W dzisiejszej szybko zmieniającej się rzeczywistości, pełnej różnorodnych produktów spożywczych, jesteśmy stawiani przed licznymi wyzwaniami dotyczącymi naszych nawyków żywieniowych. Zwykle skupiamy się na analizie zawartości składników odżywczych i gęstości kalorycznej produktów nie dostrzegając przy tym ryzyka wynikającego z obecności zanieczyszczeń chemicznych w żywności oraz ich potencjalnego wpływu na mikrobiotę jelitową - subtelny ekosystem, który odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu zdrowia naszego organizmu. Mikrobiota jelitowa to niezliczona liczba bakterii, wirusów i grzybów, które kolonizują nasz przewód pokarmowy i wpływają na niemal każdy aspekt naszego zdrowia. Dlatego coraz większe zainteresowanie zwracają badania dotyczące tego, jak obecność chemicznych zanieczyszczeń żywności może wpływać na naszą mikrobiotę jelitową.

Mikrobiota jelitowa - klucz do zdrowia

Mikrobiota jelitowa to bogata społeczność mikroorganizmów, których obecność i różnorodność mają istotne znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania naszego organizmu. Często określana jako „drugi mózg” lub „superorgan”, mikrobiota jelitowa spełnia szereg istotnych funkcji. Współuczestniczy w procesach trawienia, detoksykacji, prawidłowym funkcjonowania układu hormonalnego, neurologicznego i immunologicznego. Stan harmonijnej współpracy między mikroorganizmami jelitowymi a naszym organizmem nazywamy homeostazą jelitową. Jednak gdy ta subtelna równowaga zostaje zaburzona, pojawia się dysbioza - stan, w którym skład i funkcje mikroorganizmów jelitowych ulegają zakłóceniu. Takie odchylenia są ściśle związane z różnorodnymi schorzeniami, obejmującymi nie tylko dolegliwości żołądkowo-jelitowe, ale również choroby o podłożu neurologicznym, oddechowym, metabolicznym, sercowo-naczyniowym, jak również schorzenia autoimmunologiczne i wiele innych. Badania wskazują, że dysbioza jest ściśle związana m.in. z depresją, stanami lękowymi, astmą, otyłością, cukrzycą typu 2, a nawet chorobami serca. Odkryto także związki pomiędzy nieprawidłowościami w mikrobiocie jelitowej a schorzeniami autoimmunologicznymi, takimi jak reumatoidalne zapalenie stawów czy cukrzyca typu 1.

Koktajl zanieczyszczeń

Zanieczyszczenia chemiczne w żywności to substancje, które w niezamierzony sposób trafiają do żywności lub paszy dla zwierząt na różnych etapach produkcji, przetwarzania i transportu. Do substancji tych zalicza się metale ciężkie, pozostałości pestycydów, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), dioksyny, polichlorowane bifenyle, pozostałości po weterynaryjnych środkach leczniczych, mykotoksyny oraz substancje przenikające z materiałów opakowaniowych, takie jak bisfenole i ftalany. Główne źródła tych zanieczyszczeń to m.in. przemysł, emisje z pojazdów oraz spalanie paliw stałych i płynnych, intensyfikacja rolnictwa i produkcji zwierzęcej oraz zanieczyszczenie wody pitnej.

Zanieczyszczenia chemiczne obecne w żywności, mają poważne konsekwencje dla zdrowia. Metale ciężkie, takie jak kadm i ołów, które mogą łatwo przenikać do łańcucha pokarmowego, prowadząc do obniżenia bariery immunologicznej, zaburzeń psycho-społecznych i opóźnienia wzrostu wewnątrzmacicznego. Spożycie metali ciężkich wiąże się także z ryzykiem niedożywienia oraz zwiększeniem występowania chorób układu pokarmowego. Zanieczyszczenia chemiczne żywności są również powiązane z występowaniem nowotworów. Narażenie na polichlorowane bifenyle (PCB) może negatywnie wpływać na rozwój neurologiczny dzieci i odpowiedź immunologiczną. Pestycydy obecne w żywności mogą uszkadzać układ nerwowy i nerki, wywoływać wrodzone wady rozwojowe, problemy z płodnością i być potencjalnie rakotwórcze. Przemysłowe substancje chemiczne, takie jak arsen, PCB i ołów, występujące zarówno w żywności, jak również w wodzie, zwiększają ryzyko zaburzeń neurologicznych. Narażenie na te substancje chemiczne już we wczesnych stadiach rozwoju płodowego może prowadzić do trwałego uszkodzenia mózgu, nawet przy znacznie niższych dawkach niż te, które wpływają na funkcje mózgu u dorosłych.

