MIKROBIOTA: SASTĀVS, FUNKCIJAS UN ATRAŠANĀS VIETA - BIOLOĢIJA - 2025

Normālu mikrofloru cilvēktirdzniecību ir kopums, mikroorganismu, kas apdzīvo ķermeni standarta veidā, neradot nekādas slimības. Mūsdienās termins baktēriju flora tiek uzskatīts par nepiemērotu.

Taksonomiski mikrobiota sastāv no ļoti dažādiem organismiem, sākot no baktērijām, arhaea un eikariotiem līdz vīrusiem. Mikrobu kopienas dažādās ķermeņa zonās ievērojami atšķiras. Citiem vārdiem sakot, mikrobu sastāvs mutē neatbilst tam, kas atrodams zarnās.

Avots: pixabay.com

Kad mēs domājam par baktērijām - un mikroorganismiem kopumā -, mēs mēdzam izraisīt pejoratīvas sajūtas par šo entītiju klātbūtni mūsu ķermenī. Lai gan ir taisnība, ka dažādas baktērijas izraisa nopietnas slimības, vispārināt šo koncepciju nav pareizi.

Mikroorganismi mūsu ķermenī ir neaizstājami un veido savstarpējas un savstarpējas attiecības ar mūsu organismu. Mūsu mikrobiota - gan tieši, gan netieši - būtiski ietekmē mūsu fizioloģiju, veicina vairākas metabolisma funkcijas, aizsargā mūs pret patogēniem, izglīto imūnsistēmu, kā arī citas funkcijas.

Cilvēka mikrobiotas sastāvu ietekmē dažādi faktori. Visizcilākie ir diēta - gan zīdaiņiem, gan pieaugušajiem - dzimšanas veids, antibiotiku lietošana, noteikti medicīniski apstākļi, saimnieka genotips, cita starpā.

Pašlaik pastāv virkne jaunu molekulāro metožu, kas ļauj raksturot mikrobiotu, izmantojot uzlabotas un ātras secības noteikšanas metodes. Visplašāk tiek izmantots gēns, kas kodē 16S ribosomu RNS un tiek salīdzināts ar datu bāzi.

Kāda ir mikrobiota?

Mikrobiota ir definēta kā mikroorganisms, kas atrodas noteiktā vidē. Šajā gadījumā mikroorganismi, kas saistīti ar cilvēka ķermeni. Terminu ierosināja Lederbergs un Makrejs, kuri uzsvēra šo bioloģisko vienību sekas un ieguvumus cilvēku veselībai.

Ir ļoti līdzīgs termins: mikrobioms. Literatūrā mikrobiome un mikrobiota bieži ir savstarpēji aizvietojami jēdzieni. Tomēr, ja vēlamies būt precīzi, mikrobioms ir mikrobu katalogs kopā ar to gēniem.

Saistītais termins ir baktēriju "flora", mikroflora vai zarnu flora. Abas tika izmantotas vairākus gadu desmitus un bija īpaši aktuālas medicīnas un zinātniskajā literatūrā.

Šis termins, kas datēts ar 1900. gadu, nav piemērots, jo flora ir termins, kas iegūts no latīņu zieda un ir saistīts ar augiem, kas apdzīvo noteiktu reģionu. Un tā kā nav atsauces uz mikroplantu komplektu, kas apdzīvo cilvēka ķermeni, šis termins ir jāatsakās un, attiecīgi, jāaizstāj ar mikrobiotu vai mikrobiomu.

Normālās mikrobiotas sastāvs

Skaits

Mikrobiota sastāv no vairākiem mikroorganismiem, kas apdzīvo katras personas ķermeni. Skaitliskā izteiksmē ir no 10 līdz 100 triljoniem (pārsniedzot saimniekorganisma šūnu skaitu) šo simbiotisko organismu, kas galvenokārt atrodas kuņģa-zarnu traktā.

Faktori, kas ietekmē mikrobiotas sastāvu

Mikrobiota sāk veidoties no mazuļa dzimšanas brīža, kad tā ķermenis pārstāv jaunu vidi mikrobu kolonizācijai. Šī kolonizācija ir atkarīga no dzimšanas veida - tas ir, dabiskās dzemdības vai ķeizargrieziena (pēdējais būtiski ietekmē mikrobiotu).

