Farmen i tarmen

Del 1 av 2

Tarmbakterienes betydning for interaksjonen mellom kosthold og helse

Introduksjon

Tarmen har fått ny og oppgradert status. Populærvitenskapelige bøker om tarmens hemmeligheter har nådd bestselgerlisten i bokhandler verden over. Spesielt har det vært fokus på helsebetydningen av mikrobiota/mikroflora, et stort økosystem av bakterier som lever i tarmen vår. Det hevdes at bakteriene i tarmen påvirker hva du spiser, hvor mye du spiser og om du blir frisk eller syk.

Ved å sette sammen informasjon om mikroflorasammensetning med klinisk informasjon har man funnet ut at noen bakterietyper kan gi økt risiko for sykdom og at andre kan virke beskyttende. Forskning på dyr har også vært avgjørende for å forstå hvordan mikrobiota påvirker helse og gitt oss mekanistisk forståelse.

Det kan se ut til at en dårlig fungerende mikrobiota er assosiert, ikke bare med tarmsykdommer, men også med sykdommer i andre organer. Tarmfloraen ser også ut til å bli påvirket hele livet og er sannsynligvis en viktig link i forhold til hvordan miljø/kosthold/livsstil kan påvirke sykdomsrisiko.

Det jobbes nå med å finne ut om det er mulig å målbevisst manipulere sammensetningen av mikrober i tarmen både for å hindre utvikling av sykdom og for å behandle sykdom.

Hensikten med denne artikkelen er å gi en innføring i mikrobiota og betydning for helse og sykdom. Strategier for manipulering av tarmflora ved hjelp av kosthold og probiotika samt fekal transplantasjon blir også gjennomgått i neste nummer av NTFE.

Bakterier

På 1800 tallet ble det oppdaget at mange smittsomme sykdommer skyldtes bakterier, små, encellede organismer som bare kunne observeres ved hjelp av mikroskop. Etter at mikroskopene ble videreutviklet til å gi bedre oppløsning ble det oppdaget at det finnes mange ulike typer bakterier og at ulike smittsomme sykdommer kunne spores tilbake til spesifikke bakteriearter. Den tyske legen Robert Koch, som regnes som den moderne bakteriologiens far, fant i 1882 ut at tuberkulose var forårsaket av en bakterie. Dette ble begynnelsen på bakteriologien som satte seg som mål å kontrollere årsaken til sykdommen. Hygienetiltak ble viktig i kampen mot sykdomsfremkallende bakterier. I tillegg ble det utviklet vaksiner mot en rekke sykdommer på 1800-tallet. I perioden 1942 – 1943 ble penicillin og andre antibiotikum tatt i bruk mot bakterieindusert sykdom og verden var optimistisk i forhold til at det var mulig å kontrollere infeksjonssykdommene.

Senere på 1900-tallet startet den mer omfattende kartleggingen av den mikrobielle verden. Bakteriene er nå blitt funnet overalt på jorden og noen lever under ekstreme forhold. Sammen med andre mikroorganismer som sopp og parasitter utgjør bakteriene den største andelen av jordens biomasse. I en spiseskje med jord er antall bakterier like stort som antall mennesker som lever på Afrikas kontinent (1).

Bakteriene er også en integrert del av biomassen hos dyr og mennesker og er et resultat av en såkalt koevolusjon hvor dyrenes og menneskenes egne celler og bakteriene har tilpasset seg hverandre gjennom ti-tusenvis av år og oppnådd et stadium av gjensidig nytteforhold (2). Sammen med andre mikroorganismer, utgjør bakteriene et stort økosystem som vi kaller mikrobiota. Bakteriene enkeltvis, er svært små, men er enorme i antall. Mens kroppen vår består av totalt 10 trillioner celler er det blitt anslått at vi har 10 ganger flere bakterier i eller på menneskekroppen (3). Dette tilsvarer 2 – 3 kg bakterier (4). Nyere forskning publisert i PLoS biology i 2016 hevder imidlertid at forholdet mellom bakterier og humane celler er overestimert og at dette forholdet snarere er 1:1 og mikrobiotas totalvekt er estimert til 0,2 kg (5). Uansett er det enighet om at mikrobiota utgjør en stor del av kroppens biomasse. Det er til og med blitt foreslått at mikrobiota bør omtales som et eget organ (6).

De fleste av kroppens bakterier finner vi i tarmen. Det har vært et stort fokus på betydning av mikrobiota de siste årene og antall artikler om tarmbakterier har eksplodert siden år 2000. Årsaken til dette er utviklingen av ny metodikk for sekvenseringsteknologi som muliggjør identifiseringen av hver enkelt bakterie-art i avføringsprøver uten å måtte isolere og dyrke opp bakteriene. Dette er spesielt gunstig med tanke på at mange bakterietyper ikke kan dyrkes opp. Fordi hver bakterie har et unikt genetisk avtrykk kan man kartlegge den totale mikrobiota i avføringsprøver og finne ut hvilke typer bakterier som er tilstede. Det er også mulig å beregne hvor mye man har av hver enkelt bakterietype (7).

