MIKROBIOTA: SASTAV, FUNKCIJE I MJESTO NA KOJEM SE NALAZI - BIOLOGIJA - 2024

Normalno Microbiota ljudskih bića je skup mikroorganizama koji nastanjuju tijelo na standardni način, bez nanošenja bilo kakve bolesti. Danas se pojam bakterijske flore smatra neprimjerenim.

Taksonomsko se mikrobiota sastoji od vrlo različitih organizama, od bakterija, arheja i eukariota do virusa. Mikrobne zajednice značajno se razlikuju na različitim dijelovima tijela. Drugim riječima, sastav mikroba u ustima ne odgovara onome koji se nalazi u crijevima.

Izvor: pixabay.com

Kada pomislimo na bakterije - i mikroorganizme općenito - skloni smo evocirati pejorativne osjećaje o prisutnosti ovih entiteta u našem tijelu. Iako je istina da razne bakterije uzrokuju ozbiljne bolesti, generaliziranje ove koncepcije nije točno.

Mikroorganizmi u našim tijelima su neophodni i uspostavljaju međusobne i komercijalne odnose s našim organizmom. Naša mikrobiota značajno utječe na našu fiziologiju - i izravno i neizravno -, doprinosi brojnim metaboličkim funkcijama, štiti nas od patogena, educira imunološki sustav, između ostalih funkcija.

Na sastav ljudske mikrobiote utječu različiti čimbenici. Među najistaknutijima su dijeta - i kod novorođenčadi i kod odraslih - način rođenja, upotreba antibiotika, određena zdravstvena stanja, genotip domaćina, između ostalih.

Trenutno postoji niz novih molekularnih metoda koje omogućuju karakterizaciju mikrobiote primjenom naprednih i brzih tehnika sekvenciranja. Najčešće se koristi gen koji kodira 16S ribosomalnu RNK i uspoređuje se s bazom podataka.

Što je mikrobiota?

Mikrobiota je definirana kao skup mikroorganizama prisutnih u definiranom okolišu. U ovom slučaju, mikroorganizmi povezani s ljudskim tijelom. Izraz su predložili Lederberg i McCray, koji su istaknuli posljedice i koristi tih bioloških entiteta na zdravlje ljudi.

Postoji vrlo sličan izraz: mikrobiom. U literaturi su mikrobiom i mikrobiota često zamjenjivi pojmovi. Međutim, ako želimo biti precizni, mikrobiom je katalog mikroba, zajedno s njihovim genima.

Povezani izraz je bakterijska „flora“, mikroflora ili crijevna flora. Oba su korištena nekoliko desetljeća i bila su posebno relevantna u medicinskoj i znanstvenoj literaturi.

Međutim, ovaj termin koji potiče iz 1900. godine nije primjeren, budući da je flora izraz koji potiče iz latinskog cvijeta, povezan s biljkama koje nastanjuju određenu regiju. A budući da se ne spominje skup mikroplastika koje nastanjuju ljudsko tijelo, termin treba napustiti i zamijeniti mikrobiotom ili mikrobiomom, ovisno o slučaju.

Sastav normalne mikrobiote

Broj

Mikrobiota se sastoji od više mikroorganizama koji nastanjuju tijelo svake osobe. U brojčanom smislu, između 10 i 100 bilijuna (što premašuje broj stanica domaćina) ovih simbiotskih organizama, koji su locirani uglavnom u gastrointestinalnom traktu.

Čimbenici koji utječu na sastav mikrobiote

Mikrobiota se počinje formirati od rođenja djeteta, gdje njeno tijelo predstavlja novo okruženje za kolonizaciju mikroba. Ova kolonizacija ovisi o načinu porođaja - to je prirodnom porođaju ili carskom rezu (potonji značajno utječe na mikrobiotu).

Kako novorođenče raste i razvija se raznolikost mikrobiota linearno raste, ovisno o prvim kolonizatorima. To će se promijeniti ovisno o širokom rasponu čimbenika, poput hranjenja majčinim mlijekom, konzumacije određene hrane, razvoja bolesti, između ostalog.

Trenutno istraživanje pokazuje da je prehrana najvažniji faktor koji pomaže odrediti vrstu mikrobiote koja će postojati kod svakog pojedinca.

taksonomija

Taksonomski ti mikroorganizmi pripadaju tri područja života: eukarioti, bakterije i arheje.

Identitet ovih organizama u širokoj je mjeri između jedinki, pojedinih tjelesnih područja i zemljopisnog područja na kojem živi. U sljedećem ćemo odjeljku detaljnije opisati taksonomski identitet tipičnih mikrobiota svake regije tijela.

Jesmo li zaista ljudi?

Sada, poznavajući ogromnu raznolikost organizama koji nastanjuju naše tijelo, moramo se zapitati tko smo i možemo li se stvarno smatrati pojedincem.

Adekvatniji pogled je smatrati sebe nadreganstvom ili holobiontom, jer se sastoji od 90% mikrobnih stanica i 99% gena iz mikroba.

Gdje se nalazi?

