Човешкият микробиом и връзката с нашето здраве
528
Човешкият микробиом се състои от бактерии, археи, вируси и еукариоти, които се намират в нашето тяло и съжителстват с нас хората. Тези микроорганизми оказват влияние върху човешката физиология както по отношение на здравето така и при заболяване като допринасят за подобряване или нарушаване на метаболитните и имунни функции.
Микроорганизмите колонизират различни места върху и в човешкото тяло където се адаптират към специфичните характеристики.
Факултативните анаеробни бактерии (стафилококи, стрептококи, ешерихия коли) са доминиращи в стомашно-чревния тракт.
ВИЖ ВСИЧКИ ОФЕРТИ ЗА ЧРЕВЕН МИКРОБИОМ С ОТСТЪПКА ТУК!
Аеробните бактерии обитават дихателните пътища, носната кухина и повърхността на кожата.
Микроорганизмите в човешкото тяло са добре адаптирани към имунната система поради биологичното им взаимодействие с нея във времето. Промяната в чревната микробна общност играе основна роля в човешкото здраве и патогенезата на заболяването. Тези промени са резултат от начина на живот и наличието на основно заболяване. Дисбиозата повишава чувствителността на гостоприемника към инфекция като естеството зависи от засегнатото място.
Уникалното разнообразие на човешката микробиота обяснява специфичните метаболитни дейности и функции на тези микроорганизми във всяка част на тялото. Важно е да разберем микробния състав и функцията на човешкия микробиом тъй като допринася за защита на здравето, предпазване от болести и тяхното протичане. Различните взаимодействия могат да бъдат:
- коменсалистична симбиоза (само един от участниците във взаймодействието извлича ползи)
- мутуалистична симбиоза (всички участници извличат взаимна полза от взаимодействието)
- патогенни взаимоотношения
Микроорганизмите колонизират различни части на тялото като кожата, лигавиците, стомашно-чревния тракт, дихателните пътища, урогениталния тракт и млечните жлези. Те образуват сложна и дискретна екосистема, която се адаптира към условията на околната среда на всяка ниша.
От раждането започва стабилно взаимодействие (симбиоза) между човешкото тяло и неговата местна микробиота. Тези взаимодействия играят важна роля за поддържането на общото здраве и благополучие. Чрез коеволюция микроорганизмите съставляват микробиотата и активно се приспособяват към специфичните си местообитания и пребивават в съответните ниши в човешкото тяло.
В резултат на биологични дейности тези микроорганизми се идентифицират като част от тялото, което води до различни промени от зачеването до смъртта. Човешкият микробиом непрекъснато се развива в отговор на факторите на гостоприемника. Фактори като възраст, хранене, начин на живот, хормонални промени, наследствени гени и основно заболяване са значими детерминанти във всеки даден момент. Въпреки това промяна в състава на човешкия микробиом (дисбиоза) може да доведе до животозастрашаващи заболявания. Балансът на чревната флора играе важна роля в поддържането на здравето.
ПРЕГЛЕДИ И ИЗСЛЕДВАНИЯ НА ДЕБЕЛО ЧЕРВО С ОТСТЪПКА
Най-голямата концентрация на"добрите" бактерии се намира в червата. Те играят основна роля в поддържането на нашето здраве. Проучвания върху проекта за човешки микробиом показват, че промените в имунната среда могат да бъдат пряко свързани с дисбиоза на чревната флора. Също така животозастрашаващи здравословни състояния вариращи от рак, сърдечно-съдови заболявания, възпалителни заболявания на червата и трудни за лечение бактериални инфекции дължащи се на антибиотична резистентност също са свързани с дисбиоза.
Въздействието на микробиома върху заболявания и поддържането на здравето:
1.Рак
Микробиомът играе значителна роля в повлияването на благосъстоянието на своя гостоприемник. Проучвания върху взаимодействието на микробните общности и техния гостоприемник предполагат, че тези микрооорганизми извършват биохимични дейности влияещи върху карциногенезата, развитието на тумора и отговора на имунната терапия. Според добре проучен модел за фактори, които могат да допринесат за дисбиоза в червата непрекъснатите интраабдоминални инфекции, антимикробните лекарства или и двете могат да доведат до повишен риск от колоректален рак. Също така крайните продукти освободени от чревната микробиота влияят върху покритието на чревните клетки насърчавайки канцерогенезата или потискайки туморогенезата.
