Ludzki mikrobiom a ksenobiotyki - Arcana - Instytut Medycyny Integracyjnej
Menu Zamknij

Ludzki mikrobiom a ksenobiotyki farmaceutyczne, dietetyczne i środowiskowe

Coraz szerzej dostrzega się szkodliwy wpływ ksenobiotyków na środowisko i zdrowie człowieka; jednak międzyosobnicze różnice genetyczne wśród ludzi modulują zakres szkód jakie mogą one wyrządzić w naszym organizmie. Dzieje się tak głównie poprzez osobniczy wpływ na metabolizm ksenobiotyków i procesy detoksykacji.

Mikrobiom człowieka ma nie tylko bezpośredni wpływ na metabolizm ksenobiotyków, ale może również wpływać na ekspresję genów metabolizujących i aktywność enzymów gospodarza. Z drugiej strony ksenobiotyki mogą zmieniać skład mikrobiomu, prowadząc do stanu dysbiozy, który jest powiązany z wieloma chorobami i niekorzystnymi skutkami zdrowotnymi, w tym zwiększoną toksycznością niektórych ksenobiotyków.

ksenobiotyki

Dzięki swojej ogromnej różnorodności mikrobiom człowieka ma potężną zdolność metabolizującą, która nawet przekracza potencjał metaboliczny gospodarza. W szczególności mikrobiom jelitowy człowieka jest zdolny do biotransformacji ksenobiotyków, począwszy od związków dietetycznych, a skończywszy na składnikach farmaceutycznych.

Mikrobiom może zmieniać okresy półtrwania ksenobiotyków, ich potencjalny wpływ na organizm człowieka oraz szybkość i zakres, w jakim docierają one do krwiobiegu lub do swoich receptorów. Niezależnie od tego, czy ksenobiotyk jest słabo wchłaniany i przechodzi przez jelito cienkie do jelita grubego, wiąże się z jednym z białek wypływowych, czy też jest wchłaniany do krążenia, na pewnym etapie zostanie wystawiony na działanie mikroflory i jej enzymów. Mikrobiom jelitowy może również pośrednio wpływać na zdolność gospodarza do metabolizowania ksenobiotyków lub leków.

Dodatki do żywności

Dodatki do żywności, takie jak E171 czyli dwutlenek tytanu, mogą negatywnie wpływać na mikrobiom jelitowy. Badania wykazują, że E171 zmienia metabolity wytwarzane przez bakterie jelitowe i prowadzi do tworzenia biofilmu. Brak równowagi w grubości warstwy śluzu i przepuszczalności nabłonka są zaangażowane w rozwój zapalenia okrężnicy i raka jelita grubego.

Sztuczne słodziki

Sztuczne słodziki również mogą mieć wpływ na mikrobiom. U myszy, którym podawano sacharynę, sukralozę lub aspartam, rozwinęła się nietolerancja glukozy z wyraźnie zmienionym składem drobnoustrojów. Ksylitol, stosowany w celu ochrony przed próchnicą, jest zdolny do zmiany mikroflory jelitowej u myszy, zwłaszcza zmniejszania Bacteroidetes i zwiększania Firmicutes oraz Prevotella.

Związki azowe

Związki azowe są szeroko stosowane w produkcji farmaceutycznej, tekstylnej, spożywczej, kosmetycznej. Mogą powodować mutacje w ludzkim DNA, reakcje alergiczne i nowotwory. Mikrobiota jelitowa wykorzystuje enzymy – azoreduktazy do metabolizowania barwników azowych. Wśród bakterii redukujących azozwiązki znajdują się Clostridium, Pseudomonas, Bacillus, Geobacillus, Lysinibacillus, Enterococcus, Eubacterium i Escherichia.

Kwas benzoesowy

Kwas benzoesowy – konserwant dodawany do żywności, który zapobiega rozwojowi bakterii i grzybów redukuje Lactobacillus i E. coli w jelitach świń. Emulgatory, takie jak karboksymetyloceluloza i polisorbat-80, powodują dysbiozę u myszy i sprzyjają zapaleniu o niskim stopniu nasilenia, który jest jedną z przyczyn zespołu metabolicznego.

Glifosat

Glifosat jest środkiem chwastobójczym stosowanym na całym świecie. Niezależnie od tego, czy występuje sam, czy w połączeniu, glifosat znacząco zmienia niszę mikrobiologiczną jelit poprzez zmianę liczebności jego dwóch głównych typów, Bacteroidetes i Firmicutes.

