MİKROBİYOTANIN ÖNEMİ

Mikrobiyota; bakteri, virüs, protozoa ve arkea gibi çeşitli mikroorganizmaları içeren kompleks bir ekosistemdir. Memelilerde karnivor, omnivor, herbivor, frugivor ve folivor gibi farklı beslenme tiplerine bağlı olarak mikroorganizma çeşitliliği ve oranlarında belirgin farklılıklar olduğu bildirilmektedir. Bağırsak mikrobiyotasının kompozisyonunun aynı türe ait bireyler arasında, farklı türlere ait bireylerle karşılaştırıldığında daha yüksek benzerlik gösterdiği; bununla birlikte otçul hayvanların mikrobiyotasının omnivor ve karnivor hayvanlara göre daha yüksek çeşitlilik ve mikrobiyal zenginlik içerdiği belirtilmektedir. Bağırsak mikrobiyotası kompozisyonunda, filogenetik olarak yakın türler arasında daha yüksek düzeyde benzerlik bulunduğu bildirilmektedir. Bu kapsamda, fare ve ratların bağırsak mikrobiyotasının, insan bağırsak mikrobiyotası ile karşılaştırıldığında kendi aralarında daha yüksek benzerlik gösterdiği bilgiler arasındadır. Genetik olarak yakın bireylerde, özellikle monozigotik ikizlerde, mikrobiyota kompozisyonunun daha yüksek benzerlik gösterdiği bildirilmektedir. Gelişmiş organizmalarda mikrobiyal hücre sayısının konak organizmanın toplam hücre sayısına yakın olduğu ve bu mikrobiyal popülasyonun büyük bir bölümünün gastrointestinal sistemde yer aldığı bildirilmektedir.

Hayvanlar ve insanlarda bağırsak mikrobiyal kolonizasyonunun fetal dönemde büyük ölçüde steril olduğu kabul edilmektedir. Doğumla birlikte, annenin vajinal ve intestinal kaynaklı mikrobiyotasından kaynaklanan mikroorganizmalar yenidoğanın bağırsak sistemine yerleşerek ilk mikrobiyal kolonizasyon sürecini başlatır. Bu süreç sonucunda her konak, çeşitli faktörlerin etkisiyle özgün bir mikrobiyal kompozisyon oluşturmaktadır.

Tüketilen besinler sadece konak sindirim enzimleri tarafından değil, aynı zamanda bağırsak mikrobiyotası tarafından da metabolize edilmektedir. Gastrointestinal mikroorganizmalar redüktazlar, hidrolazlar, demetilazlar, α‑glukuronidazlar ve α‑glukozidazlar gibi çok sayıda biyotransformasyon enzimi içermektedir. Memeliler, uzun zincirli yapısal karbonhidratları tek başlarına parçalayamadıkları için mikrobiyal fermantasyon sindirimde büyük bir avantaj sağlamaktadır.

Konak tarafından sindirilemeyen kompleks polisakkaritlerin, özellikle diyet lifi ve dirençli nişasta gibi substratların, bağırsak mikrobiyotası tarafından fermente edilmesi sonucu oluşan kısa zincirli yağ asitleri (SCFA) iki ila altı karbon atomu içeren alifatik zincire sahip karboksilik asitlerdir. Fermente edilebilir lif alımının yetersiz olduğu durumlarda, mikrobiyota enerji kaynağı olarak endojen veya diyetle alınan proteinleri ve yağları da kullanabilmektedir. Ancak bu durumda mikrobiyal fermantasyon profili değişmekte ve toplam SCFA üretimi azalmaktadır. Protein fermantasyonu ile de oluşan SCFA’lar, özellikle izobütirat, 2‑metilbütirat ve izovalerat gibi dallı zincirli yağ asitleridir. Bu bileşikler, yalnızca valin, lösin ve izolösin gibi dallı zincirli amino asitlerin mikrobiyal fermantasyonu ile oluşmaktadır.

