MICROBIOTA: ZLOŽENIE, FUNKCIE A MIESTO, KDE SA NACHÁDZA - BIOLÓGIE - 2025

Normálna mikroflóra ľudských bytostí je sada mikroorganizmov, ktoré obývajú telo štandardným spôsobom, bez toho aby došlo k akejkoľvek choroby. Termín bakteriálna flóra sa dnes považuje za nevhodný.

Taxonomicky je mikrobiota zložená z veľmi rozmanitých organizmov, od baktérií, archaea a eukaryotov až po vírusy. Mikrobiálne spoločenstvá sa v rôznych oblastiach tela výrazne líšia. Inými slovami, zloženie mikróbov v ústach nezodpovedá zloženiu mikróbov v čreve.

Zdroj: pixabay.com

Keď uvažujeme o baktériách - a všeobecne o mikroorganizmoch - máme tendenciu vyvolávať nepríjemné pocity o prítomnosti týchto entít v našom tele. Aj keď je pravda, že rôzne baktérie spôsobujú vážne ochorenia, zovšeobecnenie tejto koncepcie nie je správne.

Mikroorganizmy v našom tele sú nevyhnutné a vytvárajú si s naším organizmom vzájomné a vzájomné vzťahy. Naša mikrobiota významne ovplyvňuje našu fyziológiu - priamo aj nepriamo -, prispieva k viacerým metabolickým funkciám, chráni nás pred patogénmi, vychováva imunitný systém, okrem iných funkcií.

Zloženie ľudskej mikrobioty ovplyvňujú rôzne faktory. Medzi najvýznamnejšie patrí strava - v detstve aj v dospelosti -, spôsob narodenia, používanie antibiotík, určité zdravotné stavy, genotyp hostiteľa a iné.

V súčasnosti existuje celý rad nových molekulárnych metód, ktoré umožňujú charakterizáciu mikrobioty pomocou pokročilých a rýchlych techník sekvenovania. Najpoužívanejší je gén kódujúci 16S ribozomálnu RNA a porovnávaný s databázou.

Čo je mikrobiota?

Mikrobiota je definovaná ako súbor mikroorganizmov prítomných v definovanom prostredí. V tomto prípade sú mikroorganizmy spojené s ľudským telom. Tento termín navrhli Lederberg a McCray, ktorí zdôraznili dôsledky a prínosy týchto biologických entít pre ľudské zdravie.

Existuje veľmi podobný pojem: mikrobiom. V literatúre sú často mikrobiómy a mikrobioty vzájomne zameniteľné pojmy. Ak však chceme byť presní, mikrobiom je katalóg mikróbov spolu s ich génmi.

Pridruženým výrazom je bakteriálna "flóra", mikroflóra alebo črevná flóra. Obidve sa používali niekoľko desaťročí a boli obzvlášť dôležité v lekárskej a vedeckej literatúre.

Tento výraz z roku 1900 je však nevhodný, pretože flóra je pojem odvodený z latinského kvetu, ktorý sa spája s rastlinami, ktoré obývajú konkrétny región. A keďže sa nespomína súbor mikroplantátov, ktoré obývajú ľudské telo, musí sa tento výraz opustiť a nahradiť mikrobiotou alebo prípadne mikrobiómom.

Zloženie normálnej mikrobioty

číslo

Mikrobiota pozostáva z viacerých mikroorganizmov, ktoré obývajú telo každej osoby. V číselnom vyjadrení je medzi 10 a 100 biliónmi (presahujúcim počet hostiteľských buniek) týchto symbiotických organizmov, ktoré sa nachádzajú hlavne v gastrointestinálnom trakte.

Faktory, ktoré ovplyvňujú zloženie mikrobioty

Mikrobiotika sa začína tvoriť od narodenia dieťaťa, kde jeho telo predstavuje nové prostredie pre mikrobiálnu kolonizáciu. Táto kolonizácia závisí od spôsobu narodenia - tj od prirodzeného pôrodu alebo od rezu cisárskym rezom (druhý významne ovplyvňuje mikrobiotu).

