Kaj je mikrobiom in kakšne so njegove funkcije?

Mikrobiom je nekakšen "organ", na katerega sodobna medicina že vrsto let pozablja. Vendar pa je bilo že več kot ducat let, zahvaljujoč razvoju biomedicinskih znanosti, izvedenih veliko raziskav, katerih rezultati dokazujejo, da je mikrobiom več kot le skupina mikroorganizmov, ki naseljujejo naše telo. Kaj je mikrobiom? Zakaj je tako pomembno za naše zdravje? Kako poskrbeti za to?

Kazalo

1. Mikrobiom, mikrobiota ali mikroflora?
2. Mikrobiom - iz česa je sestavljen?
3. Kakšne so njegove funkcije?
4. Mikrobiom - kaj vpliva na to?
5. Mikrobiom in civilizacijske bolezni
6. Mikrobiom in debelost
7. Mikrobiom in živčni sistem
8. Mikrobiom - kako skrbeti zanj?

Mikrobiom (mikrobiota, mikroflora) je skupina mikroorganizmov, značilnih za določen naravni habitat. Kot življenjski prostor ne bi smeli razumeti samo morja ali tal, temveč tudi organizem ljudi in drugih živali. Zato poleg mikrobioma morij in tal ločimo črevesni, kožni, genitalni trakt, ušesni in ustni mikrobiom.

Sestava mikrobioma se razlikuje glede na življenjski prostor, ki ga zaseda. Trenutno se največ raziskuje na najštevilčnejšem mikrobiomu v našem telesu, torej na prebavnem traktu.

Mikrobiom, mikrobiota ali mikroflora?

Izraz "mikrobiom" je leta 2001 prvič uporabil nobelov nagrajenec Joshua Lederberg, ki ga je uporabil za opis genomov vseh mikrobov, ki naseljujejo človeško telo. Zato se izraz v tem smislu uporablja pogosteje.

Ko govorimo o zbiranju vseh mikroorganizmov kot celic, je treba uporabiti izraz "mikrobiota".

Izraz "mikroflora" pa je star izraz, ki se uporablja manj pogosto in izvira iz časa, ko je bila večina mikroorganizmov razvrščena v rastlinsko kraljestvo (izraz "flora" opisuje celoto rastlinskih vrst, najdenih na določenem območju).

Mikrobiom - iz česa je sestavljen?

Mikrobiom sestavljajo bakterije, kvasovke, glive, protozoje, virusi in arheje. Ne pozabite, da jim ni treba biti vedno prijazni do gostitelja. Mikrobiota lahko vključuje tudi mikroorganizme, ki so potencialno patogeni za človeka, npr. Escherichia Coli.

Zaradi ogromne količine mikroorganizmov si posebno pozornost zasluži prebavni mikrobiom, ki ga sestavljajo predvsem bakterije iz 4 podskupin:

• Firmicutes (64%)
• Bakteroidi (23%)
• Proteobakterije (8%)
• Aktinobakterije (3%)

Za zdrave ljudi je za posamezne odseke prebavnega trakta značilna različna raznolikost mikroorganizmov. Želodec in dvanajstnik sta praktično sterilna, saj kisli pH želodčnega soka ustvarja neugodno okolje za večino mikroorganizmov. V tankem črevesu je njihovo število večje, in sicer od 10.000 do 100.000 na 1 gram vsebnosti hrane.

Tu prevladujejo acidofilne bakterije rodu Lactobacillus in Streptokoki. Največ mikroorganizmov je v debelem črevesu in celo 1 bilijon celic v 1 gramu vsebnosti hrane! Velika večina so mikroorganizmi, ki ne prenašajo kisika (anaerobi), kot so bakterije iz rodu Bifidobacterium ali Clostridium.

Ocenjujejo, da je v prebavnem traktu 10-krat več mikroorganizmov kot celic v človeškem telesu (približno 100 bilijonov celic, ki tehtajo približno 2 kg), število genov v njih pa je 3,3 milijona. Za primerjavo, človeški genom ima le 21.000 genov.

