MUNI
S P O R T
Střevní mikrobiom
Mgr. Adam Wagner
Fakulta sportovních studií, Masarykova Univerzita Brno
1 Zápatí prezentace
2 Zápatí prezentace
MUNI
S P O R T
Mikrobiom člověka
Mekka mikrobů: střevní mikrobiom
- Největší mikrobiom
- Bakterie jak v tlustém, tak i v
tenkém střevě
- 1000 druhů bakterií
- Na 1 gram střevního obsahu
100 miliard bakterií
- Významný vliv na fungování
fyziologie našeho organismu
l\/l U l\l I
S P O R T
C/3
4—'
' c
3
0
1o
c
oxCD
-t—'
"cd
rz
o
CD
i—
<D
Q .
O
—
CD
>
—
CD
co
- Q
O
2,000
1,800
1,600
1,400
1,200
1,000
800
600
400
200
••••
•• •
2 6 10 14 18 22 26 30 34 38 42 46 50 54 58 62 66 70 74 78 82 86
Age (yr)
I
S P O R T
Mikrobiom u novorozenců
- Závisí na mnoha faktorech:
- Způsob porodu
- Typ kojenecké výživy
- Používání antibiotik
- Roční období
- Enviromentální podmínky
- Ihned po narození zablokovány receptory pro spuštění imunitní
reakce na střevní sliznici.
Způsob porodu
- Přirozený porod
- Kontc
- Předž
- Při pc
Císař
- Nedo
- První
- Velké
- Rizik(
- Rizik(
- Aplikí
•v
s
í í í tíí t í í
f n l - M . - K u C I - I J
Agp
í í í í í í í í íE M r r o b i c i u T i a
Age
srnu.
Weaning Weaning
MUNI
S P O R T
První tři roky života
- Střevní mikrobiom nejvíce formován a miíže značně ovlivriíovat
následný vývoj a dispozice k nemoci.
- Mateřské mléko významný oscilátor střevního mikrobiomu
- Oligosacharidy (GOS) —> Bacteroides
- Obsah Bifidobacterium, Lactobacillus a Streptococcus
- Zdravé stravovací návyky
- Od 3 roku stabilní mikrobiom
Dospělost a stáří
Ovlivňován primárně vnějším
prostředím
Nemění se tolik složení, jako
spíše metabolická aktivita (více
než 55 tisíc metabolitů)
S věkem klesá diverzita = |
zánětlivost
c a
+->
CO
] Actinobacteria
] Bacteroidetes
|~] Firmicutes
j ] Proteobacteria
l~l Ottier
Neonate
Elderly
Microbial Diversity
MUNI
S P O R T
Funkce střevního mikrobiomu
- Tvorba vitamínů
- Produkce nasycených mastných kyselin s krátkým řetězcem
(SCFA)
- Ochrana proti patogenům a škodlivým bakteriím
- Vliv na imunitní systém
- Tvorba signálních molekul
l\/l U l\l I
S P O R T
Calcium
Bocteroides, Butyricicoccus
Oscitlibacter, Diaiister, Porabacteroides
Clostridium
Lactobacillus delbrueckiisubsp. bulgaricus
Streptococcus saiivarius subsp. tbermophilus
Lactobacillus casei
Selenium
Streptococcus tbermophilus
Enterococcusfaecium
Bifidobacterium longum
Lactobacillus plantarum
Lactobacillus spp.
Bifidobacterium spp.
Magnesium
Lactobacillus plantarum
Lactobacillus reuten
Lactobacillus rhamnosus
Lactobacillus paracasei
Lactobacillus acidophilus
iron
Lactobacillus plantarum
Bifidobacteriaceae
Bifidobacteria
Zinc
Lactobacillus acidophilus
Bifidobacteria
MUNI
S P O R T
Uli I
SPORT
Produkce SCFA
12
Hexoses and Pentoses
Microbiota-Accessible Carbohydrates
Fucoseand Rhamnose
Embden-Meyerhof-Parnas pathway
(glycolysis)
Phosphoenolpyruvate rf
(PEP)
• Dihydroxyacetonephosphate + L-Iactaldehyde
Lactate
•
Acrylate pathway Succinate pathway Propanediol pathway
Butyrogenic
cross-feeding
Propionyl-CoA Propionyl-CoA
(Lactate to Propionate^^^^^^^^^^^^
cross-feeding w^^^WWWW^^Bt
Acetate producers: Akkermansia muciniphila. Bacteroides spp., Bifidobacterium spp., Prevotella spp.,
Ruminococcus spp., Acetobacterium woodii, Blautia hydrogenotrophica, Clostridium spp,. Streptococcus spp.