Naše tijelo je bogat skup mikroorganizama, gdje svaka struktura pruža potencijalnu nišu za njihov razvoj. Ti međusobni odnosi obično su specifični za mjesto, gdje određeni skup mikroorganizama formira kolonije u određenim dijelovima tijela. Najvažnije regije su:

Mikrobiota crijeva

Unutar niša koje pruža ljudsko tijelo nema sumnje da je najbolje proučavan - u smislu njegovih mikrobiota - gastrointestinalni trakt.

Tisuće vrsta nalaze se u crijevima odrasle jedinke, a dominiraju phyla Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria i Verrucomicrobia.

Ta kolonizacija varira u cijelom probavnom traktu. U tankom crijevu prevladavaju Lactobacillaceae, Erysiopelotrichaceae i Enterobacteriaceae, bogati rodovima Bacteroides spp., Clostridium spp., Bifidobacterium spp.

U debelom crijevu su najčešći stanovnici Bacteroideceae, Prevotellaceae, Rikenellaceae, Lachnospiraceae i Ruminococcaceae.

Ova razlika u obitelji bakterija u crijevima odražava fiziološke razlike koje postoje u crijevu.

U tankom crijevu je rast bakterija ograničen koncentracijom kisika, prisutnošću antimikrobnih peptida i pH vrijednosti, dok je u debelom crijevu opterećenje bakterija veće.

Uz to, u tankom crijevu postoji bakterijsko ograničenje kako bi se izbjegla konkurencija u apsorpciji hranjivih tvari između mikroorganizama i domaćina.

U fecesu, otkriveni glavni pripadaju bakterijskoj domeni, mada postoje i predstavnici arheje (red Methanobacteriales) i eukariota (red Saccharomycetales.)

Oralna mikrobiota

Usna šupljina i susjedni produžeci predstavljaju pogodna područja stanovanja za određene tipove mikroorganizama, uključujući zubnu površinu, površinu jezika i druge keratinizirane i ne keratinizirane strukture.

Temeljna komponenta usne šupljine je slina. U jednom mililitru ove tekućine možemo pronaći do 100 milijuna bakterijskih stanica. Od toga je identificirano oko 300 vrsta, dok ostalim 360 nije dodijeljen specifičan taksonomski identitet.

Fila koja dominira u usnoj šupljini je Firmicutes, zatim Proteobacteria, Bacteroides, Actinobacteria, Spirochaetes i Fusobacteria.

S obzirom na raznolikost arheja, rod Methanobrevibacter izoliran je u više navrata iz usne šupljine.

Studije otkrivaju da je prisutnost arhee povezana s razvojem parodontnih bolesti. Dakle, još uvijek nije jasna uloga ovih organizama u uspostavljanju komercijalnih odnosa s gostima.

Dominantna gljiva u usnoj šupljini pripada rodu Candida. Poput vrsta archaea, one su povezane s razvojem više bolesti. Ostali uobičajeni rodovi u šupljini su: Cladosporium, Aureobasidium, Saccharomycetales, Aspergillus i Fusarium.

Napokon, najčešći virusi u ustima su herpesvirusi. Procjenjuje se da ih posjeduje 90% stanovništva.

Urogenitalna mikrobiota

Ženski urogenitalni trakt

Mikrobi koji žive u vagini su u finoj i uravnoteženoj zajednici međusobnog tipa, štiteći svog domaćina i razmjenjujući hranjive tvari, u zamjenu za anoksično okruženje pogodno za njihov rast.

U žena reproduktivne dobi rodnica sadrži značajne količine mliječne kiseline i drugih antimikrobnih tvari koje ograničavaju rast mikrobiote. Ovo okruženje se održava zahvaljujući prisutnosti bakterija koje proizvode mliječnu kiselinu, posebno Lactobacillus spp.

U stvari, bakterije ovog roda smatraju se od 1892. nezamjenjivim stanovnicima zdravlja vagine.

Pored laktobacila, za rodnicu je karakteristična prisutnost mikroorganizama iz rodova: stafilokoka, ureaplazme, korinebakterija, streptokoka, peptostreptokokoka, gardnerele, bakteroida, mikoplazme, enterokoka, ešerihije, veillonele, bifidobandije.

Kako žene stare i hormonalna razina fluktuira, mikrobiota se mijenja.

Muški urogenitalni trakt

U usporedbi sa ženskim urogenitalnim traktom, muška mikrobiota malo je proučena i nije poznata u toliko detaljima.

Neki od rodova koji su zabilježeni u penisu uključuju Staphylococus epidermidis, Corynebacterium spp., Lactobacillus spp., Između ostalih.

Mikrobiota pluća

Pluća su bila od velikog interesa za proučavanje njihove mikrobiote. Međutim, postoje vrlo ograničene studije na tu temu, zajedno s poteškoćama u uzimanju uzoraka. Iako su se prije smatrali sterilnim područjima, danas je ta vizija izmijenjena.

Utvrđena je prisutnost roda Streptococcus, a u nekim uzorcima Haemophilus, Rothia, Prevotella, Veillonella i Fusobacterium.

