МІКРОБІОТА: СКЛАД, ФУНКЦІЇ ТА МІСЦЕ ЇЇ ЗНАХОДЖЕННЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

Нормальна мікрофлора людських істот є сукупність мікроорганізмів, що населяють організм стандартним способом, не викликаючи яких - небудь захворювань. Сьогодні термін бактеріальна флора вважається недоречним.

Таксономічно мікробіота складається з дуже різноманітних організмів, від бактерій, археїв та еукаріотів до вірусів. Мікробні спільноти значно відрізняються в різних областях тіла. Іншими словами, склад мікробів у роті не відповідає тому, що знаходиться в кишечнику.

Джерело: pixabay.com

Коли ми думаємо про бактерії - і мікроорганізми взагалі - ми схильні викликати пейоративні почуття щодо присутності цих утворень у нашому організмі. Хоча це правда, що різні бактерії викликають серйозні захворювання, узагальнювати це поняття не правильно.

Мікроорганізми в нашому тілі незамінні і встановлюють взаємно-коменсальні зв’язки з нашим організмом. Наша мікробіота суттєво впливає на нашу фізіологію - як прямо, так і опосередковано -, сприяє ряду обмінних функцій, захищає нас від патогенів, виховує імунну систему, серед інших функцій.

На склад мікробіоти людини впливають різні фактори. Серед найвизначніших - дієта - і в дитинстві, і в дорослому віці - режим народження, вживання антибіотиків, певні медичні умови, генотип господаря, серед інших.

В даний час існує низка нових молекулярних методів, які дозволяють охарактеризувати мікробіоти з використанням передових і швидких методів секвенування. Найбільш широко застосовується ген, який кодує 16S рибосомну РНК і порівнюється з базою даних.

Що таке мікробіота?

Мікробіота визначається як збірка мікроорганізмів, присутніх у визначеному середовищі. У цьому випадку мікроорганізми пов'язані з організмом людини. Цей термін був запропонований Ледербергом та Мак-Креєм, які наголосили на наслідках та користі цих біологічних утворень для здоров'я людини.

Існує дуже схожий термін: мікробіома. У літературі мікробіоми та мікробіоти часто взаємозамінні поняття. Однак, якщо ми хочемо бути точними, мікробіома - це каталог мікробів разом з їх генами.

Пов'язаний термін - бактеріальна «флора», мікрофлора або флора кишечника. Обидва використовувались протягом декількох десятиліть і були особливо актуальними в медичній та науковій літературі.

Однак цей термін, що датується 1900 р., Є недоречним, оскільки флора - це термін, похідний від латинської квітки, пов'язаний з рослинами, які населяють певний регіон. А оскільки не робиться посилання на набір мікропланшетів, що мешкають в організмі людини, цей термін потрібно відмовитися і замінити на мікробіоти, або мікробіоми, залежно від випадку.

Склад нормальної мікробіоти

Номер

Мікробіота складається з безлічі мікроорганізмів, які мешкають в організмі кожної людини. У чисельному виразі налічується від 10 до 100 трлн (що перевищує кількість клітин-господарів) цих симбіотичних організмів, які розташовані переважно в шлунково-кишковому тракті.

Фактори, що впливають на склад мікробіоти

Мікробіота починає формуватися з народження дитини, де її організм являє собою нове середовище для колонізації мікробів. Ця колонізація залежить від способу народження - тобто природного розродження або кесаревого розтину (останнє значно впливає на мікробіоти).

У міру зростання та розвитку немовляти різноманітність мікробіоти збільшується лінійно, залежно від перших колонізаторів. Це зміниться залежно від широкого спектру факторів, таких як годування грудним молоком, споживання певної їжі, розвиток захворювань, серед інших.

Поточні дослідження показують, що дієта є найважливішим фактором, який допомагає визначити тип мікробіоти, який буде існувати у кожної людини.

Таксономія

Таксономічно ці мікроорганізми належать до трьох областей життя: еукаріоти, бактерії та археї.

Ідентичність цих організмів широко відрізняється між особинами, регіонами тіла індивіда та географічною територією, де вони мешкають. У наступному розділі ми розповімо більш докладно таксономічну ідентичність типової мікробіоти кожної області тіла.

То ми справді люди?

Тепер, знаючи величезне різноманіття організмів, які населяють наш організм, ми повинні запитати себе, хто ми є і чи можемо насправді вважати себе людиною.

Більш адекватний погляд - вважати себе супераганізмом чи голобіоном, оскільки ми складаємось з 90% мікробних клітин та 99% генів мікробів.

Де це знаходиться?