Ako dieťa rastie a vyvíja sa, diverzita mikrobioty sa zvyšuje lineárne v závislosti od prvých kolonizátorov. Toto sa bude meniť v závislosti od širokého spektra faktorov, medzi ktoré patrí dojčenie materského mlieka, konzumácia určitých potravín, vývoj chorôb.

Súčasný výskum naznačuje, že strava je najdôležitejším faktorom, ktorý pomáha určiť typ mikrobioty, ktorá bude u každého jednotlivca existovať.

taxonómie

Taxonomicky patria tieto mikroorganizmy do troch oblastí života: eukaryoty, baktérie a archaea.

Identita týchto organizmov sa medzi jednotlivcami, oblasťami tela jednotlivca a zemepisnou oblasťou, v ktorej žijú, veľmi líši. V nasledujúcej časti podrobnejšie opíšeme taxonomickú identitu typickej mikrobioty každej oblasti tela.

Sme skutočne ľudia?

Teraz, keď poznáme obrovskú rozmanitosť organizmov, ktoré obývajú naše telo, musíme sa pýtať, kto sme a či sa skutočne môžeme považovať za jednotlivca.

Primeranejší pohľad je považovať sa za superorganizmus alebo holobiont, pretože pozostávame z 90% mikrobiálnych buniek a 99% génov z mikróbov.

Kde sa to nachádza?

Naše telo je bohaté zhromaždenie mikroorganizmov, kde každá štruktúra poskytuje potenciálny priestor pre ich rozvoj. Tieto vzájomné vzťahy sú zvyčajne miestne špecifické, kde určitý súbor mikroorganizmov vytvára kolónie v špecifických oblastiach tela. Najdôležitejšie regióny sú:

Črevá mikrobiota

V rámci výklenkov poskytnutých ľudským telom nie je pochýb o tom, že najlepšie študovaným - z hľadiska mikrobioty - je gastrointestinálny trakt.

V čreve dospelého jedinca sa nachádzajú tisíce druhov, ktorým dominujú fyla Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria a Verrucomicrobia.

Táto kolonizácia sa mení v celom zažívacom trakte. Lactobacillaceae, Erysiopelotrichaceae a Enterobacteriaceae prevažujú v tenkom čreve, bohaté na rody Bacteroides spp., Clostridium spp., Bifidobacterium spp.

V hrubom čreve sú najbežnejšími obyvateľmi Bacteroideceae, Prevotellaceae, Rikenellaceae, Lachnospiraceae a Ruminococcaceae.

Tento rozdiel v rodine baktérií v čreve odráža fyziologické rozdiely, ktoré existujú v čreve.

V tenkom čreve je bakteriálny rast obmedzený koncentráciou kyslíka, prítomnosťou antimikrobiálnych peptidov a hodnotami pH, zatiaľ čo bakteriálna záťaž v hrubom čreve je vyššia.

Ďalej je v tenkom čreve bakteriálne obmedzenie, aby sa zabránilo konkurencii v absorpcii živín medzi mikroorganizmami a hostiteľom.

Vo výkaloch patria hlavné zistené baktérie do bakteriálnej domény, aj keď sú tu aj zástupcovia archaea (rad Methanobacteriales) a eukaryot (rad Saccharomycetales).

Perorálna mikrobiota

Ústna dutina a priľahlé predĺženia predstavujú vhodné oblasti puzdra pre určité typy mikroorganizmov, vrátane povrchu zubov, povrchu jazyka a ďalších keratinizovaných a ne-keratinizovaných štruktúr.

Základnou zložkou ústnej dutiny sú sliny. V jednom mililitri tejto tekutiny nájdeme až 100 miliónov bakteriálnych buniek. Z nich bolo identifikovaných okolo 300 druhov, zatiaľ čo ďalších 360 nebolo pridelených špecifická taxonomická identita.

Kmeň, ktorý dominuje v ústnej dutine, je Firmicutes, za ktorým nasledujú Proteobacteria, Bacteroides, Actinobacteria, Spirochaetes a Fusobacteria.