Ludzie narażeni są na setki substancji chemicznych, o czym świadczy fakt, że w ludzkich próbkach biologicznych zidentyfikowano ponad 300 środowiskowych substancji chemicznych lub ich metabolitów. Narażenie ludzi na substancje chemiczne jest stałe, a niektóre z nich mają długie okresy półtrwania w organizmie i środowisku. W związku z tym kontrola i zapobieganie występowania zanieczyszczeń chemicznych w żywności stanowią kluczowe wyzwanie dla zdrowia publicznego, mające na celu ochronę konsumentów poprzez ograniczenie negatywnych skutków zdrowotnych.

Wpływ środowiskowych substancji chemicznych na mikrobiotę jelitową

Mikrobiota jelitowa wpływa na metabolizm gospodarza, a zatem może pośredniczyć w niektórych toksycznych efektach środowiskowych substancji chemicznych. W przypadku przewlekłego narażenia na różne środowiskowe substancje chemiczne istotne jest zrozumienie, w jaki sposób społeczność drobnoustrojów jelitowych ulega zmianiom w odpowiedzi na środowiskowe narażenie na substancje chemiczne oraz jaki jest wpływ takich zmian na zdrowie gospodarza.

Bisfenol A

Wyniki badań dotyczące wpływu bisfenolu A (BPA) na zdrowie wykazują, że BPA może powodować zmiany składu mikrobioty jelitowej różnych gatunków zwierząt w sposób zależny od płci. Na przykład u samców myszy, którym podawano BPA stwierdzono zwiększenie obfitości bakterii z rodziny Prevotellaceae, która pozytywnie wpływa na funkcje bariery śluzowej jelita. Ekspozycja na BPA zwiększała również poziomy mikroorganizmów z rodzaju Methanobrevibacter w mikrobiomie jelit osobników płci męskiej. Bakterie z rodzaju Methanobrevibacter zwiększają zdolność organizmu do pobierania energii z pożywienia i przyrostu masy ciała. Istnieje więc prawdopodobieństwo, że przyrost masy ciała wywołany przez BPA wynika przynajmniej częściowo ze zmian w mikrobiomie jelit. Ogólnie rzecz biorąc, ekspozycja na BPA wywołuje różnicowane efekty w zależności od płci na mikrobiotę jelitową, co sugeruje, że samce i samice eksponowane na BPA mogą być narażone na różne ryzyko wystąpienia określonych chorób.

Ftalany

Najnowsze badania na kilku gatunkach zwierząt wskazują, że narażenie na ftalany podczas rozwoju może zmieniać skład mikrobioty jelitowej i prowadzić do istotnych skutków zdrowotnych. Narażenie na mono-(2-etyloheksylo) ftalan (MEHP) u myszy w wieku dojrzewania prowadziło do zmian składu gatunkowego mikrobioty jelitowej i zwiększenia objętości komórek tłuszczowych oraz podwyższenia poziomu cholesterolu, co sugeruje związek między zmianami w mikrobiocie jelitowej wywołanymi przez MEHP a zaburzeniami metabolizmu lipidów. Długotrwałe narażenie samic myszy na di-2-etyloheksyloftalan (DEHP) prowadziło do zwiększenia produkcji p-krezolu, metabolitu który hamuje syntezę kwasu masłowego. Kwas masłowy jest metabolitem wytwarzanym przez mikrobiotę jelitową i odgrywa ważną rolę w prawidłowym funkcjonowaniu jelit, układu odpornościowego oraz układu nerwowego. Oznacza to, że narażenie na DEHP może wiązać się z upośledzeniem pracy jelit, osłabieniem odporności i zaburzeniami neurologicznymi.

Pestycydy

Pestycydy, w tym insektycydy, herbicydy i fungicydy, są stosowane na całym świecie w celu wspomagania produkcji żywności. Zarówno glifosat, jak i różne formulacje herbicydu na bazie glifosatu (GBH), zmieniają skład bakteryjny mikrobiomu jelitowego u gryzoni i pszczół miodnych. Istnieją dowody na to, że chloropiryfos, pestycyd z grupy organofosforanów, ma wpływ na mikrobiotę u samców gryzoni i ryb, które były narażone na ten pestycyd zarówno w okresie rozwoju, jak i dorosłym życiu. Ponadto, narażenie na chloropiryfos powoduje także stan zapalny i zwiększa stres oksydacyjny w przewodzie pokarmowym.

