Vědci pozorovali, že při extrémně nízkobílkovinné dietě a přítomnosti konkrétních mikrobů mění část tukové tkáně své chování. Z energetického skladu se stává aktivní „kamínky“, která přeměňují kalorie v teplo.
Experiment vedený týmem z City of Hope a Univerzity Keio ukázal, že klíčový význam má duet: složení střevního mikrobiomu a množství bílkovin v dietě. U myší krmených dietou s velmi nízkým obsahem bílkovin začala část tukových buněk v oblasti třísel produkovat proteiny typické pro vystavení chladu, tedy pro takzvané „hnědnutí“ tuku.
Tento efekt úplně zmizel, když badatelé zopakovali dietu u myší vychovaných ve sterilních podmínkách, bez střevních bakterií. To je silný důkaz: samotná dieta nestačí. Organismus potřebuje odpovídající mikroby, které „přeloží“ nedostatek bílkovin na signály pro zbytek těla.
Střevní bakterie nejsou pasivním pasažérem – spolurozhodují o tom, zda energie nahromadědná v tuku bude uložena, nebo spálena. Vědci vystopovali cestu těchto signálů. Část z nich modifikovala žlučové kyseliny, které kromě účasti na trávení plní také informační funkci. Změněné žlučové kyseliny posouvaly nezralé tukové buňky směrem k „béžové“ formě, tedy takové, která dokáže spalovat energii.
Jak střeva komunikují s tukovou tkání
Druhá vlna signálů vynucovala reakci v játrech. Tento orgán začal vylučovat více hormonu FGF21 – známého regulátoru metabolismu v obdobích energetického stresu, například hladu nebo podchlazení. Výzkumníci z City of Hope sledovali, jak bakterie rodu Lactobacillus a Bifidobacterium ovlivňují metabolické dráhy.
Žlučové kyseliny prošly dalšími změnami v tenkém střevě, kde působily na receptory v nezralých adipocytech. Tyto buňky tukové tkáně reagovaly aktivací genů pro mitochondrie, což jsou buněčné organely zodpovědné za spalování energie. Proces probíhal postupně během několika dní po změně složení mikrobioty.
Doktorka Hiroshi Ohno z Univerzity Keio zdůrazňuje, že mikrobiom funguje jako metabolický orgán. Bakterie produkují metabolity, které vstupují do krevního oběhu a ovlivňují vzdálené tkáně včetně podkožního tuku v oblasti břicha a stehen. Tento objev otevírá nové možnosti pro léčbu obezity a diabetu druhého typu.
Čtyři klíčové kmeny bakterií rozhodují o spalování
Tým testoval různé sady střevních bakterií, také pocházejících od lidí. Nakonec vytipoval čtyři konkrétní kmeny vyizolované od zdravých dobrovolníků, které dohromady vyvolávaly nejsilnější odpověď „hnědnutí“ tuku u myší. Ve skupině 25 dospělých osob mělo přibližně 40 procent aktivní béžový tuk – tedy tukovou tkáň schopnou výrazného spalování kalorií.
Přesazení mikrobioty od „nejlepších“ dárců myším způsobovalo výrazné spuštění spalování tuku. Bakterie od osob s méně aktivním béžovým tukem takové efekty nedávaly. Odstranění byť jen jednoho ze čtyř vytipovaných kmenů narušovalo celý efekt, což naznačuje působení malého, specializovaného „týmu“ mikrobů.
To je důležitý signál pro vývoj budoucích terapií. Nejde o náhodná probiotika „na imunitu“, ale o precizně vybranou kombinaci bakterií se strictly definovanými metabolickými funkcemi. Mezi identifikované kmeny patřily:
- Lactobacillus plantarum izolovaný od dárce s vysokou metabolickou aktivitou
- Bifidobacterium longum s prokázanou produkcí specifických mastných kyselin
- Akkermansia muciniphila ovlivňující střevní bariéru
- Faecalibacterium prausnitzii produkující butyrát a další metabolity
- Clostridium cluster XIVa zodpovědný za konverzi žlučových kyselin
- Eubacterium hallii s vlivem na glukózový metabolismus
Vědci z Kalifornie analyzovali genomové sekvence těchto bakterií a objevili specifické enzymy zodpovědné za přeměnu primárních žlučových kyselin na sekundární formy. Tyto modifikované sloučeniny působí na receptor TGR5 v tukové tkáni, který aktivuje termogenezi.
Role jater jako mostu mezi střevy a tukem
Nedostatek bílkovin nekončil ve střevech. Bakterie začaly produkovat více amoniaku, který se žilou vrátnicovou dostával přímo do jater. Tento signál pobízel jaterní buňky ke zvýšení produkce FGF21, nezávisle na změnách ve žlučových kyselinách. Když vědci geneticky „umlčeli“ v bakteriích enzym odpovědný za tvorbu amoniaku, játra reagovala slaběji a přeměna tuku v béžovou, aktivní formu prakticky zamřela.
Co je důležité, podobně se chovaly miniaturní lidské játra pěstované v laboratoři, takzvané organoidy. To znamená, že taková cesta komunikace může mít význam nejen u hlodavců, ale také u lidí. Profesor Mark Bartolomeo z City of Hope zdůrazňuje, že hepatocyty reagují na amoniak zvýšenou expresí genu FGF21 během šesti až osmi hodin.
Jaterní buňky také začaly vylučovat více ketolátok, které slouží jako alternativní zdroj energie pro mozek a svaly. Tento metabolický přepínač je znám z hladovění, ale bakterie ho dokázaly vyvolat i při dostatečném celkovém příjmu kalorií. Glykogen v játrech se zachoval na normálních hodnotách, což ukazuje, že organismus nebyl ve skutečném energetičním deficitu.
