MIKROBIOTA: SKŁAD, FUNKCJE I MIEJSCE WYSTĘPOWANIA - BIOLOGIA - 2025

Normalny mikroorganizmy z ludźmi jest zbiór mikroorganizmów, które zamieszkują organizm w standardowy sposób, bez powodowania jakiejkolwiek chorobie. Obecnie określenie „flora bakteryjna” jest uważane za niewłaściwe.

Pod względem taksonomicznym mikrobiota składa się z bardzo różnorodnych organizmów, od bakterii, archeonów i eukariontów po wirusy. Społeczności drobnoustrojów różnią się znacznie w różnych obszarach ciała. Innymi słowy, skład drobnoustrojów w jamie ustnej nie odpowiada składowi znajdującemu się w jelicie.

Źródło: pixabay.com

Kiedy myślimy o bakteriach - i ogólnie o mikroorganizmach - mamy tendencję do wywoływania pejoratywnych uczuć dotyczących obecności tych istot w naszym ciele. Chociaż prawdą jest, że różne bakterie powodują poważne choroby, uogólnianie tej koncepcji nie jest poprawne.

Mikroorganizmy w naszym ciele są niezbędne i ustanawiają wzajemne i komensalne relacje z naszym organizmem. Nasza mikrobiota znacząco wpływa na naszą fizjologię - zarówno bezpośrednio, jak i pośrednio - przyczynia się do szeregu funkcji metabolicznych, chroni nas przed patogenami, edukuje między innymi układ odpornościowy.

Różne czynniki wpływają na skład mikrobioty człowieka. Do najważniejszych należy dieta - zarówno u niemowląt, jak i dorosłych - m.in. sposób porodu, stosowanie antybiotyków, określone schorzenia, genotyp żywiciela.

Obecnie istnieje szereg nowatorskich metod molekularnych, które pozwalają na scharakteryzowanie mikrobioty przy użyciu zaawansowanych i szybkich technik sekwencjonowania. Najpowszechniej stosowany jest gen kodujący rybosomalne RNA 16S i jest porównywany z bazą danych.

Co to jest mikrobiota?

Mikrobiota definiowana jest jako zbiór mikroorganizmów obecnych w określonym środowisku. W tym przypadku mikroorganizmy związane z ludzkim ciałem. Termin został zaproponowany przez Lederberga i McCraya, którzy podkreślali konsekwencje i korzyści płynące z tych biologicznych jednostek dla zdrowia człowieka.

Istnieje bardzo podobny termin: mikrobiom. W literaturze, mikrobiom i mikrobiota są często wymiennymi pojęciami. Jeśli jednak chcemy być precyzyjni, mikrobiom to katalog drobnoustrojów wraz z ich genami.

Powiązanym terminem jest „flora” bakteryjna, mikroflora lub flora jelitowa. Obie były używane przez kilka dziesięcioleci i były szczególnie istotne w literaturze medycznej i naukowej.

Jednak termin ten pochodzący z 1900 roku jest niewłaściwy, ponieważ flora jest terminem wywodzącym się od łacińskiego kwiatu, związanego z roślinami zamieszkującymi dany region. A ponieważ nie czyni się odniesienia do zbioru mikroroślin zamieszkujących ludzkie ciało, należy porzucić ten termin i zastąpić go mikrobiotą lub mikrobiomem, w zależności od przypadku.

Skład normalnej mikroflory

Numer

Mikrobiota składa się z wielu mikroorganizmów zamieszkujących ciało każdej osoby. W ujęciu liczbowym istnieje od 10 do 100 bilionów (przekraczających liczbę komórek gospodarza) tych symbiotycznych organizmów, które są zlokalizowane głównie w przewodzie pokarmowym.

Czynniki wpływające na skład mikrobioty

Mikrobiota zaczyna się formować od urodzenia dziecka, gdzie jego ciało stanowi nowe środowisko dla kolonizacji drobnoustrojów. Ta kolonizacja uzależniona jest od sposobu porodu - czyli porodu naturalnego lub cięcia cesarskiego (to ostatnie istotnie wpływa na mikrobiotę).