Mikrobiota i tykktarmen

Mikrobiota i tykktarmen består av bakterier, virus og andre mikro-eukaryoter (blant annet sopp) men det har hittil vært størst fokus på bakteriene og sammensetningen av bakteriefloraen. Bakteriene i tykktarmen flyter enten rundt i lumen eller henger fast i tarmveggens slimlag. Her bidrar de til fermentering av de bestanddelene av kosten som ikke er blitt fordøyd lenger oppe i systemet. Dette omfatter blant annet de komplekse sukkerartene (fiber). Det er beregnet at hos en gjennomsnittlig britisk populasjon vil 5 – 10 % av det daglige behovet for energi utgjøres av næringsstoffer fremkommet av bakteriene (8) mens andelen er mye større hos populasjoner som har høyere fiberinntak (9).

Bakteriene produserer også flere viktige vitaminer (vitamin K og noen B-vitaminer) og andre stoffer som vi har nytte av. I tillegg til næringsopptak spiller bakteriene en viktig rolle for tarmfunksjon og immunforsvar.

Mens menneskets egne celler har ca. 20 gener som koder for fordøyelsesenzymer har tarmbakteriene i gjennomsnitt ca. 260 slike gener. Tarmbakteriene har altså gjennom evolusjonen utviklet en enorm spisskompetanse til å fordøye komplekse sukkerarter. Som vertsorganismer har vi utviklet et nytteforhold til disse bakteriene (2). Våre mikrobiotabakterier utgjør mer enn 800 forskjellige arter, alle med ulike genetiske spesialiteter (4). Mens noen bakterietyper tar seg av fordøyingen av komplekse sukkerarter er det andre bakterietyper som utnytter biproduktene som dannes i prosessen. Kortkjedete fettsyrer/»Short chain fatty acids» (SCFA), metangass og hydrogengass er biprodukter av denne prosessen. Hydrogengass produsert av tarmbakterier kan få uheldige konsekvenser ved at de påvirker cellulær metabolisme og tærer på epitellaget. Noen bakterietyper (ruminant) har spesialisert seg på å omdanne hydrogengass til metangass og fungerer dermed som beskyttere av epitellaget. Metangass kan også utnyttes videre av andre bakterietyper som karbon- og energikilde. Det produseres også mange typer av SCFA, deriblant butyrat, propionat og acetat. Samtidig som de inngår som energiressurs er disse kortkjedete fettsyrene viktige aktører i reguleringen av immunrespons (10). Fermenteringen av aminosyrer fører også til at det dannes andre biprodukter som har potensielle skadelige effekter. Hvordan produksjonen av disse biproduktene vil kunne påvirke helse og sykdom er omtalt i senere avsnitt. Bakterier som kan benytte alternative energikilder i perioder uten tilgang på mat har hatt et fortrinn i løpet av koevolusjonen med mennesket. Slike bakterier har evne til å fordøye kroppens egen mucosa (slimhinnen) ved behov (11).

Gjennom store kartleggingsstudier «the human microbiome project» og en sekvenseringsmetode basert på 16S ribosomal RNA gene (rRNA) har man kartlagt sammensetningen av mikrobiota hos mennesker. To hovedtyper bakterier, Bacteroidetes og Firmicutes, dominerer tarmfloraen hos mennesker og utgjør så mye som 90 % av tarmmikrofloraen(12). Innenfor hver av disse typene finnes det mange forskjellige arter.

Vår unike tarm-mikrobiota

Selv om det er identifisert over 800 forskjellige bakterietyper i den humane tarmflora finner man bare 150 – 170 typer i hvert enkelt individ. Kombinasjonen av tarmbakterietyper er såpass unik for hvert enkelt individ at den, på samme måte som vår humane DNA profil, utgjør et «fingeravtrykk». Selv om din mikrobiota er unik for akkurat deg er det imidlertid slik at en stor andel bakterier inngår som en fast basis i de fleste menneskers mikrobiota. Dette omtales som «mikrobiota-kjerne». Felles for disse bakteriene er at de har spesielle og viktige funksjoner, for eksempel i K-vitamin produksjon. Hos oss mennesker har man også funnet fellestrekk i forhold til hvilke hovedtyper av bakterier som dominerer de ulike delene av fordøyelsessystemet. Antall bakterier øker generelt nedover i fordøyelsessystemet med aller flest bakterier i tykktarmen (12). I magen, som har et langt mindre antall bakterier i forhold til tynn- og tykktarmen, inngår vanligvis arter som Lactobacillus, Streptococcus og Helicobacter pylori. I tynntarmen er det oftest Streptococcus og Lactobacillus som dominerer mens vi i tykktarmen har mest av Bacteroides, Clostridium, Fusobacterium, og Bifidobacterium (12).