Butyrate producers via Embden-Meyerhof-Parnas pathway:
Anaerostipes spp., Coprococcus catus, Eubacterium rectale, Eubacterium hallii, Faecalibacterium prausnitzii,
Roseburia spp., Coprococcus comes, Coprococcus eutactus
Propionate producers
via Acrylate pathway: Megasphaera elsdenii, Coprococcus catus;
via Succinate pathway: Bacteroides spp., Phascotarc to bacterium succinatutens, Dtalister spp., Veillonella spp.;
via Propanediol pathway: Salmonella spp., Roseburia inulinivorarts, Ruminococcus obeum
Benefity SCFA
13
Enteric Nervous System
.<_ \ Gut Motility
J Secretory activity
GPR41
Liver
.. Insulin sensitivity
AMPK activity
Lipid storage
Gluconeogenesis
GPR109AandGPR41/43
Muscles
Glycogenesis
Fatty acids oxidation
Mitochondrial content
Lipid storage
Glycolysis
GPR41J43
Brain
Neurogenesis
Satiety
Microglia
GPR81
Intestine
I N G
GP
LP-1
cTifft
ÍTPH41 rPBň? cent
Treg
iffprentiation
CPR41 GPR43 GPR109A
íinnnuiíinuiíui
SCFAs
t Acetale
Propionate _w
»
4 Butirate «
Immune Cells
Inflammation
GPR43 GPR43/41 GPR43
Neutrophils Mast cells l(
GPR43 GPR109A
0 *Eosinophils Dendritic cells
Lungs
Airway epithelium
inflammation
GPR41
I t
Pancreas
Insulin secretion
White adipose tissue
LipDlysis
'Insulin - mediated tat accumulation
G P R 1 0 9 A a n d G P R 4 1 / 4 3
Bone marrow
"|_J Hematopoiesis of DC
MUNI
S P O R T
Microbiota A c c e s s i b l e C a r b o h y d r a t e s
Diet low in
processed
foods
Diet high in
modern
processed
foods
Small
intestine
:
Circulation •
tt
Colon
Microbiome
Si 000» \ °°
AAAA^ SCFAs
o
q Short Chain
fatty acids
A diet that contains little MACs will be
absorbed rapidly in the first part of the
small intestine and will not result in SCFA
formation
A diet high in MACs will cause SCFA
production by bacteria in the colon and
this can have several positive effects.
14
MUNI
S P O R T
Ochrana proti patogenúm a škodlivým
bakteriím
- Střevní bakterie konzumují potravu pro škodlivé' bakterie
- Produkce vedlejších metabolitů zabraňující růst patogenů (SCFA,
bakteriociny)
- Nenechávají jim dostatek prostoru
- Prevence střevních infekcí E.coli a Salmonella
Vliv na imunitní systém
- 70 % imunitních buňek ve střevech
- Imunomodulace —• posílení
imunitního systému
- Vývoj imunitního systému „trénování
imunitního systému"
- Vysoká diverzita může například
snižovat prostřednictvím tvorby
diaminooxidázy alergickou reakci
f A
siř o
SIGNALLING MOLECULES
l£>B *ľ'\{ PSA
Y '
[ u U M i U i u W l f l
NOD
Generates adaptive
immune responses
Regulates commensal
bacterial composition
Promotes gut epithelial
cell survival and
regeneration
TGFp
ILIO
Regulation
TNFa
IL12
IL23
i
™ (5iuThi
L U M E N
M U C U S LAYER
EPITHELIUM
L A M I N A P R O P R I A
MUNI
S P O R T
Tvorba signálních molekul
- Serotonin
- Dopamin
- GABA
- Acetylcholine
- Norepinephrine
17
Altered Cognition
-Alzheimer's disease
•Parkinson's disease
•Autism
Schizophrenia
Intestinal epithelium
MUNI
S P O R T
í střevního mikrobiomu
- 90 % složení bakterie
- Většina bakterií kmen
Firmicutes a Bacteroidetes
- Zbytek tvoří kmeny
Actinobacteria, Fusobacteria
Proteobacteria a
Verrucomicrobia
PHYLUM CLASS ORDER FAMILY GENUS
Actinomycetalei j 1 Corynebacteriaoeae | — | Corynebacterium
Actinobaderia Acti no bacteria Bifidobacteria les Biiidobactenaceae
Micro caecales
•HZ"!icroccccaceae
IK
Bacte raid a ceae
Prevotellaceae
n-r.
