Czy słodziki szkodzą mikrobiomowi? – wyniki badania

Mit dotyczący rakotwórczego działania sztucznych słodzików, a szczególnie aspartamu, został już obalony. Niemniej jednak wiadome jest, że mogą one powodować szkody w organizmie osób, które ich używają. Najczęściej naukowcy skupiają się na ich wpływie na mikrobiom jelitowy. Gdyż to właśnie od jelit zaczyna się bardzo wiele chorób układowych. W najnowszym badaniu naukowcy próbowali sprawdzić, jak słodziki wpływają na chorobotwórczość bakterii oraz ich interakcje z nabłonkiem jelitowym.

Wstęp

Ilość mikrobów w naszych jelitach nie jest do końca poznana. Szacuje się je jednak na około 100 trylionów (10¹⁴) komórek. Naukowcy nie są zgodni co do tego, jak określić współżycie człowieka z bakteriami zamieszkującymi jego jelita. Najczęściej mówi się o dwóch rodzajach symbiozy – komensalizmie lub mutualizmie. W przypadku pierwszego jedna strona odnosi korzyści, podczas gdy druga pozostaje obojętna. W drugim zaś przypadku obie strony czerpią zyski [1].

Człowiek z pewnością korzysta na tym układzie. Czerpiemy od bakterii substancje potrzebne do wzrostu, rozwoju i utrzymywania homeostazy organizmu. Są to na przykład witaminy z grupy B oraz witamina K. Dodatkowo, obecność bakterii probiotycznych zapobiega rozwojowi i atakowaniu ustroju przez organizmy patogenne [2]. Skład, ilość oraz różnorodność bakterii jelitowych jest kształtowana w znacznej mierze przez rodzaj spożywanej diety. Zarówno proporcje makroskładników, jak i ich pochodzenie oraz stopień przetworzenia konsumowanej żywności, odgrywają w tej kwestii bardzo ważną rolę [3].

Ze stopniem przetworzenia z kolei wiąże się także obecność w produktach spożywczych dodatków do żywności. Jak się okazuje, one również mają wpływ na skład oraz funkcjonowanie mikrobioty [4].

Do grupy dodatków żywnościowych zalicza się między innymi sztuczne słodziki, które w ostatnich latach zyskały sporą popularność. Są to między innymi aspartam, acesulfam K, sukraloza oraz sacharyna. Substancje te bywają powszechnie stosowane przez producentów tak zwanej żywności dietetycznej. Szczególnie napojów oraz produktów o zmniejszonej kaloryczności. Ze względu na coraz wyraźniejszy problem otyłości na świecie, uznawane są za doskonałą metodę na ograniczenie wzrostu masy ciała ludności, przy jednoczesnym zapewnianiu podobnych wrażeń smakowych [5].

Niemniej jednak sztuczne słodziki mogą wywierać także negatywny wpływ na zdrowie człowieka, szczególnie na jakość oraz funkcjonowanie mikrobiomu jelitowego. Udowodnione już zostało, że poprzez zmiany w jego składzie, mogą prowadzić do rozwoju zespołu metabolicznego oraz oporności na insulinę [6]. Jaki jeszcze mogą mieć wpływ?

Cel i rodzaj badania

Celem badania było określenie wpływu sztucznych słodzików na wykształcenie patogenności gatunków bakterii żyjących w ludzkim organizmie oraz ich wpływu na stan nabłonka jelitowego.

Przeprowadzono badania eksperymentalne na bakteriach z gatunków Escherichia coli oraz Enterococcus faecalis [7].

Przebieg badania

Pojedyncze kolonie bakterii z poszczególnych gatunków były hodowane na podłożach BHI (Brain Heart Infusion) oraz Nutrient Agar. Pierwsze z nich zawiera wyciąg mózgowo-sercowy, peptony i glukozę jako materiały odżywcze. Drugie z kolei zawiera peptony oraz wyciąg wołowy lub drożdżowy. Kolonie wzrastały w temperaturze 37 ºC, odpowiadającej temperaturze ludzkiego organizmu. Bakterie namnażano także w bulionie typu BHI lub Nutrient. Wyhodowane zostały również monowarstwy komórek nabłonka jelitowego typu Caco-2 [7].

Badane były cztery procesy. Wzrost bakterii w obecności różnych stężeń sztucznych słodzików, zdolność do formowania biofilmu, aktywność hemolityczna bakterii, a także zdolność do adhezji, inwazji i cytotoksyczność wobec komórek nabłonka jelitowego [7].

Aby sprawdzić zdolność do wzrostu kolonii w obecności słodzików, zasiano bakterie E.coli oraz E. faecalis na podłoża typu BHI oraz Nutrient. Następnie uzupełniono o sacharynę, sukralozę oraz aspartam w różnych stężeniach wahających się od 0,1 do 1000 µM i pozostawiono do wzrostu na 4 dni. Wyniki badano za pomocą pomiaru absorbancji co 12 godzin. W podobny sposób sprawdzano zdolność do tworzenia biofilmu [7].