Din mikrobiota har flere fellestrekk med dine familiemedlemmers enn med mikrobiota fra andre mennesker, men det er ikke mer forskjell på eneggede tvillinger enn toeggete tvillinger. Bakterieoverføring fra mor ser ut til å være svært viktig i forhold til å etablere og forme mikrobiota (Figur 1). Den viktigste eksponeringen skjer imidlertid under fødsel. Dette vet vi fordi det er funnet forskjeller i mikroflora hos mennesker som er født med keisersnitt kontra vaginal fødsel. Hos barn født vaginalt vil vaginale bakterier fra mor bli en del av en livslang basis i mikrobiotaen. Hos barn født med keisersnitt vil bakterier fra mennesker i barnets omgivelser (hudbakterier) utgjøre en større del av basisen (13, 14). Etableringen av sammensetningen av mikrobiota ser imidlertid ut til å starte forsiktig allerede i fosterlivet hvor utveksling av bakterier kan foregå over placenta mellom mor og barn (15). Det ser ut til at varighet av svangerskapet påvirker sammensetningen av mikroflora.

Figur 1: Faktorer som påvirker sammensetningen av mikroflora. Fotografier er hentet fra Shutterstock. ©Bøhn, SK

Det totale antallet bakterier i tarmen hos nyfødte barn er svært lavt med en drastisk økning i bakteriemangfold i løpet av det første leveåret (16). I de første levemåneder vil barnet også få overført bakterier via amming. Morsmelk inneholder et stort spekter av bakterier (17, 18). Det er også funnet at mikroflora hos barn som har blitt ammet har en større diversitet i forhold til de som ikke har blitt ammet (19). Fordi barn som har fått brystmelk er beskyttet mot en rekke sykdommer har dette resultert i forsøk på å utvikle morsmelkerstatninger med probiotisk innhold (antatt gunstige bakterier) (20 – 22). Så langt kan det synes som at disse tolereres godt, men langtidseffekter er ikke evaluert.

Perioden frem til 3 års alder er sannsynligvis den viktigste livsepoken i forhold til å etablere tarmfloraen. I en studie hvor mikrobiota ble kartlagt over en periode på 2,5 år fant man at diversiteten økte drastisk over denne tidsperioden og spesielt ved introduksjon av mat (16).

Mikrofloraen som er etablert innen utgang av barndommen ser ut til å holde seg noenlunde stabil inntil alderdommen. Imidlertid vil sammensetningen kunne påvirkes i ulik grad gjennom hele livet som følge av ulike eksponeringer. Antibiotika kan for eksempel modifisere mikrobiota i sterk grad (23). Hvor store følger antibiotikabehandlingen vil ha for mikrofloraen vil blant annet være avhengig av eksponeringstidspunkt i livet, type antibiotika og lengden på eksponeringen. Annen eksponering som påvirker mikroflora er inntak av mat og drikke, som omtales senere i artikkelen, medisiner, omgang med dyr, hvor man bor og om man er aktiv eller ikke. Overføring av bakterier skjer også ved deling av mat/drikke og ved intimkontakt (kyssing etc.). Aldring ser også ut til å føre til et skifte i mikroflora med større andel av Bacteroides (24).

Betydning av mikrobiota for helse

Fordi bakteriene opprinnelig ble oppdaget ved at de var årsak til sykdom, har de negative konsekvensene for helse vært det naturlige fokuset i medisinsk forskning. Over de siste tiår har det imidlertid blitt klart at vi mennesker er avhengig av å sameksistere med bakteriene i og på kroppen. En mikrobiota i ubalanse er blitt koblet til en rekke sykdommer, både tarmsykdommer og andre (25). Ubalanse i mikroflora betyr vanligvis at antall bakterier og sammensetningen av disse er endret og ofte ser man en langt lavere diversitet (25). Mikrofloraubalanse ser ut til å være viktig for utviklingen av kroniske inflammatoriske tarmsykdommer/»Inflammatory bowel diseases» (IBD) (7). Når man sammenlikner Crohns og ulcerøs kolitt, som er de vanligste typene innenfor denne sykdomskategorien, finner man også at disse er forskjellige med hensyn på mikroflora (25). Tarmkreft er også assosiert med ubalanse i mikrobiota (26). I tillegg er også andre sykdommer, som ikke er definert som tarmsykdommer, assosiert med liknende ubalanser med tilhørende tarmproblematikk. Dette gjelder blant annet fedme-assosierte sykdommer (27, 28) inkludert metabolsk syndrom og diabetes (27, 29), allergier (30), HIV (31), hjertesykdom (32) samt lever sykdommer (33).