W miarę jak niemowlę rośnie i rozwija się, różnorodność mikrobioty wzrasta liniowo, w zależności od pierwszych kolonizatorów. Będzie się to zmieniać w zależności od wielu różnych czynników, takich jak między innymi karmienie piersią, spożycie niektórych pokarmów, rozwój chorób.

Aktualne badania wskazują, że dieta jest najważniejszym czynnikiem pomagającym określić rodzaj mikrobioty, która będzie istnieć u każdego człowieka.

Taksonomia

Pod względem taksonomicznym te mikroorganizmy należą do trzech domen życia: eukariontów, bakterii i archeonów.

Tożsamość tych organizmów jest bardzo zróżnicowana między osobnikami, regionami ciała osobników i obszarem geograficznym, na którym żyją. W następnej sekcji opiszemy bardziej szczegółowo tożsamość taksonomiczną typowej mikroflory każdego regionu ciała.

Więc czy naprawdę jesteśmy ludźmi?

Teraz, znając ogromną różnorodność organizmów zamieszkujących nasze ciało, musimy zadać sobie pytanie, kim jesteśmy i czy naprawdę możemy uważać się za jednostkę.

Bardziej adekwatnym poglądem jest uważanie siebie za superorganizm lub holobiont, ponieważ składamy się w 90% z komórek drobnoustrojów i 99% z genów drobnoustrojów.

Gdzie to się znajduje?

Nasz organizm to bogate zgromadzenie mikroorganizmów, w których każda struktura stanowi potencjalną niszę dla ich rozwoju. Te wzajemne relacje są zwykle specyficzne dla miejsca, gdzie pewien zestaw mikroorganizmów tworzy kolonie w określonych obszarach ciała. Najważniejsze regiony to:

Mikrobiota jelitowa

W obrębie nisz, jakie zapewnia organizm ludzki, nie ulega wątpliwości, że najlepiej zbadanym - pod względem jego mikrobioty - jest przewód pokarmowy.

W jelicie osobnika dorosłego znajdują się tysiące gatunków, zdominowanych przez gromady Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria i Verrucomicrobia.

Ta kolonizacja jest różna w całym przewodzie pokarmowym. W jelicie cienkim przeważają Lactobacillaceae, Erysiopelotrichaceae i Enterobacteriaceae, bogate w rodzaje Bacteroides spp., Clostridium spp., Bifidobacterium spp.

W okrężnicy najczęstszymi mieszkańcami są Bacteroideceae, Prevotellaceae, Rikenellaceae, Lachnospiraceae i Ruminococcaceae.

Ta różnica w rodzinie bakterii w jelicie odzwierciedla fizjologiczne różnice, które istnieją w całym jelicie.

W jelicie cienkim wzrost bakterii jest ograniczony przez stężenie tlenu, obecność peptydów przeciwdrobnoustrojowych i wartości pH, natomiast w jelicie grubym obciążenie bakteryjne jest większe.

Ponadto w jelicie cienkim występuje ograniczenie bakteryjne, aby uniknąć rywalizacji o wchłanianie składników odżywczych między mikroorganizmami a żywicielem.

W kale główne wykrywane w kale należą do domeny bakteryjnej, chociaż są też przedstawiciele archeonów (rząd Methanobacteriales) i eukariontów (rząd Saccharomycetales.)

Mikrobiota jamy ustnej

Jama ustna i przylegające do niej przedłużenia reprezentują odpowiednie obszary mieszkalne dla pewnych typów mikroorganizmów, w tym powierzchni zębów, powierzchni języka i innych zrogowaciałych i nie zrogowaciałych struktur.

Podstawowym składnikiem jamy ustnej jest ślina. W jednym mililitrze tego płynu możemy znaleźć nawet 100 milionów komórek bakteryjnych. Spośród nich około 300 gatunków zostało zidentyfikowanych, podczas gdy innym 360 nie przypisano określonej tożsamości taksonomicznej.

Gromada dominująca w jamie ustnej to Firmicutes, a następnie Proteobacteria, Bacteroides, Actinobacteria, Spirochaetes i Fusobacteria.