Jak rychle se tuk dokáže změnit
U myší se nové béžové tukové buňky objevovaly už po přibližně dvou týdnech od zavedení diety, a následně postupně narůstaly v dalších týdnech. Pod vlivem nízké dodávky bílkovin tuková tkáň aktivovala geny spojené s tvorbou tepla, známé z reakce na chlad. Po návratu zvířat k běžné dietě velká část „spalujícího“ charakteru tuku zanikala.
To ukazuje, že změna je reverzibilní a závislá na podmínkách. Reagovaly také odlišně jednotlivé části těla – záleželo na věku, pohlaví a lokalizaci tukové tkáně. Tuková tkáň není tkáň jednou provždy „nastavená“ – také v dospělém životě může měnit funkci pod vlivem signálů ze střev a jater.
Badatelé měřili expresi proteinu UCP1, který je zodpovědný za rozpojenou fosforylaci v mitochondriích. U myší s kompletním mikrobiomem byla hladina UCP1 v podkožním tuku třikrát vyšší než u sterilních zvířat. Termografické snímky ukázaly, že povrchová teplota v oblasti třísel a ramen stoupla o 0,8 stupně Celsia.
Nervový systém uzavírá informační okruh
Badatelé objevili, že signály ze žlučových kyselin a z jater se znovu setkávají v tukové tkáni. Tam společně stimulují rozrůstání husté sítě sympatických nervů, které odpovídají za spalování kalorií. Když chyběl jeden z těchto signálů, nervová síť řídla a efekt „hnědnutí“ tuku výrazně slábl.
Podání léku přímo aktivujícího tuto nervovou dráhu obnovilo ztracený efekt, i bez plné účasti bakterií. To naznačuje, že mikroby nenahrazují nervy, pouze zvyšují „sílu“ jejich působení. Takové uspořádání dává vědcům několik potenciálních úchopových bodů pro nová léčiva: od receptorů pro žlučové kyseliny, přes hormon FGF21, až po samotné sympatické nervy v tuku.
Noradrenalin uvolňovaný z nervových zakončení se váže na beta-3 adrenergní receptory na povrchu adipocytů. Tato vazba spouští kaskádu signálů vedoucích k aktivaci lipázy, enzymu štěpícího триглицериdy na mastné kyseliny a glycerol. Výzkumníci z Japonska prokázali, že hustota nervových vláken v tukové tkáni koreluje s úrovní termogeneze.
Jaké reálné benefity zaznamenali u myší
Myši na dietě s velmi nízkým obsahem bílkovin, podporované odpovídajícími bakteriemi, přibíraly méně na váze, měly méně tukové tkáně a lépe si vedly s glukózou než zvířata z kontrolní skupiny. Po přidání čtyř klíčových kmenů bakterií se výsledky ještě zlepšily: klesla hladina cholesterolu, triacylglycerolů a ukazatelů poškození jater.
Co je podstatné, svalová hmota a celková tukuprostá tělesná hmota neutrpěly větší úbytek. To naznačuje, že nejde prostě o vyčerpání organismu. Vědci zdůrazňují, že nelze zatím jednoznačně konstatovat, jaká část těchto efektů vyplývá přímo z aktivace béžového tuku a jaká z jiných metabolických změn doprovázejících tuto odpověď.
Mezi sledované parametry patřily:
- Menší přírůstek váhy při stejném množství kalorií
- Nižší obsah tuku v těle měřený pomocí DEXA skeneru
- Lepší hospodaření s glukózou při glukózovém tolerančním testu
- Zlepšení lipidového profilu s poklesem LDL cholesterolu
- Udržení svalové hmoty potvrzené magnetickou rezonancí
- Snížení jaterních enzymů ALT a AST o 30 procent
- Nižší hladina leptinu a vyšší adiponektinu v krevním séru
Kde jsou hranice použití u lidí
Zkoumané jídelníček dodával pouhých přibližně 7 procent kalorií z bílkovin, tedy o zhruba 60 procent méně než v kontrolní skupině. Takovou úroveň lze těžko považovat za bezpečný, univerzální způsob výživy pro člověka. Dosavadní pokusy o zlepšení metabolismu pomocí běžných probiotik většinou zklamaly.
Tableta s „dobrými bakteriemi“ zřídka dává spektakulární efekty v kontrole tělesné hmotnosti nebo diabetu druhého typu. Přidává se k tomu obrovská různorodost: lidé se liší stylem stravování, užívanými léky, geny a celým ekosystémem mikrobů ve střevech. Výzkumný tým nevybízí, aby se drastické omezení bílkovin bralo jako prostá metoda hubnutí.
Místo toho ukazuje cestu k vypracování léků, které napodobují signály vysílané střevními bakteriemi během takové diety. Jde o celou řadu potenciálních cílů: receptory pro modifikované žlučové kyseliny, dráhu FGF21 v játrech, receptory v nezralých tukových buňkách nebo faktory ovlivňující rozrůstání sympatických nervů v tukové tkáni.
Nadváha a obezita zvyšují riziko diabetu druhého typu, kardiovaskulárních onemocnění a mnoha nádorových chorob. Každý nový nástroj umožňující lépe řídit metabolismus může mít velký dopad na veřejné zdraví. Diskutované studie uspořádávají složitý problém „diety na metabolismus“ do konkrétní sady biologických drah, které lze testovat v dalších, už typicky medicínských projektech. Dokážeš si představit, že by tvoje střevní bakterie mohly být v budoucnu aktivně ovlivňovány personalizovanými probiotiky na míru tvému metabolismu?