Bakterije, ki naseljujejo prebavni trakt, lahko razdelimo glede na funkcije, ki jih imajo v telesu:

• proteolitične bakterije (znane tudi kot gnitne) so potencialno patogene bakterije, katerih razrast v črevesju lahko škodljivo vpliva na telo; med drugim vključujejo bakterije iz rodu Klebsiella, Enterobacter, Serratia, Citrobacter, Pseudomonas
• zaščitne (probiotične) bakterije so bakterije, ki zavirajo rast patogenih mikroorganizmov, tesnijo črevesni epitelij in proizvajajo hranila za črevesno sluznico; med drugim vključujejo bakterije iz rodu Lactobacillus in Bifidobacterium
• imunostimulacijske bakterije stimulirajo celice imunskega sistema, zmanjšajo vnetni odziv in spodbujajo tvorbo protiteles IgA skozi sluznico; med drugim vključujejo bakterije iz rodu Enterokok in Escherichia coli. Slednji je v neugodnih razmerah tudi potencialno patogen

Kakšne so njegove funkcije?

Črevesni mikroorganizmi lahko presnavljajo živilske snovi - ogljikove hidrate, beljakovine, maščobe in tiste, ki jih neposredno pridobivajo ljudje, kot so mrtve celice in sluz. Mikrobiom jih uporablja za podporo osnovnim življenjskim dejavnostim.

Zato lahko funkcije mikrobiote primerjamo z vrsto bioreaktorja, ki med fermentacijo proizvaja nešteto količin bioaktivnih snovi. Količina in narava teh snovi bosta v veliki meri odvisni od naše prehrane.

Črevesni mikrobiom poleg tega, da podpira prebavne procese:

• proizvaja vitamine skupine B in vitamin K.
• poveča absorpcijo mineralov, kot sta magnezij in kalcij
• preprečuje kolonizacijo črevesja s patogenimi bakterijami
• spodbuja zorenje celic imunskega sistema in podpira njegovo delo
• pomirja vnetne procese
• vpliva na zorenje in diferenciacijo črevesnih epitelijskih celic
• inaktivira toksine in rakotvorne snovi
• sodeluje pri presnovi holesterola in bilirubina

Mikrobiom - kaj vpliva nanj?

• geni

Medtem ko na sestavo črevesnega mikrobioma vplivajo predvsem okoljski dejavniki, pa tudi gostiteljski genotip v manjši meri vpliva na mikrobiom. Primer takega razmerja so različice gena FUT2, ki kodira encim fukoziltransferazo 2, odgovoren med drugim za za tvorbo antigenov, povezanih s krvnimi skupinami.

Ljudje z neugodno različico gena FUT2 ne proizvajajo določenih oligosaharidov, katerih pomanjkanje jih nagni k pomanjkanju zaščitnih bakterij rodu Bifidobacterium. Približno 20% Evropejcev ima neugodno različico tega gena.

• starost in način dostave

Pred porodom v maternici je naš prebavni trakt sterilni. Med naravnim porodom prebavila poseli materin vaginalni mikrobiom. Nato se med dojenjem z mlekom na otroka prenesejo prebiotične snovi (človeški oligosaharidi), ki spodbujajo rast koristnih bakterij, kot je npr. Bifidobacterium.

Umetno hranjeni dojenčki imajo lahko manj teh bakterij. Dokazano je, da sta porod in način hranjenja lahko ključnega pomena za pravilen razvoj mikrobioma in razvoj npr. Alergij. Pri naravno rojenih dojenčkih so opazili pomembne razlike v sestavi mikrobioma v primerjavi s tistimi, ki so bile rojene s carskim rezom.

Po koncu dojenja in uvedbi trdne hrane je sestava črevesnega mikrobioma postopoma podobna sestavi odrasle osebe. Pri približno 15 letih postane razmeroma stabilen (če je človek zdrav in vodi pravilen življenjski slog).

Naslednja faza človeškega življenja, ko opazimo spremembo sestave črevesnega mikrobioma, je obdobje po približno 65 letih. Pri starejših se število zaščitnih bakterij rodu zmanjša Bifidobacterium in povečanje števila potencialno patogenih bakterij, kot je Clostridium.

Zmanjšajte Bifidobacterium, ki zmanjšujejo vnetje na črevesni sluznici, so lahko eden od dejavnikov, ki poslabšajo starostne procese bolezni. Zakaj se to dogaja? V veliki meri je to posledica dejstva, da naše telo s starostjo postaja manj učinkovito, torej se stanje zob poslabša, količina izločene sline in učinkovitost organov, na primer trebušne slinavke, se zmanjša.