Ze względu na różnorodność archeonów, rodzaj Methanobrevibacter był wielokrotnie izolowany z jamy ustnej.

Badania pokazują, że obecność archeonów ma związek z rozwojem chorób przyzębia. Zatem rola tych organizmów w nawiązywaniu komensalnych relacji z gośćmi nie jest jeszcze jasna.

Grzyb dominujący w jamie ustnej należy do rodzaju Candida. Podobnie jak gatunki archeonów, są one związane z rozwojem wielu chorób. Inne popularne rodzaje w jamie to: Cladosporium, Aureobasidium, Saccharomycetales, Aspergillus i Fusarium.

Wreszcie, najczęstszymi wirusami w jamie ustnej są herpeswirusy. Szacuje się, że posiada je 90% populacji.

Mikrobiota moczowo-płciowa

Żeński układ moczowo-płciowy

Drobnoustroje żyjące w pochwie są w delikatnym i zrównoważonym połączeniu typu wzajemnego, chroniąc żywiciela i wymieniając składniki odżywcze, w zamian za beztlenowe środowisko odpowiednie dla ich wzrostu.

U kobiet w wieku rozrodczym pochwa zawiera znaczne ilości kwasu mlekowego i innych substancji przeciwbakteryjnych, które ograniczają rozwój mikroflory. To środowisko jest utrzymywane dzięki obecności bakterii wytwarzających kwas mlekowy, w szczególności Lactobacillus spp.

W rzeczywistości bakterie należące do tego rodzaju są uważane od 1892 roku za nieodzownych mieszkańców dla zdrowia pochwy.

Oprócz Lactobacillus pochwa charakteryzuje się obecnością mikroorganizmów z rodzajów: Staphylococcus, Ureaplasma, Corynebacterium, Streptococcus, Peptostreptococcus, Gardnerella, Bacteroides, Mycoplasma, Enterococcus, Escherichia, Veillonusella, Bifidobacillus, Bifidobacillus.

W miarę starzenia się kobiet i wahań poziomu hormonów zmienia się mikroflora.

Męski układ moczowo-płciowy

W porównaniu z żeńskim układem moczowo-płciowym mikrobiota samców była mało badana i nie jest znana tak szczegółowo.

Niektóre z rodzajów, które opisano w prąciu, obejmują między innymi Staphylococus epidermidis, Corynebacterium spp., Lactobacillus spp.,

Mikrobiota płuc

Płuca były narządami bardzo interesującymi w badaniach ich mikrobioty. Istnieje jednak bardzo niewiele badań na ten temat - w połączeniu z trudnością w pobieraniu próbek. Chociaż wcześniej uważano je za obszary sterylne, dziś wizja ta została zmodyfikowana.

Stwierdzono obecność rodzajów Streptococcus, aw niektórych próbkach Haemophilus, Rothia, Prevotella, Veillonella i Fusobacterium.

Mikrobiota skóry

Największym organem człowieka jest skóra, która jest pokryta ogromną różnorodnością mikroorganizmów i jest przez nie skolonizowana od momentu narodzin.

Zidentyfikowano około 200 rodzajów bakterii uważanych za mieszkańców skóry. Większość z tych gatunków należy do trzech typów: Actinobacteria, Firmicutes i Proteobacteria.

Skład mikrobioty skóry jest ściśle powiązany z rodzajem skóry, przyzwyczajeniami i genetyką żywiciela, przez co jest niezwykle zmienny.

Większość drobnoustrojów odżywia się wydzielinami skóry, więc tworzą bardzo bliskie relacje.

cechy

Trawienie i produkcja witamin

Mikrobiota spełnia szereg funkcji w organizmie człowieka, podkreślając jej rolę w poprawie trawienia.

Bakterie żyjące na końcu okrężnicy są związane z rozszczepieniem polisacharydów, które nie mogą być skutecznie metabolizowane w jelicie cienkim, co zwiększa wchłanianie składników odżywczych.

Wykazano również, że różne bakterie są zdolne do produkcji niezbędnych witamin, które zostaną wchłonięte przez gospodarza. Przykładem tego jest jeden z organizmów najlepiej znanych naukowcom: E. coli.