Det er kun et enkelt cellelag (epitel) med tilhørende slimlag (mucosa) som skiller innholdet i tarmen fra resten av kroppen. Lekkasjer i epitellaget opptrer ofte i forbindelse med ubalanse i mikrobiota og slimlaget er gjerne tynnere samtidig som det inneholder andre populasjoner av bakterier. Sammensetningen av bakteriene ser derfor ut til å være viktig for å opprettholde god tarmhelse og god helse generelt.

Interaksjonen mellom mikroflora og kostholdet

Vi mennesker har ulike genetiske sammensetninger og vi blir påvirket av variasjoner i miljø og livsstil. I hvor stor grad vi blir påvirket av miljøet er avhengig av den genetiske sammensetningen. Vår respons til kostholdet som miljøpåvirkning avhenger også i stor grad av sammensetningen av mikrobiota og de millioner av gener som de inneholder (34).

Tarmens bakterier skiftes ut ofte og har svært kort generasjonstid (noen dobles i løpet av 1 time) (35). Det pågår derfor et kappløp mellom de ulike bakterietypene om å kolonisere tarmen. De bakteriene som er best tilpasset miljøet vil ha større muligheter til å formere seg enn de bakteriene som ikke forholdene ligger til rette for. Fordi maten vi spiser danner næringsgrunnlaget for bakteriene vil bakteriefloraen påvirkes av maten vi spiser (36). Veldig grovt kan man se at fasting reduserer diversiteten i bakterieflora mens spising øker diversiteten. I tillegg ser det ut til at inntak av enkelte næringsstoffer kan ha spesiell betydning for moduleringen av mikroflora. Dersom kosten for eksempel består av mye komplekse karbohydrater vil forholdene ligge til rette for oppblomstring av bakterier som kan fermentere dette. I motsetning til dette vil fravær av komplekse karbohydrater gjøre at man sulter bakteriefloraen som er tilpasset dette, og antallet av denne bakterietypen blir mindre. På den annen side vil inntak av kjøtt øke behovet for fermentering av proteiner, fett, hemejern og heterosykliske aminer og dermed føre til oppblomstring av bakterier som er spesialiserte i å fordøye dette. Ved å sammenlikne befolkningsgrupper som har ulikt kostholdsmønster har man funnet sammenhenger mellom kostholdsmønster og bakterieflora (37). «Western diet», et kosthold som kjennetegnes av et høyt inntak av rødt kjøtt, mettet fett og lite fiberholdig mat inkludert lite frukt og grønt, er assosiert med mindre diversitet i mikroflora mens et kosthold rikt på plantefiber er assosiert med større diversitet. Det er foreslått at denne endrede mikrofloraen kan være med på å forklare den økte risikoen for livsstilssykdommer som er forbundet med «western diet».

Assosiasjonene mellom fiberholdig kosthold og beskyttelse mot utvikling av vestlige livsstilssykdommer har vært kjent over flere tiår. Allerede i 1960 fant Burkitt ut at afrikanere som levde på tradisjonell fiberrik kost hadde et nesten totalt fravær av ikke-infeksiøse tarmsykdommer (38). En mekanistisk forklaring på hvordan fiber beskytter mot disse sykdommene har imidlertid vært ukjent. Senere forskning tyder nå på at en mulig mekanistisk forklaring ligger i samspillet mellom fiberinntak og mikroflora. Fiber er en samlebetegnelse på den fordøyelige andelen av plantematen som grovt inndelt har to komponenter: Uløselige fibre (primært cellulose og lignin) og løselige fibre slik som galakto-oligosakkarider og frukto-oligosakkarider (FOS). Fiber består totalt sett av mange forskjellige typer karbohydrater, med og uten kjemiske modifiseringer, som er lenket sammen med mange ulike kjemiske bindinger. Fermenteringen av fiber krever derfor bakterier med ulike spesialiteter for å håndtere denne store kjemiske variasjonen. Dette kan være en mulig forklaring på at et fiberholdig kosthold er assosiert med høyere mikrofloradiversitet sammenliknet med en fiberfattig «western diet».