D-C
Bifidobacterium
Renibacterium
Staphycoccaceae ~~|—| Staphylococcus-
Uítobacillůles
EnterocQccaceae
Laetobacillaceae
Streptococcaceae
Lactobacillus
Streptococcus
Closlndiaceae
Eubacteriaceae
Lachno&piraceae
! li - •::(.•• i: . i.
r_ o pro coecus
Faecalibacterium
Rg mino coccus
K D-C Fu-aob-acterijles FLisobacteHaceae Fusůbacterium
PfWOhaCMfia | 1 Gammaproteobacteria Enterobacterales Enterobacteriaceae "] 1 Escherichia
VerrucomicTobia |——| Verrucomicrobiac VerriKomicrobialea [•—-j Akkenwansiaceae J-—| Akkermansiä~
MU N I
S P O R T
Microbiome surveys in
athfetes and controls
Increased VeittooeHa:
- Runners versus controls
- Post-race versus pre-race
Increased microbial genes tor
lactate-lo-propionate conversion
via the methylmalonyI-CoA
pathway
Performance enhancement
in supplemented mica
Plasma lactate
VeiUoneiia Propionate
• increased treadmill running
times wilh Weilloneila or
propionate SijpE]k?rtM:fi1tf[K)ri
• Performance gains linked to
propionate production rather
than lactate clearance
9
y u li
S P O
Vybrané rody bakterií z kmene Bacteroidetes
- Bacteroides
- Významný producent SCFA
- Aktivace T-lymfocytů
- Produkce vitamínů H
- Při přemnožení lokální infekce, zvýšená zánětlivost
- Prevotella
- Významný producent SCFA
- Produkce vitamínů B
- Protizánětlivý vs prozánětlivý účinek
- Revmatoidní artritída
l\/l U l\l I
S P O R T
Další vybrané rody
- Bifidobacterium (kmen Actinobacteria)
- Produkce vitamínu ze skupiny B a vit K2
- t prokrvení střevní sliznice
- t motilitu střeva
- t antimikrobiální látky
- Společně s rodem Lactobacillus nejčastější složka probiotik
- Akkermansia muciniphila (kmen Verrucomicrobia)
- Zesílení střevní bariéry
- Snížené zastoupení u lidí trpící obezitou, diabatem, zánětlivé střevní onemocnění
21
NI U NI
S P O R T
Obesity / Diabetes
Alcohol
& Akkermansio
muciniphila
& Cut Barrier
,„••' Immunity
IVE AND
PASTEURIZED
AKKERMANSIA
V C h o l e s t e r o l
A t h e r o s c l e r o s i s
Legend
•ib. Akkermansio
y Amuc_1100
[ i Tight junction
Y TLR2
22
E u'jJ y uv.1
Hi j h ?trľ£i
F a t t y liver
L!:.. " í " ' I j n m D t i p n
Si Fat mass
\ \ Inflammation
checked
MUNI
S P O R T
Enterotypy
- Enterotyp 1
- Převážně rod Bacteroides a Parabacteoides
- U lidí konzumující převážně živočišnou stravu
- Vyšší produkce vit H a B2
- Western diet
- Enterotyp 2
- Rod Prevotella a Desulfovibrio
- Opak enterotypu 1
- Vegetariáni a vegani
- Produkce vit B1 a kys.listové
- Enterotyp 3
- Rod Ruminococcus a Akkermansia
23
MIHI I
S P O R T
Faktory ovlivňující střevní mikrobiom
Antibiotika
Probiotika
Výživa
Prebiotika
Fermentované potraviny
Pohybová aktivita
Spánek
Věk a pohlaví
Geografické, enviromentální faktory...