Zdolność hemolityczna po ekspozycji na sztuczne słodziki była badana poprzez umieszczenie kolonii bakteryjnych na podłożu z 7% krwią końską. Jako próbę kontrolną zastosowano kolonię bakterii Staphylococcus aureus, o której wiadomo, że ma zdolności do hemolizy całkowitej. Wyniki porównywano po 24 godzinach [7].

W celu zbadania zdolności adhezji i inwazji komórek nabłonka przygotowano monowarstwę komórek Ceco-2. Następnie naniesiono na nią kolonie bakteryjne, uprzednio poddane ekspozycji na sztuczne słodziki. Po czasie zazwyczaj koniecznym do adhezji oraz inwazji, monowarstwa była przemywana. W dalszej kolejności sprawdzano, ile bakterii pozostało na nabłonku [7].

Wyniki badania i dyskusja

Zdolność do wzrostu bakterii E. faecalis nie została zahamowana w obecności żadnego ze słodzików, niezależnie od ich stężenia. Z kolei bakterie E. coli wykazały znaczną wrażliwość na wysokie stężenie sacharyny. W obecności 1000 µM tego słodzika, ich wzrost został znacznie zahamowany pomiędzy 48. a 84. godziną badania. Niższe stężenia sacharyny, a także pozostałe dwa słodziki nie wywołały wpływu na wzrost E. coli [7].

Zarówno w przypadku E. coli, jak i E. faecalis, obecność słodzików spowodowała wzrost zdolności do formowania biofilmu. Przy czym efekt ten był bardziej widoczny u gatunku E. coli. W przypadku E. faecalis jedynie aspartam wywołał znaczący wzrost zdolności formowania biofilmu. Obecność słodzików nie wpłynęła natomiast na produkcję hemolizyny przez bakterie obu gatunków [7].

Wszystkie trzy rodzaje słodzików zwiększyły także zdolność bakterii do adhezji do komórek nabłonka jelitowego. Ten efekt z kolei był znacznie większy u bakterii E. faecalis. Zdolność do inwazji również znacznie wzrosła u bakterii tego gatunku pod wpływem wszystkich trzech słodzików. W przypadku E. coli także zaobserwowano ten efekt, jednak wyłącznie w obecności sukralozy i aspartamu [7].

Żywotność komórek nabłonka jelitowego po inwazji przez E. coli zmalała w niewielkim, ale statystycznie istotnym stopniu przy obecności sacharyny i sukralozy. Z kolei w przypadku E. faecalis efekt ten został zaobserwowany jedynie przy zaaplikowaniu sukralozy i aspartamu [7].

Wyniki badań ukazują, że najczęściej stosowane sztuczne słodziki, czyli sukraloza, sacharyna i aspartam sprzyjają zmianom patogennym u bakterii Escherichia coli oraz Enterococcus faecalis. Zmiany te obserwowane były już w stężeniu o wartości 100 µM, które może być bez problemu osiągnięte wraz z dietą. Efekty różniły się w zależności od gatunku bakterii, czy też rodzaju słodzika. Jednak bez wątpienia spożycie tego typu substancji nie pozostaje bez wpływu na zdrowie jelit [7].

Podsumowanie

Sztuczne słodziki są powszechnie stosowanym dodatkiem do żywności na całym świecie. Z pewnością nie można im odmówić pozytywnego wpływu na ograniczanie epidemii otyłości. Niemniej jednak należy pamiętać, że substancje te nie pozostają obojętne dla ludzkiego organizmu.

Omówione badanie jednoznacznie wskazuje, że w obecności sztucznych słodzików, niektóre bakterie mikrobiomu zyskują właściwości chorobotwórcze i mogą zmniejszać żywotność komórek nabłonkowych jelita cienkiego.

Konieczne są dalsze badania w tym kierunku.

Bibliografia:

1. Ley, R.E., Peterson, D.A., Gordon, J.I. (2006). Ecological and Evolutionary Forces Shaping Microbial Diversity in the Human Intestine. Cell, 124(4), 837-848.
2. LeBlanc, J.G. i in. (2013). Bacteria as vitamin suppliers to their host: A gut microbiota perspective. Current Opinion in Biotechnology, 24, 160-168.
3. Wu, G.D. i in. (2011). Linking long-term dietary patterns with gut microbial enterotypes. Science, 334, 105-108.
4. Chassaing, B. i in. (2015). Dietary emulsifiers impact the mouse gut microbiota promoting colitis and metabolic syndrome. Nature, 519, 92-96.
5. Gardner, C. i in. (2012). Nonnutritive sweeteners: Current use and health perspectives: A scientific statement from The American Heart Association and The American Diabetes Association. Diabetes Care, 35, 1798-1808.
6. Suez, J. i in. (2014). Artificial sweeteners induce glucose intolerance by altering the gut microbiota. Nature, 514, 181-186.
7. Shil, A., Chichger, H. (2021). Artificial Sweeteners Negatively Regulate Pathogenic Characteristics of Two Model Gut Bacteria, coli and E. faecalis. International Journal of Molecular Sciences, 22(10), 5228.