Ved mikrobiell fermentering av fiber dannes SCFA, blant annet acetat, propionat og butyrat. Acetat lages av de fleste bakteriene i tarmen og utgjør 60 % av total SCFA produksjon. Disse kortkjedete fettsyrene kan påvirke mange ulike prosesser både i tarmen og i andre organer (39). Acetat kan også metaboliseres videre til å danne butyrat. Propionat og butyrat lages av færre typer bakterier og utgjør henholdsvis 25 % og 15 % av SCFA produksjonen. Bakteriene som hører inn under Clostridiales, Bacteroides og Prevotella, samt Bifidobakteriene er kjente butyratprodusenter. Acetat, propionat og butyrat ser ut til å spille forskjellige fysiologiske roller (40). Butyrat er den foretrukne energikilden til epitelcellene i tarmveggen og er forbundet med redusert risiko for flere sykdommer. Butyrat kan blant annet regulere immunrespons og er foreslått å være sentral i å hindre makrofagene i å angripe mikrobiota i tarmen (41). Propionat vil finne veien til lever hvor den inngår i gluconeogenese mens acetat, som det blir produsert mest av i tarmen, er funnet i høye konsentrasjoner i blod (42). I likhet med butyrat er acetat vist å kunne påvirke immunsystemet. På grunn av de høye konsentrasjonene i blod tror man at acetat er viktig for å påvirke immunsystemet andre steder i kroppen. Acetat er også vist å kunne påvirke stabilitet av epitellaget i tarmen og kan derfor motvirke lekkasjer (40).

Respons til og effekt av kosthold kan være avhengig av mikroflora sammensetning

Det er beregnet at så mange som 45 % av alle tarmkrefttilfeller kunne vært unngått ved å forbedre livsstil (43). Selv om en liten andel skyldes sterk genetisk belastning er det en sterk sammenheng mellom livsstil og risiko for denne sykdommen. Ved å studere kreftforekomst hos japanske immigranter som flyttet fra Japan til USA har det blitt vist at endring av miljøfaktorer spiller en viktig rolle. Allerede første generasjon innflyttede japanere hadde høyere risiko for tarmkreft enn foreldregenerasjonen (44). Dette resultatet har blitt tolket dithen at omleggingen til et vestlig kosthold promoterer kreft eller gir manglende beskyttelse mot å få kreft. Det er sannsynlig at mikroflora og interaksjonen med kostholdsfaktorer kan være med å forklare resultatene av disse immigrasjonsstudiene (45).

Mikrobiota er også foreslått å spille en viktig rolle i interaksjonen mellom kosthold og risiko for hjertesykdom. TMAO («microbiota-dependent trimethylamine N-Oxide»), som dannes i mikrobiota under omsetning av kolin og karnitin, ble funnet assosiert med økt risiko for hjertesykdom (32, 48). Kolin og karnitin finnes i høye konsentrasjoner i fett og kolesterolrike produkter som rødt kjøtt, lever og eggeplomme (49). I den senere tid er det imidlertid sådd tvil om betydningen av TMAO som pådriver av sykdomsprosessen (50).

Mikroflora er også foreslått å kunne føre til at samme måltid kan gi ulikt energiutbytte hos forskjellige individer. Denne slutningen er blant annet basert på at man finner forskjeller i mikroflora hos overvektige mennesker sammenliknet med slanke (28). I tillegg har man vist at overføring av tarmflora fra fete dyr eller fete mennesker til slanke mus fører til at de blir overvektige til tross for at kostholdet er det samme (Figur 2) (51, 52). Det trengs imidlertid mer forskning for å finne ut hvor viktig mikrobiota er i forhold til utviklingen av fedme og hvilke mekanismer som er involvert.

Figur 2 Slanke mus fikk transplantert inn tarmbakterier fra slanke eller overvektige tvillinger. Til tross for at alle musene fikk samme kosthold som var fiberrikt og hadde lavt fettinhold ble musene, som hadde fått «fet» tarmflora, fete. Musene som hadde fått tarmflora fra de slanke tvillingene forble slanke. Figuren er basert på studien som ble publisert i Science i 2013 [51] ©Bøhn, SK

Det kan være store individuelle variasjoner i glykemisk respons til samme type mat og responsen kan til og med være helt motsatt. Hvorfor er det slik? Noen israelske forskere ønsket å teste ut dette(53). De startet med å la 800 forsøkspersoner fortløpende (real-time) registre alle sine vanlige måltider i løpet av en uke der eksakt mengde/vekt av alle matvarer skulle registreres. Det eneste avviket fra daglig rutine var at deltakerne ble servert en identisk, standardisert frokost og insulinresponsen til dette måltidet ble beregnet. De målte også blodsukker hvert 5. minutt ved hjelp av en glukosemonitor. I tillegg målte de en mengde andre faktorer som kunne spille inn på responsen til matinntak, som fysisk aktivitet og trening og samlet inn klinisk informasjon.

Totalt samlet de inn data fra 46898 real-time registreringer og hadde målt insulinresponsen til 5107 standardiserte måltider. For hver person ble det regnet ut hvor stor fraksjon de ulike matvarene bidro til det totale energiinntaket. Mikrobiota ble kartlagt hos alle individene ved å sekvensere DNA fra avføringsprøver. I likhet med hva andre hadde funnet tidligere viste det seg at inntak av helt identisk frokost kunne føre til helt ulik insulinrespons hos deltakerne. De fant ut at denne ulike responsen til samme mat kunne forklares ut fra forskjeller i mikrobiota (Figur 3) (53).

