MICROBIOTA: SLOŽENÍ, FUNKCE A KDE SE NACHÁZÍ - BIOLOGIE - 2025

Normální mikroflóra lidských bytostí je sada mikroorganismů, které obývají tělo standardním způsobem, aniž by došlo k jakékoliv nemoci. Dnes je termín bakteriální flóra považován za nevhodný.

Taxonomicky je mikrobiota složena z velmi rozmanitých organismů, od bakterií, archaea a eukaryotů až po viry. Mikrobiální společenství se v různých částech těla významně liší. Jinými slovy, složení mikrobů v ústech neodpovídá složení mikrobů ve střevě.

Zdroj: pixabay.com

Když přemýšlíme o bakteriích a mikroorganismech obecně, máme tendenci vyvolávat pejorativní pocity o přítomnosti těchto entit v našem těle. I když je pravda, že různé bakterie způsobují vážné choroby, zobecnění této koncepce není správné.

Mikroorganismy v našem těle jsou nezbytné a navazují vzájemné a komenzální vztahy s naším organismem. Naše mikrobiota významně ovlivňuje naši fyziologii - přímo i nepřímo -, přispívá k řadě metabolických funkcí, chrání nás před patogeny, vzdělává imunitní systém, mimo jiné.

Složení lidské mikrobioty ovlivňují různé faktory. Mezi nejvýznamnější patří strava - u kojenců i dospělých - způsob narození, použití antibiotik, určité zdravotní stavy, genotyp hostitele, mimo jiné.

V současné době existuje řada nových molekulárních metod, které umožňují charakterizovat mikrobiotu pomocí pokročilých a rychlých technik sekvenování. Nejpoužívanější je gen, který kóduje 16S ribozomální RNA a je porovnáván s databází.

Co je mikrobiota?

Mikrobiota je definována jako soubor mikroorganismů přítomných v definovaném prostředí. V tomto případě jsou mikroorganismy spojené s lidským tělem. Tento termín navrhli Lederberg a McCray, kteří zdůraznili důsledky a přínosy těchto biologických entit pro lidské zdraví.

Existuje velmi podobný termín: mikrobiom. V literatuře jsou často mikrobiomy a mikrobioty zaměnitelné pojmy. Pokud však chceme být přesní, mikrobiom je katalog mikrobů spolu s jejich geny.

Přidruženým termínem je bakteriální „flóra“, mikroflóra nebo střevní flóra. Oba byly použity po několik desetiletí a byly zvláště důležité v lékařské a vědecké literatuře.

Tento termín pocházející z roku 1900 je však nevhodný, protože flóra je termín odvozený z latinského květu, který je spojen s rostlinami, které obývají konkrétní region. A protože se nehovoří o souboru mikroplantátů, které obývají lidské tělo, musí být tento pojem opuštěn a nahrazen mikrobiotou, případně mikrobiomem.

Složení normální mikrobioty

Číslo

Mikrobiota se skládá z více mikroorganismů, které obývají tělo každého člověka. V číselném vyjádření existuje mezi 10 a 100 biliony (překračující počet hostitelských buněk) těchto symbiotických organismů, které se nacházejí hlavně v gastrointestinálním traktu.

Faktory, které ovlivňují složení mikrobioty

Mikrobiota se začíná tvořit od narození dítěte, kde jeho tělo představuje nové prostředí pro mikrobiální kolonizaci. Tato kolonizace závisí na způsobu narození - tj. Na přirozeném porodu nebo na císařském řezu (druhý významně ovlivňuje mikrobiotu).

Jak dítě roste a vyvíjí se, rozmanitost mikrobioty roste lineárně, v závislosti na prvních kolonizátorech. To se změní v závislosti na celé řadě faktorů, jako je například mateřské mléko, konzumace určitých potravin, vývoj nemocí.

Současný výzkum ukazuje, že strava je nejdůležitějším faktorem, který pomáhá určit typ mikrobioty, která bude u každého jednotlivce existovat.

Taxonomie

Taxonomicky patří tyto mikroorganismy do tří oblastí života: eukaryoty, bakterie a archaea.

Identita těchto organismů je velmi rozdílná mezi jednotlivci, tělesnými oblastmi jednotlivce a geografickou oblastí, kde žijí. V další části popíšeme podrobněji taxonomickou identitu typické mikrobioty každé oblasti těla.

Jsme opravdu lidé?

Nyní, když víme o obrovské rozmanitosti organismů, které obývají naše tělo, musíme si položit otázku, kdo jsme a jestli se můžeme skutečně považovat za jednotlivce.

Vhodnějším pohledem je považovat se za superorganismus nebo holobiont, protože se skládáme z 90% mikrobiálních buněk a 99% genů z mikrobů.

Kde se to nachází?