Antibiotika
in
Lots of germs
and some arc
drug resistant
25
Antibiotics kill the bacteria
causing the illnes as well as
the good bacteria protecting
the body from infection
The drug resistant
bacteria is now abie
to grow and take over
Some bacteria give
their drug resistance to
other bacteria
Normal bacterium Resistan- bacterium Dead bacterium
I
S P O R T
Co si představit pod pojmy ve zprávě o složeni mikrobiomu
Probiotika
- Prospěšné ba
- Nejčastěji rod;
- Podpora imun
- Zvýšená prodi
- Zmírnění antit
- Snižují riziko t
- Při výběru pro
kmeny
- Personalizova
26 Zápatí prezentace
Nekleté firmy staví sva
doporučeni na identifikaci
mikrobiomu na úrovni
poměrného zastoupeni
•
MIKROBIÁLNÍCH KMENŮ
i Bacteroidetes: Firmieutcs
(nově Bacteroidota)
Bacterordotú
Proteobactena
fusobacteria T- ida
Savci
Bacilli
Ptáci
ftid 1
PnmáH
ftid 1
UciobacMla« Hominlde
Čeleď
Láctobaollaceae
Identifikace bakterii v
mikrobiomu nejčastěji
na úrovni rodu - jen
malá část spolehlivě i na
úroveň druhu
Heimo
Lactobacillus.
Druh
Homo
sapiens
Lactobot'tltii
dclbrueckn
Poddruh
[strain)
Lactobacillus
drlbmeckll iitbsp.
Homo taplem
nEondftthalrnM-i
lacth
/í, konkrétní
MUNI
S P O R T
IEALTHY FOOD VITAMINS, MINERALS AND SUFFLIMENTS
^9
Immune system
Protection of
stomach
Low cholesterol
Protection of
stomach
Low cholesterol RjflM^ Healthy heart RjBV Healthy heart T A
•^tP" Sef v
Healthy heart ^ ^ ^ H e a l t h y blood vessels ^J^Healthy blood vessels Healthy bones
. Healthy joints f j í Skin protection O u Improve your f~\,» Eye protection
W " ' V \r* ° memory
Healthy heart f t,*^"" Eyeprotectk Cellular rejuvenation Cellular rejuvenation
J M p U I B B E Protecting of
1 3 5 " Healthy gut ( g H Q r Preventing cancer j ^ ^ T Preventing cancer ^ ' the urogenital system
Immune system
Preventing cancer
27
MUNI
S P O R T
P R E B I O T I C S
GARLIC
ASPARAGUS
ONION LEEKS
t
HONEY APPLES
GRAINS UNRIPE ARTICHOKES
BANANAS
ých zdrojů
mikroby
ich funkcí, SCFA, regulace
mu
MUNI
S P O R T
Fermentované potraviny
- Potraviny vytvořené žádoucí aktivitou živých organismů
- Mikroby přirozeně se vyskytující nebo uměle přidáni
- Mnoho potencionálních benefitů: zvýšení diverzity, produkce
antimikrobiálních látek, zesílení střevní bariéry, enzymatická
aktivita, imunita...
- Domácí vs kupované
- Věda?
rátká práce ve skupinkách
epište si kolik druhů obilovin (pseudoobilovin), ovoce a zeleniny jste měli za
poslední týden
Dále si zkuste vzpomenout jestli jste zařadili nějaký fermentovaný výrobek
Diskutujte ve dvojici/trojici
MUNI
S P O R T
Pohybová aktivita
Progressive increase of physical activity level generates
changes in the intestinal microbiota
Low <4 Cardiorespiratory Fitness • High
Light Moderate Intense
31
Spánek
Korelace mezi
kvalitou a kvantitou
spánku
2 dny spánkové
deprivace vedou k
významným
změnám ve složení
32
NI U NI
S P O R T
Střevní mikrobiom a zdraví cév
- Měli bychom tedy vyřadit
zmíněné potraviny?