Konkurencja i ochrona przed patogenami

Konkurencja jest definiowana jako antagonistyczna interakcja, która obejmuje dwa lub więcej gatunków konkurujących o wspólny zasób.

Spektrum nieszkodliwych mikroorganizmów, które żyjemy w naszym organizmie, nieustannie konkuruje z patogenami iw większości przypadków udaje im się je wypierać - dzięki temu, co w ekologii określane jest mianem zasady wykluczenia konkurencyjnego.

Uważa się, że stanowią one pierwszą linię obrony przed zakażeniem tymi potencjalnymi patogenami.

Jak bada się mikrobiotę?

Badania mikrobioty sięgają czasów Antonie van Leewenhoek, początku 1680 roku. Badacz ten badał w sposób porównawczy różne mikroorganizmy zamieszkujące okolice jamy ustnej i odchody, odnotowując istotne różnice w obu obszarach.

Różnice wykraczały poza obszar ciała, ponieważ badacz ten uwzględnił również porównania między osobami zdrowymi i chorymi w swoim projekcie eksperymentu. W ten sposób udało mu się pokazać znaczenie mikroorganizmów dla zdrowia człowieka.

Historycznie rzecz biorąc, badanie mikrobioty wiązało się z inwestowaniem czasu i energii w tworzenie wielu upraw.

Obecnie metodologia ta została zastąpiona podejściem molekularnym, które umożliwia analizę sekwencji genetycznych mikroorganizmów (generalnie używanym markerem molekularnym jest gen rybosomalnego RNA 16S i 18S).

Analizując te sekwencje, takson (eukarionty, bakterie lub archeony) można przypisać do różnych poziomów taksonomicznych, aż do osiągnięcia danego gatunku.

Termin metagenomika był pierwotnie używany do charakteryzowania całkowitego DNA, a dziś jest używany dokładniej w odniesieniu do badania markerów genetycznych, takich jak rybosomalny gen DNA 16S.

Co się dzieje, gdy w mikrobiocie występują zaburzenia równowagi?

Chociaż nie ma jasnego i precyzyjnego zarysu wszystkich organizmów zamieszkujących organizm ludzki, wiadomo, że zmiana ich liczebności i składu wpływa na zdrowie, od zaburzeń trawienia po rozwój zachowań lękowych.

Obecnie u pacjentów cierpiących na niektóre zaburzenia leczy się terapie ukierunkowane na przywrócenie zdrowej mikroflory.

Bibliografia

1. Donaldson, GP, Lee, SM i Mazmanian, SK (2016). Biogeografia jelitowa mikroflory bakteryjnej. Recenzje natury. Microbiology, 14 (1), 20–32.
2. Lloyd-Price, J., Abu-Ali, G. i Huttenhower, C. (2016). Zdrowy ludzki mikrobiom. Medycyna genomu, 8 (1), 51.
3. Marchesi, JR (red.). (2014). Ludzka mikrobiota i mikrobiom. CABI.
4. Marchesi, JR i Ravel, J. (2015). Słownictwo związane z badaniami mikrobiomu: propozycja. Mikrobiom, 3, 31.
5. Mimee, M., Citorik, RJ i Lu, TK (2016). Terapia mikrobiomów - postępy i wyzwania. Zaawansowane przeglądy dostarczania leków, 105 (Pt A), 44–54.
6. Mohajeri, MH, Brummer, R., Rastall, RA, Weersma, RK, Harmsen, H., Faas, M., & Eggersdorfer, M. (2018). Rola mikrobiomu dla zdrowia człowieka: od nauk podstawowych po zastosowania kliniczne. European Journal of Nutrition, 57 (supl 1), 1–14.
7. Thursby, E. i Juge, N. (2017). Wprowadzenie do mikrobioty jelitowej człowieka. The Biochemical journal, 474 (11), 1823–1836.
8. Ursell, LK, Metcalf, JL, Parfrey, LW i Knight, R. (2012). Definiowanie ludzkiego mikrobiomu. Recenzje żywieniowe, 70 supl 1 (supl 1), S38 - S44.