Sinice kwitną w naszych trzewiach

Sinice to bakterie o ogromnym znaczeniu. Najstarsze ślady ich istnienia – występujące w australijskiej Zatoce Rekina stromatolity, czyli formacje skalne zbudowane z wytrąconego wapnia – datuje się na, bagatela, ponad 3,5 mld lat. Prekambryjskie sinice przeobraziły skład gazowy ziemskiej atmosfery, wtłaczając do niej tlen. Było to katastrofalne dla organizmów beztlenowych, ale stymulujące dla rozwoju wielu innych życiowych linii. Jakby tego było mało, zgodnie z teorią endozymbiozy, pierwotne sinice dały początek chloroplastom w komórkach roślinnych. Eony ewolucji zrobiły swoje – sinice potrafią zasiedlać bardzo zróżnicowane habitaty. Jedne znajdziemy w oceanach, morzach, jeziorach i rzekach. Inne z kolei doskonale radzą sobie w wodach termalnych. Mogą również rosnąć na glebie, występować na pustynnych piaskach, kolonizować nagie skały i pył wulkaniczny. Są wreszcie i takie sinice, które zasiedlają układ pokarmowy różnych zwierząt. Nasz też.

Ale moment! Gdy mówimy o sinicach to przecież na ogół mamy na myśli organizmy zdolne do fotosyntezy. Nawet ich polska nazwa nawiązuje do barwy komórek, będącej rezultatem współwystępowania zielonego chlorofilu i niebieskiej fikocyjaniny – barwników, dzięki którym możliwe jest absorbowanie fotonów światła o odpowiedniej długości fali. W głębi naszych jelit jest natomiast zupełnie ciemno, więc o możliwości prowadzenia fotosyntezy nie ma mowy. I właśnie dlatego żyjące w nich sinice są zupełnie inne. Do tego stopnia, że w obrębie swojego typu Cyanobacteria tworzą odrębną klasę o nazwie Melainabacteria.

Oczywiście, pierwotnie melainabakterie nie mogły być związane z tak specyficznym środowiskiem, jakim jest układ pokarmowy, bo ono zwyczajnie jeszcze nie istniało na Ziemi. Zasiedlały więc wody, osady jeziorne i glebę, gdzie zresztą do dziś możemy je znaleźć. Rodzi się jednak pytanie czy te z nich, które ostatecznie zaadaptowały się do życia w jelitach zwierząt straciły zdolność do fotosyntezy, czy może nigdy jej nie nabyły?

Molekularne analizy filogenetyczne wskazują na ten drugi scenariusz. Zdolność do fotosyntezy pojawiła się już po wyodrębnieniu się linii Melainabacteria i zapoczątkowała rozwój innej klasy w obrębie sinic – Oksyfotobakterii. Natomiast wszystkie znane melainabakterie pozyskują energię na drodze mlekowej lub alkoholowej fermentacji, wykorzystując w tym celu cukry proste i złożone, np. glukozę, mannozę czy skrobię. A o ich dostępność w przewodzie pokarmowym człowieka nie muszą się martwić.

Populacja nieduża, ale jednak istotna

Chociaż sinice występujące w wodach powierzchniowych, potrafią w sprzyjających warunkach (które są na ogół rezultatem nieodpowiedzialnej działalności człowieka) tworzyć spektakularne zakwity, melainabakterie stanowią jedynie domieszkę mikroflory jelit zwierząt – ich udział w niej na ogół nie przekracza 0,5 proc. To główny powód, dla którego przez długi czas wielu badaczy zupełnie je ignorowało. Ot, nic nie znacząca osobliwość, ciekawostka.

Co gorsza, nikomu nie udało się jeszcze wyhodować melainabakterii w warunkach laboratoryjnych. Wyjątek stanowi gatunek Vampirovibrio chlorellavorus, który jednak zupełnie nie przypomina melainabakterii występujących w układzie pokarmowym. Występuje w środowisku wodnym i jest jednym z rzadkich przedstawicieli bakterii będących bezwzględnymi pasożytami. Jego ofiarą padają zielenice z rodzaju Chlorella. Badania tego gatunku są więc w ograniczonym stopniu przydatne tym, którzy interesują się melainabakteriami wchodzącymi w skład mikroflory jelit.