Figur 3 Samme matvarer kan gi svært ulik blodsukkerrespons hos forskjellige individer. Dette kunne forklares ut fra forskjeller i mikrobiota. Figuren er basert på studien som ble publisert i Cell i 2015 [53]. ©Bøhn, SK

Som tidligere nevnt kan tarmbakteriene også produsere metabolitter som ser ut til å kunne beskytte mot inflammasjon og sykdom. Disse gunstige metabolittene dannes ved fermentering av fiberholdige matvarer.

Fiberholdige matvarer finner vi på listen over matvarer/kostholdsmønstre som beskytter mot kreft (43). I en klinisk studie kunne det se ut som at inntak av fiberholdige komponenter sammen med rødt kjøtt ikke ga de samme DNA-skadelige effektene som man fant i gruppen som ikke spiste fiber sammen med kjøtt (54)

Vi vet at plantemat beskytter mot en rekke livsstilsassosierte sykdommer men vi vet ikke hvordan (55). I tillegg til å være rik på fiber inneholder plantemat mange stoffer, fytokjemikalier, som kan påvirke kroppens celler (via genregulering) i forhold til hva de produserer av proteiner og på den måten påvirke signalveier som er viktig for patogenesen av livsstilsykdommer (55). Det er også mulig at fytokjemikaliene fungerer som antioksidanter i kroppen ved å beskytte mot oksidativ skade, men dette er ikke entydig bevist. Mange av disse fytokjemikaliene trenger imidlertid omfattende modifisering av bakteriene før de tas opp i blodet. Metabolitter fra bakteriemetabolismen som tas opp i kroppen kan således ha effekt på andre organer (56). Nylige studier viser også at fytokjemikaliene og metabolitter av disse kan modulere mikroflora (57) hvilket betyr at effekt på tarmflora via disse stoffene kan føyes til som en mulig mekanistisk forklaring på de gunstige helseeffektene av plantemat.

Siden kostholdet kan påvirke sammensetningen av mikroflora og motsatt – at mikroflora kan påvirke effekt av kosthold, er det vanskelig å si hva som er «høna og egget» i forbindelse med mikrobiotaassosierte sykdommer.

Er det slik at man er disponert for sykdommen fordi man i utgangspunktet har en «syk» mikroflora eller dannes en «syk» mikroflora som følge av kosthold og andre påvirkninger av miljø? Det er sannsynlig at begge deler er riktig. Nyere dyreforsøk viser dessuten at et fiberfattig kosthold over generasjoner kan føre til at visse typer bakterier blir mistet for godt(58).

Hvordan påvirke mikrobiota som et ledd i behandling av sykdommer?

Fordi ubalanse/ufordelaktig bakteriemønster i mikroflora ikke bare henger sammen med tarmsykdommer men også sykdommer i andre organer ser man et økende potensial for å behandle sykdommer via behandling eller manipulering av mikroflora.

Spørsmålet mange stiller seg er om det er mulig å restaurere og øke diversiteten i en «syk» mikroflora.

Metoder som brukes i klinikken i forsøk på å påvirke mikroflora inkluderer tilpasning av kosthold (prebiotika), tilføring av levende organismer (probiotika), antibiotika og den mer drastiske metoden: fekal transplantasjon som innebærer innføring av tarmbakterier fra frisk donor). Disse metodene vil bli gjennomgått i del 2 av artikkelen i neste nummer av NTFE.

Takk

Takk til Professor Harald Carlsen ved Norges miljø og biovitenskapelige universitet (NMBU) for kritisk gjennomgang og kommentering av manus.

Human mikrobiota

Den totale populasjonen av mikroorganismer (bakterier/virus/sopp etc.) som finnes på/i kroppen.

  • Tarmen inneholder mesteparten av kroppens totale mikrobiota.

  • 60 % av den faste avføringen er døde og levende bakterier.

  • Tarmbakteriene produserer stoffer som inngår i energimetabolismen og som regulerer immunsystemet.

Referanser

  1. Microbiology by numbers. Nat Rev Micro. 2011;9(9):628-.

  2. Muegge BD, Kuczynski J, Knights D et al. Diet drives convergence in gut microbiome functions across mammalian phylogeny and within humans. Science. 2011;332(6032):970 – 4.

  3. Luckey TD. Introduction to intestinal microecology. The American journal of clinical nutrition. 1972;25(12):1292 – 4.

  4. Qin J, Li R, Raes J et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature. 2010;464(7285):59 – 65.

  5. Sender R, Fuchs S, Milo R. Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body. PLoS biology. 2016;14(8):e1002533.

  6. O’Hara AM, Shanahan F. The gut flora as a forgotten organ. EMBO reports. 2006;7(7):688 – 93.

  7. Peterson DA, Frank DN, Pace NR et al. Metagenomic approaches for defining the pathogenesis of inflammatory bowel diseases. Cell Host Microbe. 2008;3(6):417 – 27.

