyżej ukazała się pod tą starą.

Nagłówek o „szczupłym jelicie” i dlaczego mu nie ufać

Pewnie spotkałeś twierdzenie, że wysoki stosunek Bacteroidetes do Firmicutes znamionuje szczupłe jelito. Nie utrzymało się. Sze i Schloss połączyli dziesięć niezależnych zbiorów danych w mBio w 2016 roku i stwierdzili, że choć niektóre miary różnorodności były słabo związane z otyłością, stosunek Bacteroidetes do Firmicutes i liczebności poszczególnych typów już nie; modele uczenia maszynowego trenowane na jednym zbiorze i testowane na pozostałych osiągnęły medianę trafności klasyfikacji między 33,01 % a 64,77 %, a różnica w różnorodności Shannona między osobami z otyłością i bez niej wyniosła 2,07 % ¹¹.

To uczciwe podsumowanie dekady nagłówków. Ten typ ma ogromne znaczenie dla tego, jak pracuje twoje jelito. Nie jest natomiast, przy obecnych dowodach, pokrętłem, które odczytasz z badania kału i na nim zagrasz.