Pokiaľ ide o rozmanitosť archaea, bol rod Methanobrevibacter izolovaný viackrát z ústnej dutiny.

Štúdie ukazujú, že prítomnosť archaea súvisí s vývojom periodontálnych chorôb. Úloha týchto organizmov pri nadviazaní vzájomných vzťahov s hosťami teda ešte nie je jasná.

Dominantná huba v ústnej dutine patrí do rodu Candida. Podobne ako druhy archaea súviseli s vývojom viacerých chorôb. Ďalšie bežné rody v dutine sú: Cladosporium, Aureobasidium, Saccharomycetales, Aspergillus a Fusarium.

Nakoniec najbežnejšími vírusmi v ústach sú herpesvírusy. Odhaduje sa, že ich vlastní 90% obyvateľstva.

Urogenitálna mikrobiota

Ženský urogenitálny trakt

Mikróby, ktoré žijú vo vagíne, sú v jemnom a vyváženom spojení vzájomného typu, chránia hostiteľa a vymieňajú si živiny výmenou za anoxické prostredie vhodné pre ich rast.

U žien v reprodukčnom veku obsahuje vagína významné množstvo kyseliny mliečnej a iných antimikrobiálnych látok, ktoré obmedzujú rast mikrobioty. Toto prostredie je udržiavané vďaka prítomnosti baktérií produkujúcich kyselinu mliečnu, najmä Lactobacillus spp.

Baktérie patriace do tohto rodu sa od roku 1892 považujú za nevyhnutných obyvateľov pre vaginálne zdravie.

Okrem Lactobacillus, vagína je charakterizovaná prítomnosťou mikroorganizmov rodov Staphylococcus, Ureaplasma, Corynebacterium, Streptococcus, Peptostreptococcus, Gardnerella, Bacteroides, Mycoplasma, Enterococcus, Escherichia, Veillonella, Bifidobandida a huby.

Ako ženy starnú a hormonálne hladiny kolíšu, mikrobiota sa upravuje.

Mužský urogenitálny trakt

V porovnaní so ženským urogenitálnym traktom bola samčia mikrobiota málo študovaná a nie je známa príliš podrobne.

Niektoré z rodov, ktoré boli hlásené v penise, zahŕňajú okrem iného Staphylococus epidermidis, Corynebacterium spp., Lactobacillus spp.

Mikrobiotika pľúc

Pľúca boli orgánmi, ktoré sú predmetom veľkého záujmu na štúdium ich mikrobioty. Existujú však len veľmi obmedzené štúdie na túto tému - spojené s ťažkosťami pri odoberaní vzoriek. Hoci sa predtým považovali za sterilné oblasti, dnes sa táto vízia zmenila.

Bola nájdená prítomnosť rodov Streptococcus a v niektorých vzorkách Haemophilus, Rothia, Prevotella, Veillonella a Fusobacterium.

Mikrobiotika kože

Najväčším orgánom človeka je koža, ktorá je pokrytá veľkou rozmanitosťou mikroorganizmov a je nimi osídlená od narodenia.

Bolo identifikovaných asi 200 bakteriálnych rodov, ktoré sa považujú za obyvateľov kože. Väčšina z týchto druhov patrí do troch fyla: Actinobacteria, Firmicutes a Proteobacteria.

Zloženie mikrobioty kože je úzko spojené s typom pokožky, zvykmi a genetikou hostiteľa, čo ju robí veľmi variabilnou.

Väčšina mikróbov sa živí sekréciami kože, takže tvoria veľmi úzke vzťahy.

Vlastnosti

Trávenie a produkcia vitamínov

Mikrobiota plní v ľudskom tele celý rad funkcií a zdôrazňuje svoju úlohu pri zlepšovaní trávenia.

Baktérie, ktoré žijú na konci hrubého čreva, súvisia so štiepením polysacharidov, ktoré sa nemôžu efektívne metabolizovať v tenkom čreve, čo zvyšuje absorpciu živín.

Ukázalo sa tiež, že rôzne baktérie sú schopné produkovať esenciálne vitamíny, ktoré bude hostiteľ absorbovať. Príkladom toho je jeden z organizmov, ktorý je vedcom najlepšie známy: E. coli.

Konkurencia a ochrana proti patogénom

Konkurencia je definovaná ako antagonistická interakcia, ktorá zahŕňa dva alebo viac druhov súťažiacich o spoločný zdroj.

Spektrum neškodných mikroorganizmov, ktoré v našom tele nachádzame, neustále konkuruje patogénom a vo väčšine prípadov ich dokáže vytesniť - vďaka tomu, čo je v ekológii známe ako princíp konkurenčného vylúčenia.

Predpokladá sa, že vytvárajú prvú líniu obrany proti infekcii týmito potenciálnymi patogénmi.

Ako sa mikrobiota študuje?

Štúdium mikrobioty sa datuje od čias Antonieho van Leewenhoeka na začiatku roku 1680. Tento výskumný pracovník porovnával rôzne mikroorganizmy, ktoré obývali ústnu oblasť a výkaly, pričom zaznamenal významné rozdiely v oboch oblastiach.

Rozdiely presahovali oblasť tela, pretože tento výskumník zahrnul aj porovnanie zdravých a chorých jedincov do jeho experimentálneho návrhu. Týmto spôsobom dokázal ukázať dôležitosť mikroorganizmov pre ľudské zdravie.

Historicky sa štúdium mikrobioty týkalo investovania času a energie do generovania viacerých plodín.

V súčasnosti bola táto metodika nahradená molekulárnym prístupom, ktorý umožňuje analýzu genetických sekvencií mikroorganizmov (obvykle sa ako molekulárny marker používa gén pre 16S a 18S ribozomálnu RNA.)

Analýzou týchto sekvencií môže byť taxón (eukaryoty, baktérie alebo archaea) priradený k rôznym taxonomickým úrovniam, až kým nedosiahneme druh.

Termín metagenomika sa pôvodne používal na charakterizáciu celkovej DNA a dnes sa používa presnejšie na označenie genetických markerov, ako je napríklad gén 16S ribozomálnej DNA.

Čo sa stane, keď v mikrobiote dôjde k nerovnováhe?

Aj keď nie je jasný a presný náčrt všetkých organizmov, ktoré obývajú ľudské telo, je známe, že zmena ich množstva a zloženia ovplyvňuje zdravie, od porúch trávenia až po vývoj úzkostného správania.

V súčasnosti sa liečby zamerané na obnovenie zdravej mikrobioty používajú u pacientov trpiacich niektorými poruchami.

Referencie

1. Donaldson, GP, Lee, SM a Mazmanian, SK (2016). Črevná biogeografia bakteriálnej mikrobioty. Recenzie prírody. Microbiology, 14 (1), 20–32.
2. Lloyd-Price, J., Abu-Ali, G. a Huttenhower, C. (2016). Zdravý ľudský mikrobiom. Genómová medicína, 8 (1), 51.
3. Marchesi, JR (Ed.). (2014). Ľudská mikrobiota a mikrobióm. CABI.
4. Marchesi, JR, a Ravel, J. (2015). Slovná zásoba mikrobiomového výskumu: návrh. Microbiom, 3, 31.
5. Mimee, M., Citorik, RJ, & Lu, TK (2016). Mikrobiologické liečivá - pokroky a výzvy. Rozšírené recenzie na dodávku liekov, 105 (Pt A), 44–54.
6. Mohajeri, MH, Brummer, R., Rastall, RA, Weersma, RK, Harmsen, H., Faas, M., & Eggersdorfer, M. (2018). Úloha mikrobiómu pre ľudské zdravie: od základnej vedy po klinické aplikácie. Európsky denník výživy, 57 (Suppl. 1), 1-14.
7. Thursby, E., & Juge, N. (2017). Úvod do ľudskej črevnej mikrobioty. The Biochemical Journal, 474 (11), 1823 - 1836.
8. Ursell, LK, Metcalf, JL, Parfrey, LW a Knight, R. (2012). Definovanie ľudského mikrobiómu. Recenzie výživy, 70 Suppl 1 (Suppl 1), S38 - S44.