  8. McNeil NI. The contribution of the large intestine to energy supplies in man. The American journal of clinical nutrition. 1984;39(2):338 – 42.

  9. Sonnenburg JL, Backhed F. Diet-microbiota interactions as moderators of human metabolism. Nature. 2016;535(7610):56 – 64.

  10. Arpaia N, Campbell C, Fan X et al. Metabolites produced by commensal bacteria promote peripheral regulatory T-cell generation. Nature. 2013;504(7480):451 – 5.

  11. Sonnenburg JL, Xu J, Leip DD et al. Glycan foraging in vivo by an intestine-adapted bacterial symbiont. Science. 2005;307(5717):1955 – 9.

  12. Eckburg PB, Bik EM, Bernstein CN et al. Diversity of the human intestinal microbial flora. Science. 2005;308(5728):1635 – 8.

  13. Karlsson CL, Molin G, Cilio CM et al. The pioneer gut microbiota in human neonates vaginally born at term-a pilot study. Pediatr Res. 2011;70(3):282 – 6.

  14. Dominguez-Bello MG, Costello EK, Contreras M et al. Delivery mode shapes the acquisition and structure of the initial microbiota across multiple body habitats in newborns. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2010;107(26):11971 – 5.

  15. Prince AL, Chu DM, Seferovic MD et al. The perinatal microbiome and pregnancy: moving beyond the vaginal microbiome. Cold Spring Harbor perspectives in medicine. 2015;5(6).

  16. Koenig JE, Spor A, Scalfone N et al. Succession of microbial consortia in the developing infant gut microbiome. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2011;108 Suppl 1:4578 – 85.

  17. Urbaniak C, Angelini M, Gloor GB et al. Human milk microbiota profiles in relation to birthing method, gestation and infant gender. Microbiome. 2016;4:1.

  18. Hunt KM, Foster JA, Forney LJ et al. Characterization of the diversity and temporal stability of bacterial communities in human milk. PloS one. 2011;6(6):e21313.

  19. Cong X, Xu W, Janton S et al. Gut Microbiome Developmental Patterns in Early Life of Preterm Infants: Impacts of Feeding and Gender. PloS one. 2016;11(4):e0152751.

  20. Chouraqui JP, Grathwohl D, Labaune JM et al. Assessment of the safety, tolerance, and protective effect against diarrhea of infant formulas containing mixtures of probiotics or probiotics and prebiotics in a randomized controlled trial. The American journal of clinical nutrition. 2008;87(5):1365 – 73.

  21. Dilli D, Aydin B, Fettah ND et al. The propre-save study: effects of probiotics and prebiotics alone or combined on necrotizing enterocolitis in very low birth weight infants. J Pediatr. 2015;166(3):545 – 51.e1.

  22. Kankaanpaa PE, Yang B, Kallio HP et al. Influence of probiotic supplemented infant formula on composition of plasma lipids in atopic infants. J Nutr Biochem. 2002;13(6):364 – 9.

  23. Ianiro G, Tilg H, Gasbarrini A. Antibiotics as deep modulators of gut microbiota: between good and evil. Gut. 2016.

  24. Claesson MJ, Cusack S, O’Sullivan O et al. Composition, variability, and temporal stability of the intestinal microbiota of the elderly. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2011;108 Suppl 1:4586 – 91.

  25. Carding S, Verbeke K, Vipond DT et al. Dysbiosis of the gut microbiota in disease. Microbial ecology in health and disease. 2015;26:26191.

  26. Marchesi JR, Adams DH, Fava F et al. The gut microbiota and host health: a new clinical frontier. Gut. 2016;65(2):330 – 9.

  27. Tremaroli V, Backhed F. Functional interactions between the gut microbiota and host metabolism. Nature. 2012;489(7415):242 – 9.

  28. Ley RE, Turnbaugh PJ, Klein S et al. Microbial ecology: human gut microbes associated with obesity. Nature. 2006;444(7122):1022 – 3.

  29. Qin J, Li Y, Cai Z et al. A metagenome-wide association study of gut microbiota in type 2 diabetes. Nature. 2012;490(7418):55 – 60.

  30. Plunkett CH, Nagler CR. The Influence of the Microbiome on Allergic Sensitization to Food. J Immunol. 2017;198(2):581 – 9.

  31. Nowak P, Troseid M, Avershina E et al. Gut microbiota diversity predicts immune status in HIV-1 infection. AIDS (London, England). 2015;29(18):2409 – 18.

  32. Tang WH, Wang Z, Levison BS et al. Intestinal microbial metabolism of phosphatidylcholine and cardiovascular risk. The New England journal of medicine. 2013;368(17):1575 – 84.