Освен при колоректалния рак микробиотата на чревния тракт играе роля при екстраинтестинален рак като хепатоцелуларен карцином чрез систематично разпространение на тези организми в други части на тялото.
H. pylori допринася за риска от рак на стомаха. Последните открития относно взаимодействието на човешкия микробиом и рака показват, че Fusobacterium и Clostridium са свръхпредставени при пациенти с рак на стомаха.
В случай на рак на гърдата факторите на околната среда и гостоприемника пряко влияят върху прогресията на рака на гърдата. Въпреки това бактериалните общности също могат да предизвикат рак на гърдата. Пациентки с рак на гърдата са по-склонни да имат Bacillus, членове на Enterobacteriaceae и Staphylococcus в гръдната си тъкан в сравнение със здрави.
Освен това Escherichia coli и Staphylococcus epidermidis изолирани от пациенти с рак предизвикват двойно верижно прекъсване в ДНК на HeLa клетки. Lactobacillus spp. , който допринася за различни ползи за здравето не е намерено в гръдната тъкан на пациенти с рак на гърдата.
Ракът на простатата е свързан с по-висока популация на Bacteroides massiliensis. Промяна в микробиотата е допринесла за сложните взаимодействия между нея и рака.
2.Възпалително заболяване на червата (IBD)
Натрупването на болестотворни организми предизвиква или задейства анормален имунен отговор срещу телесните тъкани. Това допринася за автоимунни заболявания, възпалителни заболявания на червата и други животозастрашаващи състояния. Благодарение на коеволюцията на човешката микробиота и имунната система с течение на времето възниква балансирано и систематично взаимодействие.
Въпреки това промяна в микробиотата на гостоприемника засяга това взаимодействие, което води до увреждане на имунния отговор и може да доведе до възпалително разстройство.
Екип учени описва връзката на микробиома на червата с целостта на стомашно-чревната бариера при възпалително заболяване на червата (IBD). Чревната бариера около епителните клетки образува плътна връзка, която разделя тъканното пространство и контролира движението на разтворените вещества през епитела. Бариерната функция на червата може да бъде засегната от увреден слузен слой, което води до дефектно свързване на клетките. Намаляването на чревните Firmicutes води до повишени нива на провъзпалителни цитокини (IL12, IFN-γ) и намалени нива на противовъзпалителни цитокини (IL-10). Някои хелминтни инфекции са свързани с микроорганизми, които действат противовъзпалително и предотвратяват възпалително заболяване на червата при чувствителни към IBD мишки.
Производството на метаболити от чревната микробиота не само засяга червата, но и действа системно. Производството на метаболити на триметиламин N-оксид (TMAO) от някои стомашно-чревни организми може да бъде свързано със сърдечни заболявания. Чревната микробиота активно метаболизира триметиламин от диети богати на l-карнитин, холин и фосфатидилхолин до триметиламин N-оксид (TMAO) от чернодробни флавини съдържащи монооксигеназа. TMAO засяга транспортирането на липиди в тялото и също така индуцира освобождаването на прекурсори, които насърчават образуването на пенести клетки и втвърдяването на артериите в проучване на животински модели.
Установено е, че чревната дисбиоза е свързана със сърдечно-съдови заболявания. Екип учени извършва клинично проучване върху две категории пациенти: с нисък риск от сърдечно-съдови заболявания и такива с висок риск от сърдечно-съдови заболявания. В откритията нарушената чревна флора е свързана с хората с по-висок риск от сърдечно-съдови заболявания.
Установено е, че свръхпредставянето на определени микроорганизми допринася за сърдечно-съдови заболявания. Фекални трансплантации от пациенти с хипертония, които са имали свръхекспресия на Prevotella и Klebsiella повишават кръвното налягане при животински модели на мишки без микрооргавизми. Освен това фекалната микробиота на мишки с хипертония показва значително увеличение на съотношението Firmicutes към Bacteriodetes в изпражненията.
4. Системни инфекции в резултат на бактериална транслокация
Системната инфекция възниква от непрекъснатото движение на бактерии в човешки гостоприемници от чревната лигавица към други екстраинтестинални места. Рискът от системно заболяване от транслокиращи организми е по-висок при пациенти с нарушен имунитет, които са хоспитализирани, подложени на операция или при травма.
