Výživa, zdravotní stav, stres, biorytmus člověka, to všechno ovlivňuje prostředí, v němž vegetují střevní bakterie, které promlouvají do jeho obranyschopnosti. Kmeny téhož bakteriálního druhu mohou regulovat imunitní systém různě, někdy i protichůdně, například proti- i prozánětlivě. Klíčoví jsou i „sousedé z téže vesnice“, tedy sousední mikrobi.
Autoři studie se zaměřili na významného člena střevní mikrobioty: Bacteroides thetaiotaomicron (B. theta), gramnegativního anaeroba, který působí protizánětlivě, zlepšuje bariérovou funkci střevní sliznice a chrání svého hostitele před patogenní invazí. B. theta má ve svém genomu přes 80 genů pro zpracování polysacharidů, tzv. PULs (polysaccharide utilization loci), které jí umožňují využít různé typy sacharidů, jež doputují nestrávené do střeva hostitele. Dostupnost těchto polysacharidů je závislá na stravě hostitele a použití PULs bakterii umožňuje přizpůsobovat se měnícím se podmínkám prostředí.
Vědce zajímalo, jak bude B. theta odpovídat na různou stravu u lidí a jak se reakce promítnou v imunitním systému hostitele. Problematiku poté detailněji zkoumali na experimentálních in vivo i in vitro modelech.
Lidský studijní soubor tvořili pacienti s idiopatickými střevními záněty (IBD) a zdraví jedinci z americké databáze IBDMDB (The Inflammatory Bowel Disease Multi'omics Database, celkem 132 osob), která poskytuje dobrý zdroj pro analýzy chování ekosystému střevní mikrobioty v kontextu IBD.
Jedním ze způsobů, jak se střevní bakterie přizpůsobují změnám prostředí, jsou reverzibilní inverze DNA, které umožňují plasticitu transkripce genů. Některé se vyskytují v oblasti promotorů a zapínají nebo vypínají transkripci genů, při jiných dochází k přesmykům DNA, jež přivádí dosud neaktivní geny do míst s aktivní transkripcí. Vědci ověřovali, jak se konzumace různých potravin u lidí promítala do frekvence těchto inverzí. K analýze posloužily jednak software PhaseFinder (identifikoval inverzní oblasti a frekvenci inverzí) a dotazník o stravování, který probandi vyplnili.
Konzumace různé stravy (rostlinné proteiny, zpracované maso, ovocné džusy, alkohol, nealkoholické nápoje, celozrnné výrobky, škrob) se skutečně odrážela na frekvenci inverzí DNA lidského střevního mikrobu B. theta. Ke změnám docházelo především v závislosti na konzumaci různých cukrů, nejvýrazněji u slazených nápojů či ovocných džusů.
Pro ověření vlivu slazených nápojů na B. theta u lidí a možných imunomodulačních účinků byly využity laboratorní myši chované ve sterilních podmínkách, tj. neobsahující žádné mikroby (GF – germ-free. Část z nich byla monokolonizována B. theta. Deset dní po monokolonizaci byly všechny rozděleny do dvou skupin: kontrolní, která pila čistou vodu, a experimentální, která pila vodu obsahující 9 % bílého cukru („cukrová voda“).
Po několika dnech byly hodnoceny buněčné populace v tlustém střevě, slezině a mezenteriálních lymfatických uzlinách (mLN) a také hladiny tumor nekrotizujícího faktoru alfa (TNF-α), interleukinu 6 (IL-6) a proteiny zonula occludens v tkáni tlustého střeva. U B. theta se projevovaly genomické a metabolické změny v reakci na bílý cukr a imunomodulační funkce těchto bakterií souvisely s inverzemi jejich DNA.
Potvrdilo se také, že imunomodulační funkce B. theta je plastická. V další fázi byly použity 3 skupiny monokolonizovaných myší s B. theta – pijící čistou vodu, nebo cukrovou vodu, nebo cukrovou vodu, která byla po 7 dnech vyměněna za čistou. Analýza ukázala, že když myším přestal být podáván cukr, bakteriální DNA i markery imunitního systému měřené po 12 dnech od výměny slazené vody za čistou byly srovnatelné se zvířaty, která pila čistou vodu po celou dobu.
Aby mohli podrobně prostudovat vliv různých sacharidů na inverze DNA u B. theta, kultivovali ji výzkumníci po dobu 24 hod. v minimálním médiu do nějž byl vždy přidán 1 ze 190 možných zdrojů uhlíku. B. theta byla schopna využít 22 z testovaných zdrojů, jednalo se o mono-, di-, oligo- i polysacharidy.
Jelikož předchozí výzkum ukázal, že střevní bakterie mohou modulovat imunitní systém hostitele jimi vylučovanými molekulami, byla pro hodnocení imunomodulační funkce B. theta použita kondicionovaná média (CM), tedy média, v nichž na daném zdroji uhlíku rostla populace B. theta. CM byla vpravena do splenocytů získaných od specifických myší bez patogenů. Tento model umožňuje hodnotit vliv bakterií na populace různých buněk přítomných ve slezině. Po 5denní kultivaci splenocytů v přítomnosti CM byly hodnoceny populace T lymfocytů a hladiny pro- a protizánětlivých markerů.
Imunomodulační působení B. theta se měnilo v závislosti na zdrojích uhlíku. Vědci podrobněji zkoumali vliv mastných kyselin s krátkým řetězcem (SCFA), o nichž je známo, že spouští sekreci protizánětlivých cytokinů. Ačkoliv zdroj uhlíku ovlivňoval koncentraci SCFA v kondiciovaném médiu, hladina SCFA povětšinou nekorelovala s imunomodulačními účinky. Naopak se ukázalo, že různé zdroje uhlíku vedou k různým vzorcům exprese proteinů, zejména membránových z rodiny PUL. Výsledky následných experimentů naznačují, že proteiny secernované do média mohou usnadňovat adaptaci bakterií na různá prostředí.
„Naše výsledky zdůrazňují důležitost zaměření se na funkčnost bakteriálních kmenů za různých podmínek a potenciální vliv sacharidů v potravě na imunomodulační funkčnost bakterií,“ shrnují autoři studie. Studium toho, jaké účinky mají specifické složky stravy na klíčové členy střevní mikrobioty a jejich imunomodulační schopnosti, podle nich může nést praktické ovoce: na základě skladby mikrobiomu konkrétního člověka by bylo možné „ušít“ doporučení v otázkách stravy přímo na míru.
(esr)
Zdroj: Gal-Mandelbaum N., Carasso S., Kedem A. et al. Dietary carbohydrates alter immune-modulatory functionalities and DNA inversions in Bacteroides thetaiotaomicron. Nat Commun 2025; 16 (1): 4938, doi: 10.1038/s41467-025-60202-9.