Tā kā zīdainis aug un attīstās, mikrobiota daudzveidība palielinās lineāri, atkarībā no pirmajiem kolonizatoriem. Tas mainīsies atkarībā no daudziem faktoriem, piemēram, mātes piena barošanas, noteiktu pārtikas produktu patēriņa, slimību attīstības, cita starpā.

Pašreizējie pētījumi norāda, ka diēta ir vissvarīgākais faktors, kas palīdz noteikt mikrobiotas veidu, kāds pastāvēs katrā indivīdā.

Taksonomija

Taksonomiski šie mikroorganismi pieder trim dzīves jomām: eikarioti, baktērijas un arhaea.

Šo organismu identitāte ir ļoti atšķirīga starp indivīdiem, indivīda ķermeņa reģioniem un ģeogrāfisko apgabalu, kurā tie dzīvo. Nākamajā sadaļā mēs sīkāk aprakstīsim katra ķermeņa reģiona tipiskās mikrobiotas taksonomisko identitāti.

Tātad, vai mēs tiešām esam cilvēki?

Tagad, apzinoties milzīgo organismu daudzveidību, kas apdzīvo mūsu ķermeni, mums jājautā sev, kas mēs esam un vai mēs tiešām varam sevi uzskatīt par indivīdu.

Piemērotāks uzskats ir sevi uzskatīt par superorganismu vai holobiontu, jo mēs sastāv no 90% mikrobu šūnām un 99% gēnu no mikrobiem.

Kur tas atrodas?

Mūsu ķermenis ir bagāts mikroorganismu kopums, kurā katra struktūra nodrošina potenciālu nišu to attīstībai. Šīs savstarpējās attiecības parasti ir specifiskas vietnei, kur noteikts mikroorganismu kopums veido kolonijas noteiktos ķermeņa reģionos. Vissvarīgākie reģioni ir:

Zarnu mikrobiota

Cilvēka ķermeņa nodrošinātajās nišās nav šaubu, ka mikrobiota ziņā vislabāk izpētītais ir kuņģa-zarnu trakts.

Tūkstošiem sugu ir sastopamas pieauguša indivīda zarnās, un tajās dominē phyla Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria and Verrucomicrobia.

Šī kolonizācija mainās visā gremošanas traktā. Tievās zarnās pārsvarā ir Lactobacillaceae, Erysiopelotrichaceae un Enterobacteriaceae, bagātas ar Bacteroides spp., Clostridium spp., Bifidobacterium spp.

Resnās zarnas biežākie iedzīvotāji ir Bacteroideceae, Prevotellaceae, Rikenellaceae, Lachnospiraceae un Ruminococcaceae.

Šīs baktēriju ģimenes atšķirības visā zarnā atspoguļo fizioloģiskās atšķirības, kas pastāv visā zarnā.

Tievā zarnā baktēriju augšanu ierobežo skābekļa koncentrācija, pretmikrobu peptīdu klātbūtne un pH vērtības, savukārt resnās zarnās baktēriju slodze ir augstāka.

Turklāt tievajās zarnās ir baktēriju ierobežojums, lai izvairītos no konkurences barības vielu absorbcijā starp mikroorganismiem un saimnieku.

Izkārnījumos galvenie atklātie pieder baktēriju domēnam, lai gan ir arī archaea (kārtas Methanobacteriales) un eikariotu (kārtas Saccharomycetales.) Pārstāvji.

Orālā mikrobiota

Mutes dobums un blakus esošie paplašinājumi ir piemēroti apvalka reģioni noteikta veida mikroorganismiem, ieskaitot zobu virsmu, mēles virsmu un citas keratinizētas un nekeratinizētas struktūras.

Mutes dobuma pamatkomponents ir siekalas. Vienā šī šķidruma mililitrā mēs varam atrast līdz 100 miljoniem baktēriju šūnu. No tām ir identificētas aptuveni 300 sugas, bet vēl 360 tām nav piešķirta īpaša taksonomiskā identitāte.

Patvērums, kas dominē mutes dobumā, ir Firmicutes, kam seko proteobaktērijas, Bacteroides, Actinobacteria, Spirochaetes un Fusobacteria.

Ņemot vērā archaea daudzveidību, Methanobrevibacter ģints ir vairākkārt izolēta no mutes dobuma.