Karbonhidratların SCFA’lara dönüşümü, farklı metabolik yolaklara sahip karmaşık mikrobiyal topluluklar tarafından gerçekleştirilmektedir. Asetat üretimi temel olarak iki yol üzerinden gerçekleşir: asetil‑CoA’nın doğrudan asetata dönüşümü ve asetojenik bakterilerde görülen Wood–Ljungdahl yolu. Bu yolda karbondioksit indirgenerek karbonmonoksit oluşur ve metil grupları ile koenzim A birleşerek asetil‑CoA sentezlenir. Propiyonat üretimi üç temel yol üzerinden gerçekleşir: süksinat yolu, akrilat yolu ve propandiol yolu. Süksinat yolu başlıca Bacteroides, Akkermansia, Prevotella, Alistipes, Ruminococcus ve Dialister türleri tarafından yürütülürken; akrilat yolu laktat öncüllü olup Coprococcus, Clostridium ve Megasphaera türleri ile ilişkilidir. Propanediol yolu ise Roseburia, Lachnospiraceae, Eubacterium ve Blautia gibi bakteriler tarafından deoksi şekerlerin fermantasyonu ile gerçekleştirilir. Bütirat üretimi esas olarak bütiril‑CoA üzerinden gerçekleşmekte olup Clostridium, Faecalibacterium, Eubacterium, Roseburia ve Butyrivibrio türleri başlıca üretici bakterilerdir. Bu süreçte iki molekül asetil‑CoA kondanse olarak bütiril‑CoA oluşturur ve sonrasında bütirat sentezlenir. Bağırsak bakterileri laktat ve asetatı da substrat olarak kullanarak bütirat üretimini sürdürebilmektedir. Bu mekanizma, laktat birikimini önleyerek bağırsak ortamının stabilitesine katkı sağlamaktadır. Ayrıca bazı bakteriyel türlerin lizin metabolizması yoluyla protein kökenli substratlardan da bütirat üretebildiği öne sürülmektedir.

Kısa zincirli yağ asitlerinin başlıca üretim bölgesi ratlarda sekum olmakla birlikte kolon ve kalın bağırsağın diğer segmentlerinde de sentezlenmektedir. Ratlarda sekumdan distal kolon segmentlerine doğru SCFA düzeylerinde gözlenen azalmanın, SCFA üretiminin başlıca sekumda gerçekleşmesi ve oluşan metabolitlerin kolon boyunca progresif olarak emilmesi ile ilişkili olduğu bildirilmektedir. Ratlarda sekum, oldukça gelişmiş bir fermantasyon organı olup mikrobiyal metabolizma açısından yüksek aktivite göstermektedir.

Türler arasında morfolojik farklılık gösteren sekum, diyetle alınan bileşikleri detoksifiye eden veya biyolojik olarak aktif formlara dönüştüren ve vitamin sentezine katkıda bulunan metabolik olarak aktif bir mikrobiyal ekosistem içerir. Kemirgenlerde sekum büyüklüğünün antibiyotikler, modifiye nişastalar, sorbitol ve mannitol gibi poliollere, bazı diyet liflerine ve laktoz gibi besin bileşenlerine duyarlı olduğu bildirilmektedir. Yaşla birlikte sekum içeriğinde bütirat düzeyinin azaldığı, asetat düzeyinin ise ileri yaşlarda yeniden arttığı belirtilmektedir.

Bağırsakta üretilen SCFA’ların büyük kısmını asetat, propiyonat ve bütirat oluşturmakta olup oranları yaklaşık 60:20:20 şeklindedir. Geriye kalan kısmı valerat, izovalerat, kaproat, izokaproat, süksinat ve diğer kısa zincirli bileşiklerden oluşmaktadır. SCFA’ların üretim oranları mikrobiyota kompozisyonu, diyet, konak genotipi ve bağırsak segmentine bağlı olarak değişkenlik gösterebilmektedir. Bu metabolitlerin düzeyleri, mikrobiyal aktivitenin ve diyet‑mikrobiyota etkileşiminin değerlendirilmesinde önemli bir biyobelirteçtir. SCFA düzeylerinin gün içinde diyürnal ritim sergilediği; özellikle asetat ve bütiratın karanlık fazın başlangıcında daha yüksek olduğu bildirilmektedir. Organik asit üretimindeki artışa paralel olarak sekum pH değerinin aynı zaman diliminde daha düşük olduğu belirlenmiştir.

Fekal örneklerden ve sekum içeriğinden SCFA ölçümü gerçekleştiren çalışmalarda, kullanılan cihaz ve analiz yöntemlerindeki farklılıklar ile konsantrasyon birimlerinin değişkenliği nedeniyle sonuçlar arasında standardizasyon sağlanmasının güç olduğu ifade edilmektedir.

Kalın bağırsaktaki geçiş süresinin uzaması, protein fermantasyonunun artmasına bağlı olarak mikrobiyal metabolit profilinde değişikliklere neden olmaktadır. Yaş, diyet, hastalık durumu, ilaç kullanımı, antibiyotik maruziyeti, hormonal ve nöroendokrin faktörler ile doğum şekli gibi birçok konak faktörü bağırsak mikrobiyotasının kompozisyonunu ve dolayısıyla SCFA üretimini etkileyebilmektedir.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Neden Desteğe İhtiyacımız Var?

Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor.

Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak (yani kendi mesleğimiz doğrultusunda bir iş sahibi olursak) Evrim Ağacı'na zaman ayıramayacağımızı, ayakta tutamayacağımızı biliyoruz. Çünkü az sonra detaylarını vereceğimiz üzere, Evrim Ağacı sosyal medyada denk geldiğiniz makale ve videolardan çok daha büyük, kapsamlı ve aşırı zaman alan bir bilim platformu projesi. Bu nedenle bizler, meslek olarak Evrim Ağacı'nı seçtik.

Eğer hem Evrim Ağacı'ndan hayatımızı idame ettirecek, mesleklerimizi bırakmayı en azından kısmen meşrulaştıracak ve mantıklı kılacak kadar bir gelir kaynağı elde edemezsek, mecburen Evrim Ağacı'nı bırakıp, kendi mesleklerimize döneceğiz. Ama bunu istemiyoruz ve bu nedenle didiniyoruz.

Destek Ol

Kolonositler SCFA’ları sodyuma bağımlı ve proton bağımlı monokarboksilat taşıyıcılar aracılığıyla absorbe eder. Emilen SCFA’ların büyük kısmı portal dolaşımla karaciğere taşınarak enerji metabolizmasında kullanılır, yalnızca küçük bir kısmı sistemik dolaşıma katılır. Bağırsaktan emilen propiyonat karaciğerde metabolize edilirken, asetat sistemik dolaşıma katılabilir veya periferik dokulara taşınabilir. Bütirat ise başlıca kolonositler tarafından enerji kaynağı olarak kullanılmaktadır. Kolonositlerin temel enerji kaynağının glikoz değil bütirat olduğu ortaya konmuştur.

Farklı SCFA’ların bağırsaktaki dağılımı bölgesel farklılık göstermektedir. Asetat ve propiyonat tüm bağırsak boyunca yaygınken, bütirat daha çok kolon ve sekumda yoğunlaşmaktadır.

Kısa zincirli yağ asitleri yalnızca bir enerji kaynağı değil, aynı zamanda önemli düzenleyici ve sinyal molekülleridir. Belirli koşullar altında apoptozu indükleyerek hücre proliferasyonunu kontrol edebilirler. SCFA’lar hücrelerdeki histon deasetilaz aktivitesini inhibe ederek gen ifadesini modüle etmektedir. Bütirat, histon deasetilazların en güçlü inhibitörüdür. Histonların hiperasetilasyonu kromatin yapısını değiştirerek transkripsiyon faktörlerinin belirli genlere erişilebilirliğini etkileyebilir ve gen ekspresyonunda değişikliklere neden olabilir. Ayrıca SCFA’ların gastrointestinal fonksiyonlar, kan basıncı düzenlenmesi, sirkadiyen ritimler, bağışıklık yanıtları ve merkezi sinir sisteminde mikroglia olgunlaşması gibi çok sayıda fizyolojik süreçte rol oynadığı bildirilmektedir.^[1]