Bakterie jelitowe przekształcają azotany i żelazo z diety w związki o potencjalnym działaniu ochronnym

Naukowcy z Karolinska Institutet wykazali, że bakterie jelitowe mogą przekształcać azotany oraz żelazo niehemowe pochodzące z żywności w biologicznie aktywne kompleksy dinitrozylowe żelaza (DNIC). W badaniach eksperymentalnych zwiększenie stężenia tych związków wiązało się m.in. z obniżeniem ciśnienia tętniczego, poprawą funkcji naczyń i kontroli glikemii oraz mniejszym gromadzeniem tłuszczu w wątrobie. Wyniki opublikowane w czasopiśmie „Cell” wskazują na nowy mechanizm, poprzez który dieta i mikrobiota jelitowa mogą wspólnie oddziaływać na zdrowie kardiometaboliczne.

W artykule:

• Jak mikrobiota jelitowa przekształca składniki diety
• Czym są kompleksy dinitrozylowe żelaza DNIC
• Jak przeprowadzono badania
• Wpływ DNIC na układ krążenia i metabolizm
• Co wyniki mogą mówić o korzyściach z diety bogatej w warzywa
• Dlaczego potrzebne są dalsze badania u ludzi

Mikrobiota jelitowa może zmieniać składniki pożywienia w biologicznie aktywne związki

Naukowcy z Karolinska Institutet odkryli mechanizm, dzięki któremu bakterie zasiedlające przewód pokarmowy mogą przekształcać składniki obecne w codziennej diecie w związki potencjalnie korzystnie wpływające na funkcjonowanie układu sercowo-naczyniowego oraz metabolizm. Badania wskazują na szczególną rolę dwóch składników: azotanów oraz żelaza niehemowego.

Azotany występują naturalnie w wielu warzywach. Ich szczególnie bogatym źródłem są buraki oraz zielone warzywa liściaste, takie jak szpinak, rukola i sałata. Żelazo niehemowe jest natomiast formą żelaza charakterystyczną przede wszystkim dla produktów pochodzenia roślinnego, w tym roślin strączkowych, produktów pełnoziarnistych i zielonych warzyw.

Badacze wykazali, że bakterie jelitowe mogą wykorzystywać pochodzące z żywności azotany i żelazo niehemowe do wytwarzania tzw. kompleksów dinitrozylowych żelaza – DNIC (ang. dinitrosyl iron complexes). Powstałe związki mogą następnie zostać wchłonięte do organizmu i transportowane do różnych narządów, przede wszystkim wątroby oraz nerek.

Czym są kompleksy dinitrozylowe żelaza?

DNIC to kompleksy zawierające żelazo związane z grupami nitrozylowymi. Zainteresowanie tymi cząsteczkami wynika m.in. z ich związku z biologią tlenku azotu – ważnej cząsteczki sygnałowej uczestniczącej w regulacji funkcji naczyń i wielu procesów metabolicznych.

Nowa praca wskazuje, że źródłem DNIC w organizmie może być nie tylko metabolizm komórek gospodarza, lecz także aktywność mikroorganizmów jelitowych działających na składniki dostarczane wraz z dietą.

Jak podkreślił dr Andrei L. Kleschyov, Senior Researcher w Department of Physiology and Pharmacology, Karolinska Institutet, będący pierwszym autorem oraz jednym z autorów korespondencyjnych publikacji, wyniki pokazują, że bakterie jelitowe są zdolne do przekształcania składników żywności w biologicznie aktywne cząsteczki wpływające na istotne funkcje organizmu.

Badania na myszach, komórkach, bakteriach i materiale ludzkim

Praca nie opierała się na jednym modelu eksperymentalnym. Naukowcy przeprowadzili badania obejmujące myszy, hodowle komórkowe, bakterie oraz próbki pochodzące od ludzi.

Przy zastosowaniu zaawansowanych metod analitycznych badaczom udało się zidentyfikować DNIC w różnych tkankach. Szczególnie istotną obserwacją było stwierdzenie, że kompleksów tych całkowicie brakowało u myszy pozbawionych mikroorganizmów, czyli utrzymywanych w warunkach germ-free.

Zdaniem autorów stanowi to ważny argument wskazujący, że obecność mikrobioty jelitowej ma zasadnicze znaczenie dla powstawania tych związków w organizmie.

Badanie przeprowadzono we współpracy z University Medical Centre Hamburg-Eppendorf oraz Johannes Gutenberg University Medical Centre Mainz w Niemczech.