Naše tělo je bohaté shromáždění mikroorganismů, kde každá struktura poskytuje potenciální výklenek pro jejich rozvoj. Tyto vzájemné vztahy jsou obvykle specifické pro místo, kde určitá sada mikroorganismů vytváří kolonie v určitých oblastech těla. Nejdůležitějšími regiony jsou:

Střevní mikrobiota

V rámci výklenků poskytnutých lidským tělem není pochyb o tom, že nejlépe studovaným - z hlediska mikrobioty - je gastrointestinální trakt.

Tisíce druhů se nacházejí ve střevě dospělého jedince, kterému dominují fyla Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria a Verrucomicrobia.

Tato kolonizace se mění v celém zažívacím traktu. Lactobacillaceae, Erysiopelotrichaceae a Enterobacteriaceae dominují v tenkém střevě, bohatí na rody Bacteroides spp., Clostridium spp., Bifidobacterium spp.

V tlustém střevu jsou nejčastějšími obyvateli Bacteroideceae, Prevotellaceae, Rikenellaceae, Lachnospiraceae a Ruminococcaceae.

Tento rozdíl v rodině bakterií ve střevě odráží fyziologické rozdíly, které existují ve střevě.

V tenkém střevě je bakteriální růst omezen koncentrací kyslíku, přítomností antimikrobiálních peptidů a hodnotami pH, zatímco v tlustém střevě je bakteriální zátěž vyšší.

Kromě toho existuje v tenkém střevě bakteriální omezení, aby se zabránilo konkurenci v absorpci živin mezi mikroorganismy a hostitelem.

Ve výkalech patří hlavní zjištěné bakterie k bakteriální doméně, ačkoli existují i ​​zástupci archaea (řád Methanobacteriales) a eukaryot (řád Saccharomycetales).

Orální mikrobiota

Orální dutina a sousedící prodloužení představují vhodné oblasti uložení pro určité typy mikroorganismů, včetně povrchu zubu, povrchu jazyka a dalších keratinizovaných a nekeratinizovaných struktur.

Základní složkou ústní dutiny jsou sliny. V jednom mililitru této tekutiny najdeme až 100 milionů bakteriálních buněk. Z nich bylo identifikováno kolem 300 druhů, zatímco dalších 360 nebylo přiřazeno konkrétní taxonomické identitě.

Phylum, které dominuje v ústní dutině, jsou Firmicutes, následované Proteobacteria, Bacteroides, Actinobacteria, Spirochaetes a Fusobacteria.

S ohledem na rozmanitost archaea byl rod Methanobrevibacter izolován při více příležitostech z ústní dutiny.

Studie ukazují, že přítomnost archaea souvisí s vývojem periodontálních chorob. Role těchto organismů při navazování vzájemných vztahů s hosty tedy dosud není jasná.

Dominantní houba v ústní dutině patří do rodu Candida. Stejně jako druhy archaea souvisejí s vývojem mnoha nemocí. Další běžné rody v dutině jsou: Cladosporium, Aureobasidium, Saccharomycetales, Aspergillus a Fusarium.

Nakonec nejčastější viry v ústech jsou herpesviry. Odhaduje se, že je vlastní 90% populace.

Urogenitální mikrobiota

Ženské urogenitální trakt

Mikroby, které obývají vnitřek vagíny, jsou v jemném a vyváženém spojení vzájemného typu, chrání svého hostitele a vyměňují si živiny výměnou za anoxické prostředí vhodné pro jejich růst.

U žen v reprodukčním věku obsahuje vagina významné množství kyseliny mléčné a dalších antimikrobiálních látek, které omezují růst mikrobioty. Toto prostředí je udržováno díky přítomnosti bakterií produkujících kyselinu mléčnou, zejména Lactobacillus spp.

Ve skutečnosti byly bakterie patřící do tohoto rodu od roku 1892 považovány za nepostradatelné obyvatelstvo pro vaginální zdraví.

Kromě Lactobacillus, vagina je charakterizována přítomností mikroorganismů rodů Staphylococcus, Ureaplasma, Corynebacterium, Streptococcus, Peptostreptococcus, Gardnerella, Bacteroides, Mycoplasma, Enterococcus, Escherichia, Veillonella, Bifidobandida a houby.

Jak ženy stárnou a hormonální hladiny kolísají, mikrobiota se mění.

Mužský urogenitální trakt

Ve srovnání s ženským urogenitálním traktem byla samčí mikrobiota málo studována a není známa příliš podrobně.

Některé z rodů, které byly hlášeny v penisu, zahrnují mimo jiné Staphylococus epidermidis, Corynebacterium spp., Lactobacillus spp.

Mikrobiota plic

Plíce byly orgány, které mají velký význam pro studium jejich mikrobioty. Existují však velmi omezené studie na toto téma - spojené s obtížemi při odběru vzorků. Přestože byly dříve považovány za sterilní oblasti, dnes byla tato vize pozměněna.

Byla nalezena přítomnost rodů Streptococcus a v některých vzorcích Haemophilus, Rothia, Prevotella, Veillonella a Fusobacterium.