Triklosan

Triklosan (5-chloro-2-(2,4-dichlorofenoksy)fenol, TCS) to kolejny środek przeciwdrobnoustrojowy o szerokim spektrum dodawany do produktów do użytku osobistego, w tym kosmetyków i zabawek. Wspomaga on korzystną mikroflorę jelitową, między innymi Bifidobacterium.

Melamina

Innym przykładem jest melamina, wykorzystywana jako surowiec do produkcji klejów, farb, stołów i drewna konstrukcyjnego. W 2008 roku toksyczność melaminy doprowadziła do śmierci dzieci z powodu mikrobiologicznej przemiany melaminy w kwas cyjanurowy w jelitach. Ta ostatnia forma jest nierozpuszczalnym kompleksem, który wytrąca się w nerkach i powoduje kamienie nerkowe.

Arszenik

Arszenik jest naturalnie występującym metaloidem, który wywiera toksyczny wpływ na zdrowie człowieka, zwłaszcza w postaci nieorganicznej. Jest to substancja chemiczna potencjalnie rakotwórcza dla płuc, nerek, wątroby, skóry i pęcherza moczowego. Udowodniono, że wpływa negatywnie na funkcje sercowo-naczyniowe, neurologiczne i immunologiczne. Badania roli mikroflory jelitowej w metabolizmie arsenu przeprowadzane na myszach wykazują, że dysbioza jelitowa nasila toksyczne działanie arsenu. Zrównoważona mikroflora jelitowa sprzyja metylacji arsenu.

Triclocarban

Triclocarban (3,4,4,9-trichlorokarbanilid, TCC) jest składnikiem antybakteryjnym w produktach higieny osobistej, takich jak pasta do zębów i mydło do rąk. TCC zmienia skład drobnoustrojów jelitowych w kierunku zwiększonej liczby Firmicutes i Lactobacillus oraz zmniejsza liczbę Bacteroidetes. TCC zwiększa stężenie krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, czyli wspomaga fermentację bakteryjną. Zmiany te odgrywają rolę w syntezie kwasów tłuszczowych przez wątrobę.

Związki chlorowcowane

Związki chlorowcowane to klasa chemikaliów stosowanych w rolnictwie jako pestycydy, farmaceutyki, środki wybielające i dezynfekujące. Mają negatywny wpływ na mikroflorę jelitową, zmieniając stosunek Firmicutes do Bacteroidetes, a tym samym narażając ludzi na otyłość lub zaburzenia układu odpornościowego. Kwas 2,4-D (2,4-dichlorofenoksyoctowy), jest jednym z najczęściej stosowanych herbicydów na świecie. Zaburza on ścieżki hormonalne w roślinach i ostatecznie prowadzi do śmierci rośliny. W związku z tym służy do zwalczania chwastów w rolnictwie i w domach. U myszy powoduje on dysiozę w jelitach. Polichlorowane bifenyle (PCB), choć zakazane w 1977 r. ze względu na ich toksyczne działanie, wciąż są obecne w środowisku. Narażenie na PCB następuje głównie poprzez spożycie i może prowadzić do upośledzenia funkcji neurologicznych i zmiany zachowania, zwłaszcza u dzieci.

Kadm i ołów

Kadm i ołów to nieorganiczne metale ciężkie, które nie ulegają degradacji i mają tendencję do akumulacji. Dostają się do organizmu ludzkiego poprzez spożycie skażonej żywności czy wody. Pestycydy, nawozy, korozja instalacji wodno-kanalizacyjnych zawierających ołów, górnictwo, akumulatory ołowiowe i spalanie węgla to różne źródła zanieczyszczenia ołowiem i kadmem. Narażenie człowieka na kadm może powodować nadciśnienie, cukrzycę, zawał mięśnia sercowego i upośledzenie funkcji nerek. Ołów może prowadzić do neurotoksyczności, wpływając na neuroprzekaźniki w układzie nerwowym, zwiększając stres. Lactobacillus rhamnosus GR-1 wiąże metale ciężkie i poprawia ich wydalanie z organizmu.

Źródło:

Abdelsalam NA, Ramadan AT, ElRakaiby MT, Aziz RK. Toxicomicrobiomics: The Human Microbiome vs. Pharmaceutical, Dietary, and Environmental Xenobiotics. Front Pharmacol. 2020;11:390

EnglishGermanPolish