Наш організм - це багата сукупність мікроорганізмів, де кожна структура забезпечує потенційну нішу для свого розвитку. Ці взаємні зв’язки зазвичай є специфічними для сайтів, де певний набір мікроорганізмів утворює колонії в конкретних областях тіла. Найважливіші регіони:

Мікробіота кишечника

У межах ніш, що надаються людським організмом, не викликає сумнівів, що найкраще вивчене - з точки зору його мікробіоти - це шлунково-кишковий тракт.

Тисячі видів містяться в кишечнику дорослої особини, де переважають філа Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria і Verrucomicrobia.

Ця колонізація змінюється в усьому травному тракті. У тонкому кишечнику переважають Lactobacillaceae, Erysiopelotrichaceae та Enterobacteriaceae, багаті родами Bacteroides spp., Clostridium spp., Bifidobacterium spp.

У товстій кишці найпоширеніші мешканці - Bacteroideceae, Prevotellaceae, Rikenellaceae, Lachnospiraceae та Ruminococcaceae.

Ця різниця в сімействі бактерій у всьому кишечнику відображає фізіологічні відмінності, які існують у всьому кишечнику.

У тонкому кишечнику ріст бактерій обмежений концентрацією кисню, наявністю антимікробних пептидів та значенням рН, тоді як у товстій кишці навантаження бактерій вище.

Крім того, в тонкому кишечнику існує бактеріальне обмеження, щоб уникнути конкуренції за поглинання поживних речовин між мікроорганізмами та господарем.

У фекаліях основні виявлені належать до домену бактерій, хоча є також представники археї (порядку Methanobacteriales) та еукаріоти (замовлення Saccharomycetales.)

Пероральна мікробіота

Ротова порожнина та суміжні розширення являють собою придатні ділянки житла для певних типів мікроорганізмів, включаючи зубну поверхню, поверхню язика та інші ороговілі та некеровані структури.

Фундаментальним компонентом ротової порожнини є слина. В одному мілілітрі цієї рідини ми можемо знайти до 100 мільйонів бактеріальних клітин. З них ідентифіковано близько 300 видів, а іншим 360 не було присвоєно конкретної таксономічної ідентичності.

Типом, що домінує в ротовій порожнині, є Фірмікути, а потім - протеобактерії, бактероїди, актинобактерії, спірохети та фузобактерії.

Що стосується різноманітності архей, рід Methanobrevibacter неодноразово виділявся з ротової порожнини.

Дослідження показують, що наявність археї пов'язана з розвитком захворювань пародонту. Таким чином, роль цих організмів у встановленні коменсальних відносин з гостями ще не з’ясована.

Домінуючий грибок у ротовій порожнині належить до роду Candida. Як і археї, вони пов'язані з розвитком численних захворювань. Інші поширені пологи в порожнині: Cladosporium, Aureobasidium, Saccharomycetales, Aspergillus і Fusarium.

Нарешті, найпоширеніші віруси в роті - герпесвіруси. За оцінками, 90% населення їм належить.

Сечостатева мікробіота

Жіночий сечостатевий тракт

Мікроби, які живуть всередині піхви, знаходяться в тонкій і збалансованій асоціації взаємного типу, захищаючи свого господаря і обмінюючись поживними речовинами, в обмін на аноксичне середовище, придатне для їх зростання.

У жінок репродуктивного віку в піхву міститься значна кількість молочної кислоти та інших протимікробних речовин, які обмежують ріст мікробіоти. Це середовище підтримується завдяки наявності молочнокислих бактерій, зокрема Lactobacillus spp.

Насправді бактерії, що належать до цього роду, вважаються з 1892 року незамінними мешканцями для здоров'я піхви.

Крім лактобактерій, для піхви характерна наявність мікроорганізмів родів: стафілокок, уреаплазма, коринебактерія, стрептокок, пептострептокок, гарднерелла, бактероїди, мікоплазма, ентерокок, ешеріхія, вейлонела, фунгіцид, біфідобанда.

У міру дорослішання жінок і коливання гормонального рівня мікробіота змінюється.

Чоловічий сечостатевий тракт

Порівняно з жіночим сечостатевим трактом, чоловіча мікробіота мало вивчена і не відома настільки детально.

Деякі з пологів, про які повідомлялося в статевому члені, включають Staphylococus epidermidis, Corynebacterium spp., Lactobacillus spp., Серед інших.

Мікробіота легенів

Легені представляли великі інтереси для вивчення їх мікробіоти. Однак є дуже обмежені дослідження з цього приводу, разом із труднощами у взятті проб. Хоча раніше вони вважалися стерильними районами, сьогодні це бачення було модифіковане.

Виявлено наявність родів стрептококів, а в деяких зразках - гемофілу, ротію, превотеллу, вейлонелу та фузобактерії.

Мікробіота шкіри

Найбільшим органом людини є шкіра, яка покрита великою різноманітністю мікроорганізмів і колонізується ними з моменту народження.