Mikrobiota kůže

Největším orgánem člověka je kůže, která je pokryta velkou rozmanitostí mikroorganismů a je kolonizována od okamžiku narození.

Bylo identifikováno asi 200 bakteriálních rodů, které jsou považovány za obyvatele kůže. Většina z těchto druhů patří do tří fyla, konkrétně: Actinobacteria, Firmicutes a Proteobacteria.

Složení mikrobioty kůže je úzce spjato s typem pokožky, zvyklostmi a genetikou hostitele, takže je extrémně variabilní.

Většina mikrobů se živí sekrecemi kůže, takže tvoří velmi blízké vztahy.

Funkce

Trávení a produkce vitamínů

Mikrobiota plní v lidském těle řadu funkcí a zdůrazňuje její úlohu při zlepšování trávení.

Bakterie, které žijí na konci tlustého střeva, souvisejí se štěpením polysacharidů, které nemohou být účinně metabolizovány v tenkém střevě, což zvyšuje absorpci živin.

Bylo také prokázáno, že různé bakterie jsou schopné produkovat esenciální vitaminy, které budou hostitelem absorbovány. Příkladem toho je jeden z organismů, který je vědcům nejlépe znám: E. coli.

Konkurence a ochrana proti patogenům

Konkurence je definována jako antagonistická interakce, která zahrnuje dva nebo více druhů soutěžit o společný zdroj.

Spektrum neškodných mikroorganismů, které v našem těle uchováváme, je v neustálé konkurenci s patogeny a ve většině případů je dokážou vytlačit - díky tomu, co je v ekologii známo jako princip konkurenčního vyloučení.

Předpokládá se, že vytvářejí první linii obrany proti infekci těmito potenciálními patogeny.

Jak se mikrobiota studuje?

Studium mikrobioty sahá až do doby Antonie van Leewenhoek, na začátku roku 1680. Tento výzkumný pracovník studoval srovnávacím způsobem různé mikroorganismy, které obývaly ústní část a výkaly, a zaznamenal významné rozdíly v obou oblastech.

Rozdíly přesahovaly oblast těla, protože tento výzkumník zahrnoval do svého experimentálního návrhu také srovnání zdravých a nemocných jedinců. Tímto způsobem dokázal ukázat význam mikroorganismů pro lidské zdraví.

Historicky studie mikrobioty zahrnovala investici času a energie do generování více plodin.

V současné době byla tato metodika nahrazena molekulárním přístupem, který umožňuje analýzu genetických sekvencí mikroorganismů (obvykle se jako molekulární marker používá gen pro 16S a 18S ribosomální RNA.)

Analýzou těchto sekvencí lze taxon (eukaryoty, bakterie nebo archaea) přiřadit k různým taxonomickým úrovním, dokud nedosáhneme druhu.

Termín metagenomika byl původně používán pro charakterizaci celkové DNA a dnes se používá přesněji ke studiu genetických markerů, jako je gen 16S ribozomální DNA.

Co se stane, když v mikrobiotě dojde k nerovnováze?

Přestože neexistuje jasný a přesný přehled všech organismů, které obývají lidské tělo, je známo, že změna v jejich hojnosti a složení ovlivňuje zdraví, od poruch trávení po rozvoj úzkostného chování.

V současné době se léčba zaměřená na obnovu zdravé mikrobioty provádí u pacientů trpících některými poruchami.

Reference

1. Donaldson, GP, Lee, SM a Mazmanian, SK (2016). Střevní biogeografie bakteriální mikrobioty. Recenze přírody. Microbiology, 14 (1), 20–32.
2. Lloyd-Price, J., Abu-Ali, G., a Huttenhower, C. (2016). Zdravý lidský mikrobiom. Genome medicine, 8 (1), 51.
3. Marchesi, JR (Ed.). (2014). Lidská mikrobiota a mikrobiom. CABI.
4. Marchesi, JR, a Ravel, J. (2015). Slovník výzkumu mikrobiomů: návrh. Microbiom, 3, 31.
5. Mimee, M., Citorik, RJ, & Lu, TK (2016). Mikrobiomová léčiva - pokroky a výzvy. Rozšířené recenze podávání léků, 105 (Pt A), 44–54.
6. Mohajeri, MH, Brummer, R., Rastall, RA, Weersma, RK, Harmsen, H., Faas, M., & Eggersdorfer, M. (2018). Úloha mikrobiomu pro lidské zdraví: od základní vědy po klinické aplikace. Evropský žurnál výživy, 57 (Suppl 1), 1-14.
7. Thursby, E., & Juge, N. (2017). Úvod do lidské střevní mikrobioty. The Biochemical journal, 474 (11), 1823–1836.
8. Ursell, LK, Metcalf, JL, Parfrey, LW a Knight, R. (2012). Definování lidského mikrobiomu. Recenze výživy, 70 Suppl 1 (Suppl 1), S38 - S44.