Jak bakterie jelitowe i dieta mogą przeprogramować tkankę tłuszczową do spalania energii

Naukowcy z City of Hope, jednego z największych i najbardziej zaawansowanych ośrodków badań nad nowotworami i leczeniem w Stanach Zjednoczonych, we współpracy z badaczami z Broad Institute oraz Keio University, odkryli mechanizm, dzięki któremu określone bakterie jelitowe działające wspólnie z dietą mogą uruchomić metaboliczny „przełącznik”. Mechanizm ten powoduje przekształcenie magazynującej energię białej tkanki tłuszczowej w beżową tkankę tłuszczową, zdolną do intensywnego spalania kalorii – przynajmniej w modelu zwierzęcym.

Wyniki badania opublikowanego w czasopiśmie Nature wskazują, że dieta o niskiej zawartości białka aktywuje określony zestaw bakterii jelitowych, które wysyłają sygnały chemiczne w całym organizmie. Sygnały te powodują zmianę funkcji tkanki tłuszczowej – zamiast magazynować energię, zaczyna ona ją zużywać. Odkrycie ujawnia wcześniej nieznany szlak biologiczny łączący dietę, mikrobiom jelitowy oraz zdrowie metaboliczne, co w przyszłości może przyczynić się do opracowania nowych metod leczenia otyłości, cukrzycy i chorób powiązanych z zaburzeniami metabolizmu.

Tkanka tłuszczowa jako dynamiczny narząd metaboliczny

„Tkanka tłuszczowa nie jest strukturą statyczną – jest zaskakująco plastyczna” – wyjaśnia dr Kenya Honda, współautor pracy i profesor wizytujący w City of Hope. „Odkryliśmy, że niektóre bakterie jelitowe potrafią rozpoznawać skład diety gospodarza i przekładać tę informację na sygnały nakazujące komórkom tłuszczowym spalanie energii”.

U dorosłych ludzi większość tkanki tłuszczowej stanowi biała tkanka tłuszczowa, której podstawową funkcją jest magazynowanie nadmiaru energii w postaci lipidów. Z kolei brunatna i beżowa tkanka tłuszczowa pełnią rolę metabolicznie aktywną – spalają energię w procesie termogenezy, wytwarzając ciepło i wpływając na regulację gospodarki energetycznej organizmu.

Noworodki posiadają znaczną ilość brunatnej tkanki tłuszczowej, jednak jej ilość zmniejsza się wraz z wiekiem. Z tego powodu od wielu lat badacze poszukują bezpiecznych metod indukowania procesu przekształcania białej tkanki tłuszczowej w beżową – określanego jako „beiging” – który mógłby poprawiać profil metaboliczny organizmu.

Rola mikrobiomu jelitowego w indukcji „beżowej” tkanki tłuszczowej

W prezentowanym badaniu naukowcy wykazali, że myszy karmione dietą o obniżonej zawartości białka rozwijały znaczne ilości beżowej tkanki tłuszczowej tylko wtedy, gdy posiadały odpowiedni mikrobiom jelitowy. W przypadku myszy hodowanych w warunkach sterylnych, pozbawionych mikrobioty, ten efekt nie występował.

„To pokazało nam, że sama dieta nie wystarcza – kluczową rolę odgrywa mikrobiom jelitowy” – podkreśla Honda.

Badacze zidentyfikowali cztery konkretne szczepy bakterii, które były niezbędne do uruchomienia procesu „brunatnienia” tkanki tłuszczowej. Po wprowadzeniu tych mikroorganizmów do organizmu myszy karmionych dietą niskobiałkową zaobserwowano:

• konwersję białej tkanki tłuszczowej w beżową,
• mniejszy przyrost masy ciała,
• poprawę kontroli glikemii,
• obniżenie stężenia cholesterolu.

Dwutorowy mechanizm sygnałowy

Mechanizm działania bakterii jelitowych okazał się bardziej złożony niż pojedynczy sygnał metaboliczny. Badacze wykazali, że mikroorganizmy działają jak układ przekazujący sygnały w kilku etapach.

Pierwszy sygnał prowadzi do modyfikacji metabolizmu kwasów żółciowych, co powoduje przeprogramowanie komórek tłuszczowych w kierunku spalania kalorii.

Drugi sygnał powoduje, że wątroba zaczyna wydzielać hormon metaboliczny FGF21 (fibroblast growth factor 21), który dodatkowo nasila przemiany energetyczne organizmu.

Zaburzenie któregokolwiek z tych dwóch sygnałów powodowało zanik efektu spalania tłuszczu, co wskazuje, że oba mechanizmy muszą działać jednocześnie, aby proces mógł się uruchomić.

„Nasze wyniki pokazują, że mikrobiom jelitowy aktywnie interpretuje to, co jemy, i przekształca te informacje w sygnały metaboliczne dla organizmu” – podkreśla dr Ramnik Xavier z Broad Institute oraz Harvard Medical School.

Potencjalne implikacje dla leczenia chorób metabolicznych

Autorzy badania zaznaczają, że wyników nie należy bezpośrednio przenosić na ludzi. Dieta o bardzo niskiej zawartości białka zastosowana w eksperymencie była bardziej restrykcyjna niż zalecenia dietetyczne dla człowieka, a wcześniejsze próby poprawy metabolizmu poprzez samą suplementację probiotykami przynosiły ograniczone efekty.

Zamiast tego odkrycie wskazuje na nowe cele terapeutyczne, czyli szlaki biologiczne aktywowane przez mikrobiotę jelitową. W przyszłości mogą one zostać wykorzystane do opracowania leków, które będą naśladować korzystne efekty obserwowane w badaniu.

„Naszym celem nie jest zachęcanie ludzi do stosowania ekstremalnych diet” – podkreśla dr Takeshi Tanoue, pierwszy autor pracy z City of Hope i Keio University. „Kluczowe jest zrozumienie tych szlaków biologicznych na tyle dobrze, aby można było opracować bezpieczne terapie odtwarzające ich działanie”.

Mikrobiom jako aktywny regulator metabolizmu

Otyłość i choroby metaboliczne stanowią istotne czynniki ryzyka wielu poważnych schorzeń, w tym nowotworów, cukrzycy typu 2 oraz chorób sercowo-naczyniowych. Nowe wyniki badań wskazują, że mikrobiom jelitowy może odgrywać znacznie bardziej aktywną rolę w regulacji metabolizmu niż dotychczas sądzono.

Praca stanowi część Microbiome Program w City of Hope, który bada, w jaki sposób mikrobiota jelitowa wpływa na procesy zapalne, metabolizm i odpowiedź immunologiczną, a także jak wiedzę tę można wykorzystać w medycynie spersonalizowanej.

„To badanie pokazuje, że mikrobiom jelitowy działa jak aktywny decydent w organizmie” – podsumowuje Honda. „Nie tylko reaguje na dietę, ale ją interpretuje”.

Źródło: Nature, Microbiota-mediated induction of beige adipocytes in response to dietary cues
DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41586-026-10205-3