Виявлено близько 200 бактеріальних родів, які вважаються мешканцями шкіри. Більшість цих видів належать до трьох філ, а саме: актинобактерій, фімікутів та протеобактерій.

Склад мікробіоти шкіри тісно пов'язаний з типом шкіри, звичками та генетикою господаря, що робить його надзвичайно змінним.

Більшість мікробів харчуються шкірними виділеннями, тому вони утворюють дуже тісні стосунки.

Особливості

Травлення і вироблення вітамінів

Мікробіота виконує ряд функцій в організмі людини, підкреслюючи її роль у покращенні травлення.

Бактерії, що живуть у кінці товстої кишки, пов'язані з розщепленням полісахаридів, які не можуть ефективно метаболізуватися в тонкому кишечнику, що збільшує поглинання поживних речовин.

Також було показано, що різні бактерії здатні виробляти необхідні вітаміни, які будуть поглинені господарем. Прикладом цього є один з найбільш відомих вченим організмів: кишкова паличка.

Конкуренція та захист від збудників хвороб

Конкуренція визначається як антагоністична взаємодія, яка передбачає два або більше видів, що змагаються за загальний ресурс.

Спектр нешкідливих мікроорганізмів, які ми засідаємо в нашому організмі, знаходиться в постійній конкуренції з патогенами, і в більшості випадків їм вдається витіснити їх - завдяки тому, що в екології відомий як принцип конкурентного виключення.

Вважається, що вони встановлюють першу лінію захисту від зараження цими потенційними збудниками.

Як вивчають мікробіоти?

Дослідження мікробіоти датується епохами Антоні ван Левенхук, на початку 1680 р. Цей дослідник порівняльним способом вивчив різні мікроорганізми, які населяли область рота та кал, зазначаючи значні відмінності в обох областях.

Відмінності вийшли за межі області тіла, оскільки цей дослідник також включив порівняння здорових та хворих людей у ​​свою експериментальну розробку. Таким чином йому вдалося показати значення мікроорганізмів у здоров’ї людини.

Історично дослідження мікробіоти передбачало вкладення часу та енергії в генерування кількох культур.

В даний час цю методологію було замінено молекулярним підходом, що дозволяє проаналізувати генетичні послідовності мікроорганізмів (як правило, використовуваний молекулярний маркер є геном для 16S і 18S рибосомної РНК.)

Аналізуючи ці послідовності, таксон (еукаріоти, бактерії чи археї) можна віднести до різних таксономічних рівнів, поки ми не досягнемо виду.

Термін метагеноміка спочатку використовувався для характеристики загальної ДНК, і сьогодні він використовується більш точно для позначення вивчення генетичних маркерів, таких як ген рибосомної ДНК 16S.

Що відбувається, коли виникає дисбаланс у мікробіоти?

Хоча немає чітких і точних обрисів усіх організмів, які мешкають в організмі людини, відомо, що зміна їх кількості та складу впливає на здоров'я, від розладів травлення до розвитку тривожної поведінки.

В даний час лікування, орієнтоване на відновлення здорової мікробіоти, управляється пацієнтами, які страждають деякими порушеннями.

Список літератури

1. Donaldson, GP, Lee, SM, & Mazmanian, SK (2016). Біогеографія кишок бактеріальної мікробіоти. Огляди природи. Мікробіологія, 14 (1), 20–32.
2. Lloyd-Price, J., Abu-Ali, G., & Huttenhower, C. (2016). Здоровий людський мікробіом. Геномна медицина, 8 (1), 51.
3. Марчесі, JR (Ред.). (2014). Мікробіота людини і мікробіома. CABI.
4. Marchesi, JR, & Ravel, J. (2015). Лексика досліджень мікробіомів: пропозиція. Мікробіома, 3, 31.
5. Mimee, M., Citorik, RJ, & Lu, TK (2016). Мікробіомічні терапії - успіхи та проблеми. Розширені огляди щодо доставки ліків, 105 (Pt A), 44–54.
6. Mohajeri, MH, Brummer, R., Rastall, RA, Weersma, RK, Harmsen, H., Faas, M., & Eggersdorfer, M. (2018). Роль мікробіому для здоров'я людини: від фундаментальної науки до клінічних застосувань. Європейський журнал про харчування, 57 (Suppl 1), 1–14.
7. Thursby, E., & Juge, N. (2017). Вступ до мікробіоти кишечника людини. Біохімічний журнал, 474 (11), 1823–1836.
8. Ursell, LK, Metcalf, JL, Parfrey, LW, & Knight, R. (2012). Визначення мікробіома людини. Відгуки про харчування, 70 Suppl 1 (Suppl 1), S38 - S44.