Увреждането на епителя на червата и честия прием на антибиотици нарушава баланса на микробиотата, което води до увеличаване на факултативните анаероби и дефект в имунния отговор на гостоприемника. Някои примери за транслокиращи организми свързани със системни инфекции включват E. coli, K. pneumoniae, Enterobacter spp., P. mirabilis, Enterococcus spp., Streptococcus spp. и C. albicans.
В допълнение микробната транслокация допринася за системна инфекция чрез производството на уремични токсини. Това откритие предполага, че промяната в микробиотата на червата може да доведе до синтеза на азотни съединения, които засягат целостта на епителната плътна връзка, което позволява прехвърлянето на тези микрооганизми и техните токсини към други части на тялото. Уремичните токсини продуцирани от дисбиотичната флора активират системни възпалителни реакции, тригер за няколко заболявания. През 2015 г. клинично проучване открива връзка между чревната микробиота и хроничното бъбречно заболяване. Учените наблюдават наличието на транслокационна чревна микробиота при пациенти на хемодиализа.
5. Човешкият микробиом и алергичните заболявания
Идентифициран е възможен механизъм на човешкия микробиом във връзка с алергичните заболявания. Въпреки това малко се знае за ефектите на белодробната микробиота върху имунната регулация на дихателните пътища. Въпреки това дихателният тракт е оформен от балансиран чревен микробиом, който засяга лигавицата на белите дробове. Дисбиотичната флора засяга директно микробиома на белите дробове чрез микроаспирация и това увеличава появата на респираторни заболявания. Учени илюстрират това откритие при мишки без микроорганизми. Експерименталните мишки били лишени от имунна регулаторна мрежа, която индуцира респираторни и алергични заболявания.
Раждането с цезарово сечение (CS) също е идентифицирано като рисков фактор за алергични заболявания. Липсата на нормална майчина флора по време на CS предразполага децата към такива заболявания. Молекулярни проучвания разкриват, че децата родени с CS имат по-нисък брой на здрава флора (Bacteriodetes) в червата. Това намалява противовъзпалителните активности на Bacteriodetes и допринася за локално тъканно възпаление (астма и алергичен ринит) предизвикано от генетични фактори и фактори на околната среда.
Епидемиологично проучване съобщава за значителна връзка между дисбиотичната чревна флора и производството на алергичен антиген (IgE), което води до заболяване на дихателните пътища при деца. Допълнителни проучвания установяват, че децата с по-ниско микробно разнообразие от Bifidobacterium, Akkermansia и Faecalibacterium са податливи на респираторна чувствителност към множество алергени (полисенсибилизация) и това може да допринесе за астма на 4-годишна възраст.
Микробиомът и поддържане на цялостното здраве
1. Поддържане на хомеостазата
Микроорганизмите, които съставляват микробиома са отговорни за функцията на имунната система засягайки поддържането на хомеостазата и имунната регулация при новородени и малки деца.
През 2015 г. проучване установява, че децата, които развиват алергии по-късно в живота са идентифицирани с по-високо разпространение на Bacteroidaceae и анаеробни бактерии с по-нисък брой на Bifidobacterium adolescentis, Bifidobacterium bifidum и Lactobacillus spp.
Непрекъснатите изследвания върху микробиома също така установяват, че тези микрооорганизми взаимодействат и разграждат външни замърсители като тежки метали, полициклични ароматни въглеводороди, пестициди, охратоксини, пластмасови мономери и органични съединения. След бъбречна филтрация в бъбреците токсините отстранени от кръвния поток се съхраняват в пикочния мехур, който осигурява субстрати и благоприятна среда за микробиотата на пикочните пътища за деактивиране на токсични вещества.
В женския генитален тракт защитният механизъм се инициира от местната микробна флора, която е отговорна за индуцирането на вроден имунитет включително секретите съдържащи цитокини, антимикробни пептиди и инхибиторни вещества.
2. Имунната система
Чрез коеволюцията на микробиома и имунната система имунният отговор се развива и засилва от способността на имунната система да прави разлика между вредните патогени и коменсалните организми, които трябва да се поддържат.
В червата съставът на микробиотата влияе върху аспектите на развитието на адаптивната имунна система. В последните проучвания върху функциите на човешкия микробиом е илюстрирано, че отсъствието на тези микроорганизми или ранната промяна на коменсалните организми може да доведе до изостряне на имунитета и алергии в резултат на анормална имунна функционалност.