• Prehrana

Prehrana je eden najbolj vplivnih dejavnikov v sestavi črevesnega mikrobioma. Če svojemu mikrobiomu zagotovimo pravo količino zapletenih ogljikovih hidratov, bodo mikroorganizmi proizvedli snovi, kot so maščobne kisline s kratkimi verigami (SCFA), npr. Butirat ali mlečna kislina, ki blagodejno vplivajo na telo, vključno z z utišanjem vnetnih odzivov.

Ocenjuje se, da je 10–20% zaužitih ogljikovih hidratov odpornih na prebavo s pomočjo človeških črevesnih encimov. To so neprebavljivi ogljikovi hidrati, kot so odporni škrobni in neškrobni polisaharidi (npr. Pektini in celuloza), ki so idealna "hranila" za mikrobiom.

Če pa naša prehrana vsebuje odvečno predelano hrano, enostavne sladkorje, nasičene maščobe in živalske beljakovine, bodo mikroorganizmi začeli proizvajati škodljive snovi, kot so biogeni amini (npr. Tiramin), skatol, indol ali amoniak. Te snovi lahko poškodujejo črevesne epitelijske celice, povzročijo vnetje in povzročijo motnje v prepustnosti črevesne pregrade.

Izvedena je bila študija, v kateri so primerjali sestavo črevesnega mikrobioma otrok, ki živijo v Italiji in se prehranjujejo po zahodnjaškem prehranskem modelu (bogati z živalskimi beljakovinami, maščobami in enostavnimi sladkorji), s prehrano otrok, ki živijo na podeželju Burkina Faso (bogati s kompleksnimi ogljikovimi hidrati in z malo živalskimi beljakovinami) . Pokazali so, da je bila sestava mikrobioma v obeh skupinah diametralno različna.

Pri otrocih iz Italije skupina bakterij, značilnih za debele ljudi (Firmicutes), prišlo je do prekomernega razmnoževanja bakterij, v blatu pa je bila ugotovljena zmanjšana vsebnost butirata in drugih SCFA. Pri otrocih iz Burkine Faso tega niso našli. To kaže, kako nepravilne prehranjevalne navade vplivajo na motnje črevesnega mikrobioma.

Diete z nizko vsebnostjo zapletenih ogljikovih hidratov (npr. Topne vlaknine) zmanjšajo raznolikost črevesnega mikrobioma, zlasti zaščitnih bakterij rodu Bifidobacterium. Primer takšne prehrane je prehrana FODMAPs in nepravilno uravnotežena prehrana brez glutena.

Mediteranska prehrana je v raziskavi najugodnejša, saj poleg velike količine prehranskih vlaknin vsebuje polifenole. Nedavne študije kažejo, da se 90-95% polifenolov nabere v debelem črevesu, kjer jih črevesni mikrobiom doživlja različne biokemične spremembe.

• Psihološki stres

V raziskavah na miših in na ljudeh je bilo dokazano, da psihološki stres zmanjšuje število zaščitnih bakterij rodov Lactobacillus in Bifidobacterium. Poleg tega stres spodbuja razraščanje potencialno patogenih bakterij Escherichia Coli. Verjetno je to posledica izločanja stresnega hormona kortizola.

Dokazano je tudi, da polifenoli, kot je resveratrol v grozdju ali katehini v čaju, pozitivno vplivajo na sestavo črevesne mikrobiote in delujejo kot prebiotiki.

PREBERITE TUDI:

• PROBIOTIKA - zdravilne lastnosti, vrste in viri
• Dobre bakterije v telesu: mikrobi, ki ščitijo pred boleznimi
• Pogosto umivanje skrajša življenje? Da, in obstajajo dokazi o tem!

Mikrobiom in civilizacijske bolezni

Mikrobiom se pogosto primerja z "organom", na katerega je sodobna medicina pozabila. Raziskave jasno kažejo, da je mikrobiom, tako kot kateri koli drug organ, sposoben sprejemati in se odzivati ​​na informacije iz okolja - kot so spremembe pH, prisotnost hranil, imunskih celic in hormonov. Ta sistem se imenuje zaznavanje kvoruma in omogoča molekularni dialog med mikrobiomom ter človeškimi celicami in organi.