Arsen

Badania przeprowadzone w Bangladeszu wykazują, że narażenie ludzi na arsen w wodzie pitnej wpływa na mikrobiom jelitowy, co prowadzi do zwiększenia populacji bakterii z rodzaju Citrobacter. W zależności od gatunku bakterii z rodzaju Citrobacter, mogą one prowadzić do różnych problemów zdrowotnych, takich jak infekcje dróg moczowych, choroby układu oddechowego, zapalenie przewodu pokarmowego i sepsa u osób o osłabionej odporności. Analizy wykazują istotny związek między narażeniem na arsen w wodzie, obecnością Citrobacter a grubością błony środkowej tętnicy szyjnej, która jest związana ze zwiększonym ryzykiem wystąpienia chorób serca oraz miażdżycy.

Podsumowanie

Coraz więcej dowodów sugeruje, że ekspozycja na zanieczyszczenia chemiczne żywności na różnych etapach życia może prowadzić do zmian składu i funkcjonowania mikrobioty jelitowej oraz wiązać się z różnymi problemami zdrowotnymi, w tym dysfunkcjami układu odpornościowego, zmienionym metabolizmem węglowodanów i lipidów oraz zaburzeniami neurobehawioralnymi. Co więcej, wpływ substancji chemicznych na mikrobiotę jelitową jest silnie uzależniony od płci i wieku. Istotne pytanie brzmi: czy i na ile mikrobiota jelitowa może pośredniczyć w negatywnych efektach zdrowotnych wynikających z obecności chemicznych zanieczyszczeń w naszej diecie. Toksykomikrobiomika, czyli interdyscyplinarna dziedzina nauki zajmująca się badaniem wpływu toksycznych substancji chemicznych na mikrobiom, to stosunkowo nowy obszar badawczy. Wiele z tych badań koncentruje się jedynie na zmianach w składzie mikrobioty jelitowej, a nie mechanizmach, przez które substancje chemiczne wpływają na mikrobiotę jelitową w taki a nie w inny sposób.

Literatura

1. Rather IA, Koh WY, Paek WK, Lim J. The Sources of Chemical Contaminants in Food and Their Health Implications. Front Pharmacol. 2017 Nov 17;8:830. doi: 10.3389/fphar.2017.00830. PMID: 29204118; PMCID: PMC5699236.
2. Luo, M., Zhou, D.-D., Shang, A., Gan, R.-Y., & Li, H.-B. (2021). Influences of food contaminants and additives on gut microbiota as well as protective effects of dietary bioactive compounds. Trends in Food Science & Technology, 113, 180–192. doi:10.1016/j.tifs.2021.05.006
3. Weir, T. L., Manter, D. K., Sheflin, A. M., Barnett, B. A., Heuberger, A. L., & Ryan, E. P. (2013). Stool microbiome and metabolome differences between colorectal cancer patients and healthy adults. PloS one, 8(8), e70803. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0070803
4. Chiu, K., Warner, G., Nowak, R. A., Flaws, J. A., & Mei, W. (2020). The Impact of Environmental Chemicals on the Gut Microbiome. Toxicological sciences : an official journal of the Society of Toxicology, 176(2), 253–284. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfaa065
5. Giambò F, Costa C, Teodoro M, Fenga C. Role-Playing Between Environmental Pollutants and Human Gut Microbiota: A Complex Bidirectional Interaction. Front Med (Lausanne). 2022 Feb 16;9:810397. doi: 10.3389/fmed.2022.810397. PMID: 35252248; PMCID: PMC8888443.

Autorzy
	mgr Paulina Średnicka Mikrobiolog, biolog molekularny. Doktorantka szkoły doktorskiej AgroBioTech PhD prowadząca badania dotyczące interakcji między mikrobiotą jelitową człowieka a związkami endokrynnie czynnymi. Absolwentka Uniwersytetu Łódzkiego na kierunku biotechnologia ze specjalnością mikrobiologiczną. Zainteresowania naukowe dotyczą toksykogenomiki i wpływu ksenobiotyków na mikrobiotę jelitową.
	mgr inż. Michał Wójcicki Technolog żywności ze specjalizacją biotechnologia i mikrobiologia żywności. Ukończył studia podyplomowe z biologii molekularnej oraz zarządzania antybiotykami. Doktorant w Instytucie Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego im. prof. W. Dąbrowskiego - Państwowym Instytucie Badawczym, gdzie w Pracowni Biotechnologii i Inżynierii Molekularnej Zakładu Mikrobiologii prowadzi badania dotyczące wykorzystania bakteriofagów w przemyśle spożywczym.
	mgr inż. Paulina Emanowicz Mikrobiolog w Instytucie Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego im. prof. W. Dąbrowskiego w Warszawie. Doktorantka w Szkole Doktorskiej „AgroBioTech PhD” w Warszawie, gdzie prowadzi badania dotyczące oceny biologicznego potencjału bakterii probiotycznych następnej generacji w neutralizacji obesogennej aktywności zanieczyszczeń chemicznych żywności.