Niższe ciśnienie, poprawa funkcji naczyń i metabolizmu

W kolejnej części doświadczeń naukowcy zwiększali stężenie DNIC na dwa sposoby. Stosowali suplementację diety azotanami i żelazem albo podawali syntetycznie wytworzone kompleksy DNIC.

W eksperymentalnym zwierzęcym modelu choroby sercowo-naczyniowej i metabolicznej interwencje te wiązały się z poprawą kilku analizowanych parametrów zdrowotnych.

Badacze zaobserwowali między innymi:

• obniżenie ciśnienia tętniczego,
• poprawę funkcji naczyń krwionośnych,
• lepszą kontrolę stężenia glukozy we krwi,
• zmniejszenie gromadzenia tłuszczu w wątrobie.

Prof. Mattias Carlström, Professor of Cardiorenal Physiology w Department of Physiology and Pharmacology, Karolinska Institutet, wskazuje, że uzyskane wyniki mogą pomóc w wyjaśnieniu obserwowanego związku pomiędzy dietą bogatą w warzywa a mniejszym ryzykiem niektórych chorób.

Carlström jest jednym ze współautorów senioralnych pracy. Drugim jest prof. Jon Lundberg z tego samego departamentu. Mattias Carlström pełni również rolę jednego z autorów korespondencyjnych publikacji.

Nowe spojrzenie na działanie diety bogatej w warzywa

Wyniki badania zwracają uwagę na złożoną relację pomiędzy dietą, mikrobiotą jelitową a fizjologią człowieka. Składniki pożywienia nie muszą bowiem oddziaływać wyłącznie bezpośrednio na komórki organizmu. Mogą być najpierw metabolizowane przez mikroorganizmy jelitowe, a dopiero wytworzone przez nie związki mogą wywierać określone efekty biologiczne.

W przypadku badanego mechanizmu szczególne znaczenie może mieć jednoczesna dostępność azotanów i żelaza niehemowego – składników występujących w wielu produktach roślinnych.

Autorzy wskazują tym samym na wcześniej nierozpoznany mechanizm, w którym określony sposób żywienia, w interakcji z odpowiednimi bakteriami jelitowymi, może sprzyjać powstawaniu cząsteczek mających potencjalnie korzystny wpływ na zdrowie.

Nie oznacza to jednak, że na podstawie obecnego badania można już sformułować nowe zalecenia dotyczące suplementacji azotanów, żelaza czy DNIC. Znaczna część wyników pochodzi z badań eksperymentalnych, w tym z modeli zwierzęcych.

Kolejny etap: sprawdzić znaczenie DNIC u ludzi

Naukowcy podkreślają, że konieczne są dalsze badania pozwalające określić, w jakim stopniu opisany mechanizm występuje i ma znaczenie fizjologiczne u ludzi.

Jednym z kolejnych celów zespołu jest opracowanie metod umożliwiających pomiar DNIC u człowieka. Badacze chcą następnie dokładniej przeanalizować, w jaki sposób kompleksy te powstają, jak są transportowane w organizmie oraz w jaki sposób oddziałują na poszczególne funkcje fizjologiczne.

Istotnym kierunkiem dalszych prac będzie również ustalenie, czy poprzez odpowiednie modyfikacje diety lub mikrobioty jelitowej można wpływać na stężenie DNIC, a w dalszej perspektywie – czy wykorzystanie tego mechanizmu mogłoby znaleźć zastosowanie w zapobieganiu chorobom.

W praktyce klinicznej

Na obecnym etapie wyniki należy interpretować przede wszystkim jako opis nowego mechanizmu biologicznego, a nie jako podstawę do stosowania konkretnej interwencji terapeutycznej lub suplementacyjnej. Szczególnie interesująca jest jednak możliwość powiązania metabolizmu azotanów, żelaza, aktywności mikrobioty jelitowej oraz powstawania związków wpływających na funkcje naczyniowe i metaboliczne.

Jeżeli znaczenie DNIC zostanie potwierdzone w odpowiednio zaprojektowanych badaniach z udziałem ludzi, mechanizm ten może w przyszłości pomóc dokładniej zrozumieć zależności pomiędzy sposobem żywienia, składem mikrobioty a ryzykiem chorób sercowo-naczyniowych i metabolicznych.

Badania finansowały m.in. Swedish Research Council, Swedish Heart-Lung Foundation, Novo Nordisk Foundation, European Research Council (ERC), Knut and Alice Wallenberg Foundation oraz Diabetes Wellness Sweden. Autorzy zadeklarowali brak konfliktów interesów.

Źródło: Cell, „Gut microbiota generate dinitrosyl iron complexes with cardiometabolic benefits”
DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.07.055