Zaradi večstopenjskega vpliva mikrobioma na naše telo ne bi smelo biti presenečenje, da lahko kvalitativne in kvantitativne motnje mikroboma, imenovane črevesna disbioza, vplivajo na nastanek številnih civilizacijskih bolezni, kot so:

• debelost
• diabetes
• avtoimunske bolezni
• alergije
• depresivne motnje
• avtizem
• Alzheimerjeva bolezen

Preboj v raziskavah o razmerju med mikrobiomom in zdravjem ljudi je bil projekt "Human Microbiome Project", ki ga je leta 2007 sprožil Ameriški nacionalni inštitut za zdravje. Uporablja najsodobnejše metode molekularne biologije, ki so omogočile določitev razlik v sestavi človeškega mikrobioma glede na zemljepisno širino, genotip, starost in prehrano.

Mikrobiom in debelost

Prve študije, ki kažejo na povezavo črevesnega mikrobioma z debelostjo, so bile izvedene pri miših. Ugotovljeno je bilo, da imajo debele miši - v primerjavi s pustnimi miši - motene deleže med bakterijami iz skupine Firmicutes (preveč) i Bakteroidi (ne dovolj).

Trenutno velja, da lahko črevesni mikrobiom vpliva na razvoj debelosti z vsaj tremi mehanizmi:

• s proizvodnjo dodatnih kilokalorij (4-10% energije, pridobljene s hrano, ustvari mikrobiom, to je približno 80-200 kcal / dan)
• induciranje vnetja na nizki ravni (tako imenovana metabolična endotoksikemija, ki lahko povzroči rezistenco na inzulin)
• uravnavanje centra lakote in sitosti (mikrobiom med drugim vpliva na izločanje glukagonu podobnega peptida-1 in peptida YY ter na čas črevesnega tranzita)

Mikrobiom in živčni sistem

Eksperimentalne študije na miših so pokazale, da črevesni mikrobiom vpliva na razvoj živčnega sistema, odziv na stres in vedenje. Vse več študij kaže tudi na neposredno povezavo med črevesnim mikrobiomom in depresivnimi motnjami.

V tem kontekstu je tako imenovana os črevesje-možgani in vagusni živec, ki sta odgovorna za prenos signalov iz črevesja v možgane.

Drugi mehanizmi, s katerimi lahko mikroorganizmi vplivajo na naše vedenje, so njihovo sodelovanje v presnovi triptofana (je predhodnik sinteze "hormona sreče" - serotonina) ali neposredno s sintezo nevrotransmiterjev, npr. Bakterij iz roda Escherichia in Enterokok lahko proizvaja serotonin in iz rodu Lactobacillus GABA (nevrotransmiter, odgovoren za umiritev in sprostitev).

Poleg tega raziskave kažejo na sodelovanje črevesnega mikrobioma pri razvoju motenj, kot so:

• avtizem
• shizofrenija
• ADHD
• bipolarna motnja

Vredno vedeti

SIBO ali bakterijska prekomerna rast tankega črevesa je vrsta črevesne disbioze, ki vključuje prekomerno rast bakterij v tankem črevesu, ki so značilne za debelo črevo.

SIBO je vzrok prebavnih in absorpcijskih motenj. Soobstaja s številnimi boleznimi, kot so:

• sindrom razdražljivega črevesja (84%)
• celiakija (66%)
• gastroezofagealna refluksna bolezen (50%)
• hipotiroidizem (54%)
• pankreatitis (35%)

Vzroki za SIBO so lahko:

• motnje črevesne motorike
• antacidi
• želodčne bolezni
• pomanjkanje prebavnih encimov
• stara leta
• antibiotična terapija

Mikrobiom - kako skrbeti zanj?