Być może fiasko ich hodowli wynika z potrzeby obecności innych mikroorganizmów. Fermentacja prowadzona przez melainabakterie prowadzi bowiem do wydzielania wodoru, którego nadmiar hamuje zachodzenie tego procesu. Możliwe więc, że inne bakterie redukując stężenie wodoru w jelicie, tworzą optymalne warunki do wzrostu sinic. Na ten moment to jedynie przypuszczenia.

Jadłospis zróżnicowany, ale raczej wege

Coś jednak już na temat tych organizmów wiemy. Przez ostatnie 10 lat zsekwencjonowano genomy niemal dziesięciu różnych melainabakterii związanych z przewodem pokarmowym. Wszystkie są organizmami beztlenowymi, a niektóre posiadają narząd ruchu w postaci wici. Posiadają też geny warunkujące możliwość produkowania istotnych dla zdrowia człowieka witamin taki jak B2, B3, B7, B9 oraz K. Ponieważ jednak organizmy te nie występują licznie w jelitach, to ich wpływ na gospodarkę tych witamin w organizmie jest raczej ograniczony. Co ciekawe, melainabakterie są bardziej liczne w przewodzie pokarmowym zwierząt roślinożernych, a także wegetarian. Sugeruje to, że sinice te mogą uczestniczyć w rozkładzie polisacharydów pochodzenia roślinnego.

Choć badania mikroflory jelit nabrały ogromnego tempa, kiedy tylko zdano sobie sprawę z wielopłaszczyznowego wpływu bakterii zasiedlających przewód pokarmowy na ludzkie zdrowie, to podobne analizy w odniesieniu do melainabakterii są wciąż w powijakach. Ich większą liczebność obserwowano wśród dzieci z ostrym wirusowym zapaleniem żołądka, pacjentów z łagodnymi zmianami nowotworowymi jelita grubego, a także z rakiem płuc, jak również wśród chorych na stwardnienie zanikowe boczne i chorobę Wilsona, która charakteryzuje się genetycznym upośledzeniem metabolizmu miedzi w organizmie. W badaniach populacji afrykańskiej melainabakterie liczniej występowały wśród mieszkańców obszarów wiejskich. Z kolei osoby otyłe i pacjenci cierpiący na marskość wątroby charakteryzowali się istotnie mniejszą obecnością tych mikroorganizmów.

Badania wartościowe, ale jeszcze niepełne

Biada jednak temu, kto z powyższych obserwacji wysunie jakiekolwiek definitywne wnioski. Po pierwsze, przeprowadzone dotychczas badania obejmowały nieliczne grupy uczestników, rzadko przekraczające kilkadziesiąt osób. Po drugie, prowadzone analizy miały charakter jedynie ilościowy, a przecież istotny i być może zróżnicowany wpływ na zdrowie mogą mieć poszczególne gatunki czy szczepy melainabakterii. Po trzecie – i najważniejsze – poczynione obserwacje mają wyłącznie charakter korelacji. Oznacza to, że w żaden sposób nie można na ich podstawie rozstrzygnąć czy zmiany liczebności melainabakterii są przyczyną czy skutkiem danego stanu klinicznego, a może rezultatem działania jeszcze innego czynnika. Nie oznacza to, że są to badania bezwartościowe. Wskazują one po prostu, że choć sinice w naszych jelitach nie są wiodącą grupą organizmów, to zdecydowanie warto się im przyglądać bliżej.

Istotne dla lepszego poznania ich potencjalnej roli dla zdrowia człowieka byłyby badania longitudinalne, w których liczebność i skład melainabakterii analizowane byłyby u tych samych osób wielokrotnie, na przestrzeni dłuższego czasu. Dzięki temu można byłoby zrozumieć jakie czynniki związane z dietą i stylem życia mogą mieć wpływ na wzrost tych mikroorganizmów w ludzkich jelitach, a także czy może on sprzyjać bądź zapobiegać występowaniu poszczególnych chorób. Przy współczesnej interdyscyplinarności i rozmachu światowej nauki, przeprowadzenie takich badań to jedynie kwestia czasu. O jelitowych sinicach usłyszymy jeszcze nie raz.