Mikrobiota kože

Najveći organ ljudskih bića je koža koja je prekrivena velikom raznolikošću mikroorganizama i kolonizira ih od trenutka rođenja.

Identificirano je oko 200 bakterijskih rodova koji se smatraju stanovnicima kože. Većina tih vrsta pripada tri phyla, i to: Actinobacteria, Firmicutes i Proteobacteria.

Sastav mikrobiote kože usko je povezan s tipom kože, navikama i genetikom domaćina, što ga čini izuzetno promjenjivim.

Većina mikroba se hrani kožnim izlučevinama, tako da oni stvaraju vrlo bliske odnose.

Značajke

Probava i proizvodnja vitamina

Mikrobiota ispunjava niz funkcija u ljudskom tijelu, ističući njegovu ulogu u poboljšanju probave.

Bakterije koje žive na kraju debelog crijeva povezane su s cijepanjem polisaharida koji se ne mogu učinkovito metabolizirati u tankom crijevu, što povećava apsorpciju hranjivih tvari.

Pokazano je i da su različite bakterije sposobne stvarati esencijalne vitamine koje će domaćin apsorbirati. Primjer za to je jedan od organizama koji je znanstvenicima najpoznatiji: E. coli.

Natjecanje i zaštita od patogena

Natjecanje se definira kao antagonistička interakcija koja uključuje dvije ili više vrsta koje se natječu za zajednički resurs.

Spektar bezopasnih mikroorganizama koje nalazimo u našem tijelu je u stalnoj konkurenciji s patogenima i u većini slučajeva uspijevaju ih ukloniti - zahvaljujući onome što je u ekologiji poznato kao načelo natjecateljske isključenosti.

Smatra se da uspostavljaju prvu liniju obrane od infekcije tim potencijalnim patogenima.

Kako se proučava mikrobiota?

Istraživanje mikrobiote datira još iz vremena Antonieja van Leewenhoeka, početkom 1680. Ovaj je istraživač na usporedni način proučavao različite mikroorganizme koji su naseljavali oralno područje i izmet, primjećujući značajne razlike u oba područja.

Razlike su premašile područje tijela, budući da je ovaj istraživač u svoj eksperimentalni dizajn uključio i usporedbe zdravih i bolesnih pojedinaca. Na taj je način uspio pokazati važnost mikroorganizama u ljudskom zdravlju.

Povijesno, istraživanje mikrobiote uključivalo je ulaganje vremena i energije u stvaranje više kultura.

Trenutno je ova metodologija zamijenjena molekularnim pristupom koji omogućava analizu genetskih sekvenci mikroorganizama (općenito se koristi molekulski marker gen za 16S i 18S ribosomalnu RNK.)

Analizirajući ove sekvence, takson (eukarioti, bakterije ili arheje) možemo dodijeliti različitim taksonomskim razinama, dok ne dosegnemo vrstu.

Izraz metagenomika izvorno se koristio za karakterizaciju ukupne DNK, a danas se preciznije koristi za proučavanje genetskih markera, kao što je 16S ribosomalni DNA gen.

Što se događa kada dođe do neravnoteže u mikrobioti?

Iako ne postoje jasni i precizni obrisi svih organizama koji nastanjuju ljudsko tijelo, poznato je da promjena u njihovom obilju i sastavu utječe na zdravlje, od poremećaja probave do razvoja tjeskobnih ponašanja.

Trenutno se liječenje usmjereno na ponovno uspostavljanje zdrave mikrobiote primjenjuje kod pacijenata koji pate od nekih poremećaja.

Reference

1. Donaldson, GP, Lee, SM, & Mazmanian, SK (2016). Biogeografija crijeva bakterijske mikrobiote. Pregledi prirode. Mikrobiologija, 14 (1), 20–32.
2. Lloyd-Price, J., Abu-Ali, G., & Huttenhower, C. (2016). Zdrav ljudski mikrobiom. Medicina genoma, 8 (1), 51.
3. Marchesi, JR (ur.). (2014). Ljudski mikrobiota i mikrobiom. CABI.
4. Marchesi, JR, i Ravel, J. (2015). Rječnik mikrobioloških istraživanja: prijedlog. Mikrobiom, 3, 31.
5. Mimee, M., Citorik, RJ, & Lu, TK (2016). Mikrobiomski terapeutici - Napredak i izazovi. Napredni pregledi lijekova, 105 (Pt A), 44–54.
6. Mohajeri, MH, Brummer, R., Rastall, RA, Weersma, RK, Harmsen, H., Faas, M., & Eggersdorfer, M. (2018). Uloga mikrobioma u ljudskom zdravlju: od osnovne znanosti do kliničke primjene. Europski časopis za ishranu, 57 (Suppl 1), 1–14.
7. Thursby, E., i Juge, N. (2017). Uvod u mikrobiotu ljudskog crijeva. Biochemical journal, 474 (11), 1823–1836.
8. Ursell, LK, Metcalf, JL, Parfrey, LW, & Knight, R. (2012). Definiranje ljudskog mikrobioma. Prehrambene recenzije, 70 Suppl 1 (Suppl 1), S38 - S44.