  33. Acharya C, Bajaj JS. Gut Microbiota and Complications of Liver Disease. Gastroenterology clinics of North America. 2017;46(1):155 – 69.

  34. Yatsunenko T, Rey FE, Manary MJ et al. Human gut microbiome viewed across age and geography. Nature. 2012;486(7402):222 – 7.

  35. Conway T, Cohen PS. Commensal and Pathogenic Escherichia coli Metabolism in the Gut. Microbiology spectrum. 2015;3(3).

  36. Flint HJ, Scott KP, Louis P et al. The role of the gut microbiota in nutrition and health. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2012;9(10):577 – 89.

  37. Wu GD, Chen J, Hoffmann C et al. Linking long-term dietary patterns with gut microbial enterotypes. Science. 2011;334(6052):105 – 8.

  38. Burkitt DP. Epidemiology of large bowel disease: the role of fibre. The Proceedings of the Nutrition Society. 1973;32(3):145 – 9.

  39. Morrison DJ, Preston T. Formation of short chain fatty acids by the gut microbiota and their impact on human metabolism. Gut microbes. 2016;7(3):189 – 200.

  40. Richards JL, Yap YA, McLeod KH et al. Dietary metabolites and the gut microbiota: an alternative approach to control inflammatory and autoimmune diseases. Clinical & translational immunology. 2016;5(5):e82.

  41. Chang PV, Hao L, Offermanns S et al. The microbial metabolite butyrate regulates intestinal macrophage function via histone deacetylase inhibition. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2014;111(6):2247 – 52.

  42. Louis P, Flint HJ. Formation of propionate and butyrate by the human colonic microbiota. Environmental microbiology. 2017;19(1):29 – 41.

  43. (WCRF/AICR). WCRFAIfCR. Food, Nutrition, Physical Activity, and the Prevention of Cancer: a Global Perspective. Washington DC. 2007.

  44. Haenszel W, Kurihara M. Studies of Japanese migrants. I. Mortality from cancer and other diseases among Japanese in the United States. Journal of the National Cancer Institute. 1968;40(1):43 – 68.

  45. O’Keefe SJ. Nutrition and colonic health: the critical role of the microbiota. Current opinion in gastroenterology. 2008;24(1):51 – 8.

  46. Kværner ASB, SK; Henriksen, H.B.; Ræder, H; Blomhoff, R. Kjøttkonsum og kreftrisiko. Hva sier forskningen? Norsk Tidsskrift for Ernæring 2015;4:18 – 22.

  47. Ijssennagger N, Belzer C, Hooiveld GJ et al. Gut microbiota facilitates dietary heme-induced epithelial hyperproliferation by opening the mucus barrier in colon. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2015;112(32):10038 – 43.

  48. Wang Z, Klipfell E, Bennett BJ et al. Gut flora metabolism of phosphatidylcholine promotes cardiovascular disease. Nature. 2011;472(7341):57 – 63.

  49. Tang WH, Hazen SL. The contributory role of gut microbiota in cardiovascular disease. The Journal of clinical investigation. 2014;124(10):4204 – 11.

  50. Velasquez MT, Ramezani A, Manal A et al. Trimethylamine N-Oxide: The Good, the Bad and the Unknown. Toxins. 2016;8(11).

  51. Ridaura VK, Faith JJ, Rey FE et al. Gut microbiota from twins discordant for obesity modulate metabolism in mice. Science. 2013;341(6150):1241214.

  52. Walker AW, Parkhill J. Microbiology. Fighting obesity with bacteria. Science. 2013;341(6150):1069 – 70.

  53. Zeevi D, Korem T, Zmora N et al. Personalized Nutrition by Prediction of Glycemic Responses. Cell. 2015;163(5):1079 – 94.

  54. Le Leu RK, Winter JM, Christophersen CT et al. Butyrylated starch intake can prevent red meat-induced O6-methyl-2-deoxyguanosine adducts in human rectal tissue: a randomised clinical trial. The British journal of nutrition. 2015;114(2):220 – 30.

  55. Bøhn SK, Myhrstad MC, Thoresen M et al. Blood cell gene expression associated with cellular stress defense is modulated by antioxidant-rich food in a randomised controlled clinical trial of male smokers. BMC Med. 2010;8:54.

  56. Ryu D, Mouchiroud L, Andreux PA et al. Urolithin A induces mitophagy and prolongs lifespan in C. elegans and increases muscle function in rodents. Nature medicine. 2016;22(8):879 – 88.

  57. Cardona F, Andres-Lacueva C, Tulipani S et al. Benefits of polyphenols on gut microbiota and implications in human health. J Nutr Biochem. 2013;24(8):1415 – 22.

  58. Sonnenburg ED, Smits SA, Tikhonov M et al. Diet-induced extinctions in the gut microbiota compound over generations. Nature. 2016;529(7585):212 – 5.