При деца промени в микробиотата чрез епигенетични влияния като раждания с цезарово сечение, все по-заседнал начин на живот, замърсяване на околната среда и диети от западен тип са свързани с увеличаване на случаите на детски алергичен ринит.
Пробиотици, кърмене, промени в начина на живот като например децата да играят на сутрешно слънце за насърчаване на производството на витамин D и алерген-специфична имунотерапия са фактори насърчаващи развитието на имунната система и предотвратяването на атопичен дерматит при децата.
Чревната микробиота е отговорна за активирането на провъзпалителните Th17 клетки и регулаторните Т-клетки (Tregs) в червата. Има значително влияние върху вродения имунитет. Пример за това е стареенето на неутрофилите, което намалява провъзпалителните свойства в тялото. Тези микроорганизми стимулират стареенето на неутрофилите чрез Toll-подобен рецептор- (TLR-) и MyD88-медиирани сигнални пътища.
Микробната промяна води до намалена циркулация на остарели неутрофили и в замяна води до свързано с възпаление увреждане на органи в модели на сърповидно-клетъчна анемия или индуциран от ендотоксин септичен шок. Следователно тези организми активно контролират неутрофилите насърчаващи заболяването, които са необходими за възпалителните заболявания.
Чревният микробиом помага за защитата срещу патогенни организми. Насърчава резистентността към колонизация и синтеза на антимикробни съединения срещу нахлуващи патогени. Например балансиран чревен микробиом може да е отговорен за регулирането на антитела (CD8-T клетки и CD4 клетки), които реагират на инвазията на грипния вирус в респираторния тракт. Също така помага за подобряване и поддържане на стомашно-чревните функции.
3. Хранене на "добрите" бактерии
Микробиотата на дебелото черво има значителен принос към хранителните нужди на своя гостоприемник. Тези микроорганизми активно разграждат сложни елементи от храната, които са несмилаеми (сложни въглехидрати) от чревните клетки, което прави тези елементи от храната лесно достъпни за абсорбция и асимилация.
В храносмилателния тракт основните крайни продукти на въглехидратите и аминокиселините са късоверижните мастни киселини (SCFA), които включват оцетна, пропионова и маслена киселини. При абсорбиране от лигавицата на дебелото черво те служат като енергийни източници и прекурсори за синтеза на мукозни липиди и стимулират клетъчния растеж на епителните клетки, което води до поддържане на целостта на червата. Микробиотата на дебелото червопредпазва от рак на дебелото черво чрез производството на бутират от ферментацията на трудносмилаеми фибри. Тези важни микробни дейности в дебелото черво са довели до осигуряването на основни хранителни вещества, които не са лесно достъпни, но са необходими за поддържане на здравето на дебелото черва. В Африка е открито, че при майките и кърмачетата има високо ниво на Bacteriodetes и SCFA в изпражненията в сравнение с европейските бебета, чиито майки консумират западни диети с ниско съдържание на SCFA. Проучванията показват, че консумацията на традиционни и ферментиращи въглехидрати допринася за здрав чревен микробиом.
Друга важна функция на микробиотата на дебелото черво е осигуряването на витамини. Чревни бактерии като Bifidobacterium spp., Bacteroides spp. и enterobacteria са отговорни за производството на витамини. Витамин К например е важен коензим отговорен за синтеза на няколко фактора на кръвосъсирването включително протромбин (дефицитът му води до забавено съсирване на кръвта и прекомерно кървене).
Фолиевата киселина е важен прекурсор за синтеза на ДНК и РНК. Също така участват в синтеза на червени и бели кръвни клетки. При лечението на алергични заболявания се използват пробиотици съдържащи лактобацилус или бифидобактерия. Констатациите от използването на пробиотици като възможности за лечение разкриват, че засилен имуномодулиращ ефект се постига чрез намаляване или инхибиране на антиген-индуциращо Т-клетъчно активиране и също така потискане на клетъчния сигнален протеин (туморен некрозис фактор (TNF) участващ в системно възпаление.
Добре е да се насърчава грижа с използване на пре- и пробиотици. Повече изследвания трябва да бъдат насочени към използването на пробиотична терапия при лечението на инфекциозни заболявания. Продължават проучванията на ефектите на човешкия микробиом върху психичното здраве.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov
