Роль вітаміну B12 у здоров’ї людини та мікроскопічне життя, що стоїть за його виробленням

Коротко:

• Вітамін B12 допомагає багатьом білкам працювати, а його нестача може спричиняти серйозні проблеми зі здоров’ям.
• B12 виробляють лише деякі мікроорганізми, використовуючи складний і енерговитратний процес.
• Люди й тварини отримують B12 переважно з їжі, яка містить вітамін, вироблений мікроорганізмами.

Вітаміни — це маленькі «інструменти», потрібні організму для нормальної роботи. B12 — важливий вітамін, який використовують майже всі тварини та багато мікроорганізмів. Оскільки все живе тісно взаємопов’язане, B12 так чи інакше впливає майже на всі живі організми на Землі. B12 виконує життєво важливу функцію: допомагає багатьом білкам працювати. Без нього люди та інші організми можуть зазнати серйозних наслідків для здоров’я. Люди й тварини залежать від мікроорганізмів — крихітних живих істот, які виробляють B12. Його створюють лише деякі мікроорганізми, і для цього потрібен складний процес, що споживає багато енергії. Після утворення B12 мікроорганізмами тварини можуть його споживати. Зрештою B12 потрапляє до людей переважно з такими продуктами, як м’ясо або молочні продукти. Дивовижно, наскільки сильно наш світ і ми, люди, залежимо від невидимих форм життя — мікроорганізмів, які створюють невидиму речовину — B12!

Що робить B12 в організмі людини?

Вітаміни — це молекули, які допомагають людському організму нормально функціонувати. Вони допомагають людям вивільняти енергію, формувати міцні кістки та боротися з мікробами. Багато вітамінів люди не можуть виробляти в достатній кількості або не можуть виробляти взагалі. Тому для збереження здоров’я люди мають отримувати вітаміни з їжі.

B12 — важливий вітамін, який виконує в організмі людини багато функцій. Нестача B12 може спричинити широкий спектр проблем зі здоров’ям (рисунок 1).

B12 може захищати клітини від пошкодження шкідливими речовинами, а деякі дослідження припускають, що він може захищати ДНК — «інструкції» організму, потрібні кожній клітині для правильного росту й поділу [1]. Низький рівень B12 пов’язаний із пошкодженням ДНК і проблемами з тим, як клітини зчитують певні частини ДНК-інструкцій, що використовуються для утворення білків — молекул, які виконують роботу всередині клітин.

Одна з найважливіших функцій B12 в організмі — допомагати певним важливим білкам виконувати їхню роботу [2]. Коли ці білки не можуть функціонувати належним чином, багато процесів може порушитися. У людини навіть можуть початися проблеми з нервовою системою та пам’яттю [1].

Для здоров’я потрібно підтримувати належний баланс усього, що відбувається в організмі. Тому в ньому є багато процесів, які часто виконують різні білки й призначення яких — підтримувати цей баланс. Особливому білку-помічнику, який називається метіонінсинтазою, потрібен B12, щоб регулювати рівень хімічної речовини під назвою гомоцистеїн. У надлишку вона може бути токсичною для організму. Без B12 метіонінсинтаза перестає працювати належним чином, а гомоцистеїн накопичується в організмі до токсичного рівня. Це може підвищити ризик серцевих захворювань, інсульту та утворення тромбів [1].

Крім підтримання балансу в організмі, метіонінсинтаза також допомагає будувати ДНК. Коли через низький рівень B12 цей процес порушується, еритроцити можуть стати надто великими й не ділитися належним чином. Унаслідок цього утворюється менше здорових еритроцитів, здатних доставляти кисень туди, де він потрібен. Такий стан називається мегалобластною анемією. Він може спричиняти слабкість, запаморочення та задишку [2].

Минає багато часу — кілька років — без достатнього надходження B12, перш ніж починають проявлятися негативні наслідки (рисунок 1). У середньостатистичних здорових дорослих у тілі має зберігатися в тисячі разів більше вітаміну B12, ніж втрачається з відходами [1]. Низький рівень B12 може виникати з багатьох причин. Організм може погано засвоювати B12, що часто трапляється в людей старшого віку; людина може не вживати продуктів із високим умістом B12, що поширено серед веганів і вегетаріанців; або ж організм можуть інфікувати мікроорганізми, які споживають B12. Зазвичай це можна виправити за допомогою добавок B12, які найчастіше приймають у вигляді таблеток, сиропів або ін’єкцій [1].

Що робить B12 у мікроорганізмах?

Мікроорганізми — це крихітні живі істоти, які можуть жити разом у взаємопов’язаних угрупованнях. Знання про те, яким мікроорганізмам потрібен B12, які його «прагнуть» або виробляють, допомагає вченим зрозуміти, як вони взаємодіють або конкурують. Передбачити, хто що виробляє або потребує, можна, зокрема, за допомогою секвенування геному: вчені вивчають ДНК, щоб визначити, які функції мікроорганізми можуть або не можуть виконувати, зокрема виробляти й використовувати B12.

Багато мікроорганізмів використовують B12 для створення будівельних блоків ДНК і білків, отримання або використання вуглецю, а також вироблення енергії за допомогою фотосинтезу. Вважається, що в океані B12 використовує більшість мікроорганізмів, хоча виробляти його можуть лише деякі з них. Оскільки багато мікроорганізмів потребують B12, але не можуть його створювати, він може відігравати значну роль у тому, як ці організми живуть і взаємодіють у спільнотах. Деякі мікроорганізми обмінюють вироблений ними B12 на інші поживні речовини, яких можуть потребувати [3].

Оскільки B12 є обмеженим ресурсом, деякі мікроорганізми можуть виробляти два типи одного й того самого білка: один потребує B12 для роботи, а інший — ні [4]. Якщо B12 достатньо, вони використовують білки, що містять B12, оскільки ті працюють найкраще. Але коли B12 мало, мікроорганізми можуть перейти на іншу версію білка, якій цей вітамін не потрібен [3].

Як мікроорганізми виробляють B12?

Вироблення B12 — складний процес, що відбувається певним шляхом. Це послідовність хімічних етапів, спрямованих на досягнення однієї мети (рисунок 2). B12 — одна з найскладніших молекул, які природно утворюються в живій природі. Цей шлях складається з багатьох етапів. На кожному з них потрібен спеціальний білок, який перетворює молекулу на іншу форму, необхідну для наступного етапу.

Лише кілька типів мікроорганізмів можуть виробляти білки, потрібні для проходження всіх цих етапів. Коли вчені дослідили понад 11 000 різних видів бактерій, виявилося, що, за прогнозами, 86% із них певним чином використовують B12. Водночас лише 37%, за прогнозами, могли самостійно його виробляти, а 17% могли пройти лише кілька етапів цього шляху [4].

Шлях утворення B12 можна спростити до трьох великих частин. Спочатку формується рання частина молекули. Потім процес може відбуватися двома різними шляхами: одна гілка потребує кисню, а інша — ні. Додається метал кобальт, який допомагає B12 правильно функціонувати. На останній частині шляху обидві гілки зрештою утворюють одну й ту саму молекулу. Після цього до неї іноді приєднуються додаткові частини. Вони можуть змінити форму B12 і вплинути на спосіб його використання, щоб він відповідав потребам певних білків (рисунок 2) [4].

Оскільки цей шлях дуже складний, вироблення B12 потребує багато енергії. Тому деякі мікроорганізми повністю припинили його виробляти або створюють лише окремі частини. Навіть бактерії, здатні виробляти B12, мають способи переносити його з довкілля у свої клітини. Це означає, що за можливості вони можуть надавати перевагу отриманню вітаміну ззовні, адже так витрачається менше енергії [4]. Іноді мікроорганізми знаходять у довкіллі молекули, що утворюються на середині шляху вироблення B12. Споживаючи їх, вони можуть пропустити перші етапи. У деяких випадках два мікроорганізми можуть разом створювати B12 із самого початку: кожен виробляє одну частину молекули [5]. Проте самостійне вироблення B12 може бути корисним, оскільки такі мікроорганізми не залежать від інших організмів або довкілля [4].

Вчені скористалися здатністю бактерій створювати складну хімічну структуру B12. Компанії використовують бактерії, які природно виробляють B12, щоб виготовляти добавки цього вітаміну у величезних промислових масштабах. Вчені могли б повністю синтезувати B12 без мікроорганізмів, але такий процес був би дуже складним і надзвичайно дорогим. Натомість компанії переважно використовують мікроорганізми: це можна уявити як велику мікробну ферму, де вирощують мікроорганізми, збирають вироблений ними B12, а потім готують із нього добавки для продажу споживачам. Компанії спираються на ті самі процеси, що відбуваються в природі, але застосовують їх у великому масштабі для виробництва.

Як люди та інші тварини отримують B12?

Такі тварини, як люди, не можуть виробляти B12, тому залежать від мікроорганізмів, які його створюють [1]. Хоча в організмі людини є корисні мікроорганізми, здатні виробляти B12, часто вони виробляють його замало або роблять це в товстому кишечнику, де засвоєння не надто ефективне. Інші сусідні мікроорганізми також можуть конкурувати за цей вітамін, через що для клітин людини його залишається менше [1]. Натомість люди отримують B12 із продуктів, у яких накопичився вітамін, вироблений мікроорганізмами. Наприклад, мікроорганізми в океані виробляють B12, потім маленькі тварини, такі як криль, поїдають ці мікроорганізми й накопичують B12 у своїх тканинах (рисунок 3). Коли більші тварини поїдають менших, рівень B12 поступово зростає в міру його просування харчовим ланцюгом до більших хижаків, зокрема людей.

Більшість людей отримує вітамін B12, споживаючи продукти тваринного походження, особливо м’ясо, молоко та рибу. Такі тварини, як корови й вівці, яких називають жуйними, зазвичай містять більше B12, ніж свині та кури. У жуйних є особлива частина шлунка — рубець, у якому живуть мікроорганізми, здатні виробляти B12. Потім цей B12 всмоктується в тонкому кишечнику тварини (рисунок 1). Інші тварини, які харчуються лише рослинами, наприклад кролики, отримують B12, поїдаючи власні випорожнення, у яких міститься B12 від мікроорганізмів із їхнього товстого кишечнику. Тварини, які їдять і рослини, і м’ясо, наприклад свині або кури, переважно отримують B12, поїдаючи інших тварин [6].

Молочні продукти, зокрема молоко, йогурт і сир, у багатьох культурах є одними з найважливіших джерел B12, оскільки їх споживають дуже часто. Фактичний уміст вітаміну в цих продуктах зазвичай нижчий, ніж у м’ясі тварини, а значна його частина може втрачатися під час виробництва. B12 у молоці може руйнуватися через термічну обробку — пастеризацію, ферментацію, під час якої виготовляють такі продукти, як йогурт, і зберігання під дією світла. М’ясо також може втрачати B12 під час приготування [7].

Рослини не виробляють B12 і не потребують білків-помічників, для роботи яких потрібен B12. Якщо в їхніх тканинах і міститься B12, найімовірніше, це результат взаємодії з мікроорганізмами. Нестача B12 усе ж може негативно вплинути на ріст рослин, якщо вона позначається на мікроорганізмах, які допомагають їм рости. Серед рослинних продуктів деякі сушені морські водорості вважають хорошим джерелом B12 [7].

Висновок

Зрештою весь вітамін B12, який використовують люди й тварини, походить від мікроорганізмів. Хоча лише невелика кількість мікроорганізмів може виробляти B12, вони надзвичайно важливі для підтримання життя на Землі. Без них тварини, зокрема люди, не отримували б B12, потрібного для збереження здоров’я. Процес вироблення B12 настільки складний, що іноді мікроорганізми обирають стратегію «розділяй і володарюй» і розподіляють між собою різні частини або етапи його виробництва. Досліджуючи ширший екологічний вплив B12, учені можуть краще зрозуміти харчові ланцюги, захищати екосистеми й навіть знаходити нові способи вироблення B12 у лабораторіях. Це могло б допомогти людям, які не їдять м’яса або мають проблеми із засвоєнням вітамінів. Ця одна молекула, створена крихітними організмами, має величезний вплив на світ і його живих істот.