• jejte zelenjavo in sadje, bogato s polifenoli (borovnice, borovnice, maline) in prebiotičnimi snovmi, ki so "hrana" za črevesne mikroorganizme (stročnice, agrumi, artičoka, por, čebula, beluši, banane)
• jejte kompleksne ogljikove hidrate, kot so rjavi riž, ovseni otrobi in ovseni otrobi, ki vsebujejo topne vlaknine, ki spodbujajo proizvodnjo butirata
• jejte kakovostne maščobe, na primer v olivnem olju
• pijte zeleni čaj, saj vsebuje polifenole, kot so katehini
• povečati porabo vložene zelenjave, npr. zelja, kumar, pese in mlečnih izdelkov, npr. jogurta, kefirja, saj je vir probiotičnih mikroorganizmov
• izogibajte se velikim količinam alkohola in če ga že zaužijete, izberite rdeče vino, ki vsebuje polifenole, kot je resveratrol
• Iz prehrane izločite predelano nezdravo hrano, sladkane pijače, piškote in ploščice, saj so vir preprostih sladkorjev in transmaščob.
• izogibajte se psihološkemu stresu in, če je to nemogoče, uporabite sprostitvene tehnike
• poskrbite za primerno količino spanja
• redno telovadi

Literatura

1. Gałęcka M. in Szachta P. Kyberkompakt - pomen sodobne mikrobiološke diagnostike prebavil. Okužbe 5/2013.
2. De Filippo C. et al.Vpliv prehrane na oblikovanje črevesne mikrobiote je razkrila primerjalna študija pri otrocih iz Evrope in podeželja Afrike. Proc Natl Acad Sci ZDA. 2010, 17, 107 (33), 14691-6. spletni dostop
3. Tomás-Barberán F.A. et al. Interakcije črevesne mikrobiote s prehranskimi polifenoli in posledice za zdravje ljudi. Curr Opin Clin Nutr Metab nega. 2016, 19 (6), 471-476. spletni dostop
4. Wacklin P. et al.Genotip sekretorja (gen FUT2) je močno povezan s sestavo bifidobakterij v človeškem črevesju. PLoS One 2011, 6, e20113. spletni dostop
5. De Filippis F. in sod. Spoštovanje sredozemske prehrane na visoki ravni blagodejno vpliva na črevesno mikrobioto in s tem povezan metabolom. Črevesje. 2016, 65 (11), 1812-1821. spletni dostop
6. Reddel S. et al.Vpliv diet z nizko vsebnostjo FODMAP, brez glutena in ketogenih snovi na modulacijo črevesne mikrobiote v patoloških pogojih. Hranila. 2019, 12, 11 (2), E373. spletni dostop
7. Wołkowicz T. et al.Mikrobiom prebavil in njegova disbioza kot pomemben dejavnik, ki vpliva na zdravstveno stanje človeškega telesa. Med. Exp. Mikrobiol., 2014, 66: 223-235. spletni dostop
8. Ostrowska L. Vpliv črevesne mikrobiote na presnovne motnje in debelost - z vidika internista in dietetika Gastroenterologia Kliniczna 2016, 8, 2, 62-73. spletni dostop
9. Gulas E. et al. Kako lahko mikrobiologija vpliva na psihiatrijo? Razmerja med črevesno floro in duševnimi motnjami. Psihiater. Pol. 2018, 9, 1-17. spletni dostop

O avtorju

Karolina Karabin, dr. Med., Molekularni biolog, laboratorijski diagnostik, Cambridge Diagnostics Polska Biolog s specializacijo iz mikrobiologije in laboratorijski diagnostik z več kot 10-letnimi izkušnjami v laboratorijskem delu. Diplomant šole za molekularno medicino in član poljskega Društva za človeško genetiko, vodja raziskovalnih štipendij v Laboratoriju za molekularno diagnostiko na oddelku za hematologijo, onkologijo in notranje bolezni Medicinske univerze v Varšavi. Na 1. medicinski fakulteti Medicinske univerze v Varšavi je zagovarjala naziv doktorice medicinskih znanosti s področja medicinske biologije. Avtor številnih znanstvenih in poljudnoznanstvenih del s področja laboratorijske diagnostike, molekularne biologije in prehrane. Vsak dan kot strokovnjak na področju laboratorijske diagnostike vodi vsebinski oddelek pri Cambridge Diagnostics Polska in sodeluje z ekipo nutricionistov na dietetični kliniki CD. Svoje praktično znanje o diagnostiki in dietni terapiji bolezni deli s strokovnjaki na konferencah, izobraževanjih ter v revijah in spletnih straneh. Zanima jo predvsem vpliv sodobnega življenjskega sloga na molekularne procese v telesu.

Preberite več člankov tega avtorja