Pētījumi atklāj, ka arhaea klātbūtne ir saistīta ar periodonta slimību attīstību. Tādējādi šo organismu loma kommensālo attiecību nodibināšanā ar viesiem vēl nav skaidra.

Dominējošais sēnīte mutes dobumā pieder Candida ģintij. Tāpat kā archaea sugas, tās ir bijušas saistītas ar vairāku slimību attīstību. Citas izplatītas ģints dobumā ir: Cladosporium, Aureobasidium, Saccharomycetales, Aspergillus un Fusarium.

Visbeidzot, visbiežāk vīrusi mutē ir herpesvīrusi. Tiek lēsts, ka viņiem pieder 90% iedzīvotāju.

Uroģenitālā mikrobiota

Sievietes uroģenitālā trakta

Mikrobi, kas dzīvo maksts iekšienē, ir smalkā un līdzsvarotā savstarpējā savstarpējā savienojumā, aizsargājot savu saimnieku un apmainoties ar barības vielām apmaiņā pret augšanai piemērotu anoksisku vidi.

Reproduktīvā vecuma sievietēm maksts satur ievērojamu pienskābes un citu pretmikrobu vielu daudzumu, kas ierobežo mikrobiotas augšanu. Šī vide tiek saglabāta, pateicoties pienskābi producējošo baktēriju, īpaši Lactobacillus spp.

Faktiski baktērijas, kas pieder pie šīs ģints, kopš 1892. gada tiek uzskatītas par neaizstājamiem maksts veselības iedzīvotājiem.

Papildus Lactobacillus vagīnai ir raksturīgi ģinšu mikroorganismi: Staphylococcus, Ureaplasma, Corynebacterium, Streptococcus, Peptostreptococcus, Gardnerella, Bacteroides, Mycoplasma, Enterococcus, Escherichia, Veillonella, Bif.

Tā kā sievietes kļūst vecākas un hormonālais līmenis svārstās, tiek mainīta mikrobiota.

Vīriešu uroģenitālā trakta

Salīdzinot ar sievietes uroģenitālo traktu, vīriešu mikrobiota ir maz pētīta un nav zināma tik detalizēti.

Dažas no dzimumlocekļa ģintīm, cita starpā, ietver Staphylococus epidermidis, Corynebacterium spp., Lactobacillus spp.

Plaušu mikrobiota

Plaušas ir bijuši orgāni, kas ļoti interesē to mikrobiotas izpēti. Tomēr par šo tēmu ir ļoti ierobežoti pētījumi - kopā ar grūtībām ņemt paraugus. Lai gan iepriekš tie tika uzskatīti par steriliem apgabaliem, šodien šis redzējums ir mainīts.

Ir konstatēta Streptococcus ģints klātbūtne, un dažos paraugos ir Haemophilus, Rothia, Prevotella, Veillonella un Fusobacterium.

Ādas mikrobiota

Cilvēku lielākais orgāns ir āda, kas ir pārklāta ar lielu mikroorganismu daudzveidību un ko tie kopš dzimšanas brīža kolonizē.

Ir identificētas apmēram 200 baktēriju ģintis, kuras uzskata par ādas iemītniekiem. Lielākā daļa šo sugu pieder pie trim phyla, proti: Actinobacteria, Firmicutes un Proteobacteria.

Ādas mikrobiota sastāvs ir cieši saistīts ar saimnieka ādas tipu, paradumiem un ģenētiku, padarot to ārkārtīgi mainīgu.

Lielākā daļa mikrobu barojas ar ādas izdalījumiem, tāpēc tie veido ļoti ciešas attiecības.

Iespējas

Gremošana un vitamīnu ražošana

Mikrobiota pilda virkni funkciju cilvēka ķermenī, uzsverot tās lomu gremošanas uzlabošanā.

Baktērijas, kas dzīvo resnās zarnas galā, ir saistītas ar polisaharīdu šķelšanos, kurus nevar efektīvi metabolizēt tievās zarnās, kas palielina barības vielu uzsūkšanos.

Ir arī pierādīts, ka dažādas baktērijas ir spējīgas ražot būtiskus vitamīnus, kurus uzņems saimnieks. Tā piemērs ir viens no zinātniekiem vislabāk zināmajiem organismiem: E. coli.

Konkurence un aizsardzība pret patogēniem

Konkurence tiek definēta kā antagonistiska mijiedarbība, kurā iesaistītas divas vai vairākas sugas, kas konkurē par kopīgu resursu.

Nekaitīgo mikroorganismu spektrs, ko mēs uzturam mūsu ķermenī, pastāvīgi konkurē ar patogēniem, un vairumā gadījumu viņiem izdodas tos izspiest - pateicoties tam, kas ekoloģijā ir pazīstams kā konkurences izslēgšanas princips.

Tiek uzskatīts, ka tie rada pirmo aizsardzības līniju pret infekciju ar šiem potenciālajiem patogēniem.

Kā tiek pētīta mikrobiota?

Mikrobiotas izpēte meklējama Antonija van Lēvenhoka laikos 1680. gada sākumā. Šis pētnieks salīdzinoši pētīja dažādus mikroorganismus, kas apdzīvoja mutes dobuma zonu un fekālijas, atzīmējot būtiskas atšķirības abās zonās.

Atšķirības pārsniedza ķermeņa reģionu, jo šis pētnieks savā eksperimentālajā dizainā ietvēra arī veselīgu un slimu cilvēku salīdzinājumus. Tādā veidā viņam izdevās parādīt mikroorganismu nozīmi cilvēku veselībā.

Vēsturiski mikrobiotas pētījumā tika ieguldīts laiks un enerģija vairāku kultūru audzēšanā.

Pašlaik šī metodika ir aizstāta ar molekulāro pieeju, kas ļauj analizēt mikroorganismu ģenētiskās secības (parasti izmantotais molekulārais marķieris ir 16S un 18S ribosomālas RNS gēns).

Analizējot šīs secības, taksonus (eikariotus, baktērijas vai arhaea) var iedalīt dažādos taksonomijas līmeņos, līdz mēs sasniedzam sugas.

Termins metagenomika sākotnēji tika izmantots, lai raksturotu kopējo DNS, un šodien tas tiek lietots precīzāk, atsaucoties uz ģenētisko marķieru, piemēram, 16S ribosomālas DNS gēna, izpēti.

Kas notiek, ja mikrobiotā rodas nelīdzsvarotība?

Lai arī nav skaidras un precīzas diagrammas par visiem organismiem, kas apdzīvo cilvēka ķermeni, ir zināms, ka to skaita un sastāva izmaiņas ietekmē veselību, sākot ar gremošanas traucējumiem un beidzot ar nemierīgas uzvedības attīstību.

Pašlaik pacientiem, kuri cieš no dažiem traucējumiem, tiek veikta veselīgas mikrobiotas atjaunošanai paredzēta terapija.

Atsauces

1. Donaldsons, GP, Lī, SM, un Mazmanian, SK (2016). Baktēriju mikrobiotas zarnu bioģeogrāfija. Atsauksmes par dabu. Mikrobioloģija, 14 (1), 20–32.
2. Lloyd-Price, J., Abu-Ali, G., & Huttenhower, C. (2016). Veselīga cilvēka mikrobioms. Genoma zāles, 8 (1), 51.
3. Markesi, JR (Red.). (2014). Cilvēka mikrobiota un mikrobioms. CABI.
4. Markesi, JR, & Ravel, J. (2015). Mikrobiomu izpētes vārdnīca: priekšlikums. Mikrobioms, 3, 31.
5. Mimee, M., Citorik, RJ, & Lu, TK (2016). Mikrobiomu terapija - sasniegumi un izaicinājumi. Uzlabotas zāļu piegādes atsauksmes, 105 (Pt A), 44–54.
6. Mohajeri, MH, Brummer, R., Rastall, RA, Weersma, RK, Harmsen, H., Faas, M., & Eggersdorfer, M. (2018). Mikrobioma nozīme cilvēku veselībā: no pamatzinātnes līdz klīniskam pielietojumam. Eiropas uztura žurnāls, 57 (1. piegāde), 1. – 14.
7. Ceturtbijs, E., un Juge, N. (2017). Ievads cilvēka zarnu mikrobiotā. Bioķīmiskais žurnāls, 474 (11), 1823–1836.
8. Ursels, LK, Metkalfs, JL, Pārfrejs, LW, & Knight, R. (2012). Cilvēka mikrobioma noteikšana. Atsauksmes par uzturu, 70 Suppl 1 (Suppl 1), S38 - S44.