- Multifaktoriální podklad
- Aerobní aktivita snižuje hladiny
TMAO
- Potraviny bohaté na DMB (3,3dimethyl-1
-butanol)
- Dostatek ovoce a zeleniny
Ateroskleróza
NI U NI
S P O R T
7 ^ J ^ - ^ / \
Brain
Hirot*ia|ün,y
Nutritional
sconce
NeufDsoanců Psycftologr
By
^^^^^.-
Diet
Gul-Biain Axis
:.ioq : Í
Astrocyte
DiStaiy
• •
Tryptophan
rr^líjbillies
Neuron
Bile J u J
melalKilnBa
Gul mšgrubiDrnĚ
Ovlivnění činnosti střev
(produkce neurotransmiterů, neuropeptidů,
zvýšení/ snížení propustnosti)
Cognifofi
Mood
Cetl-lD-osIl
s-tgnalifig
niĽlŕ-ju Ľ i 3va
Commuflrty
activity
34
MUNI
S P O R T
Gut - muscle axis
Posstive effect of the Microbiotaphysical
activity accessible
carbohydrates
anti-inflamantory
Better
training
adaption
Gut - bone axis
Inhibition of
Induction Preosteoclast Apoptosis
of Tregs
36
MUNI
S P O R T
Leaky gut syndrom
- Zvýšená propustnost střevní bariéry
- Příčina je podmíněna několika faktory: sedavý
životní styl, nízká diverzita mikrobiomu, nedostatek
probiotických potravin, vysoká stresová zátěž
- Základ pro vznik celé řady onemocnění
- Některé projevy: kožní problémy, zvýšená
plynatost, průjmy, potravinové alergie, chronická
únava...
Normal tight junction Leaky, and inflammation
MUNI
S P O R T
WHAT DOES THE
Color of Your Poop Mean?
Brown
Normal
and healthy
Red
Blood in stool, lower Gl
problems, red foods
Yellow
Parasitic infection, liver
or gallbladder issues
1
W h i t e
Pancreatic disorder
or antacids
G r e e n
Lots of leafy
greens or antibiotics
B l a c k
Upper Gl
tract issue
TYP 1 - TEZKA ZACPA
Tvrdé hrudkyjako ořechy.
TYP 2 - STŘEDNÍ ZÁCPA
Tvar klobásy s výrazně hrudkovitým
povrchem.
TYP 3 - N O R M A
Tvar klobásy s prasklinami na povrchu.
Ideální tvar.
TYP 4 - N O R M A
Jako hladká j e m n á klobása nebo had.
Ideální tvar.
TYP 5 - LEHKÝ PRŮJEM
Měkké kuličky s jasně ohraničenými
okraji.
TYP 6 - LEHKÝ PRŮJEM
Nadýchané kousky kašovité konzistence.
38
TYP 6 - TĚŽKÝ PRŮJEM
Tekutina bez pevných částic.
Co dělat pro podporu střevního mikrobiomu?
Konzumace celistvých potravin a omezení průmyslově zpracovaných potravin
Zvýšit zastoupení rostlinné složky
Managment stresové zátěže
Zařazení fermentovaných potravin
Rozmanitost
Zvážit užití antibiotik
3£
nu rJ i
S P O R T
Výzvy pro podporu střevního mikrobiomu
|j -j m Vyzkoušej fermentovaný výrobek, který neznáš.
Prováděj 20-60 min aerobní pohybové aktivity denně.
40
MUNI
S P O R T
Kde hledat informace?
iiulia
Endersová
STŘEVO NENÍ TABU
Emeran Mayer
DRUHÝ
MOZEK
Naše pocity
a pohoda procházejí střevem
ZDRAVA
STŘEVA
Justin a Erica Sonnenburgov
ja n*Mdvi]
The Plant-Based Gut Health Program
for Losing Weight, Restoring Your Health,
and Optimizing Your Microbiome
FIBER
FUELED
WILL BULSIEWICZ, MD, MSCI
MUNI
S P O R T
P u b f e j e d
®
gut microbiome or gut microbiota Search
Advanced
PubMed® comprises more than 36 million citations for biomedical literature from MEDLINE, life science journals, and online books.
Citations may include links to full text content from PubMed Central and publisher web sites.
um i
S P O R T
„Všechny nemoci
začínají ve střevech"
Hippokratés
400 př. n. I.
42