Zdravstvene informacije

Što je mikrobiom i zašto znati o tome

Osoba se neprestano susreće s bakterijama. Oni su svugdje: oko nas, na nama, u nama. Nakon dugogodišnjeg znanstvenog istraživanja, čovječanstvo je dobro shvatilo odnos bakterija i bolesti. I moram reći da za zdravstveni problem u kontaktu s mnogim mikrobima postoje razlozi. Zbog prodora bakterija počinju kuga, reuma, hripavac, antraks, lajmska bolest i mnoge druge opasne bolesti. Odnosno, osoba ima mnogo razloga da percipira bakterije kao najgore neprijatelje. No, posljednjih desetljeća znanstvenici su promijenili svoje stajalište o mikroorganizmima. Ispada da nisu svi opasni i da ih ne treba sve izbjegavati.

Mikrobiom: što je to

Mikrobiom je zajednica mikroorganizama, poput bakterija, arheja, gljivica i virusa, koji žive u određenom ekosustavu ili organizmu.

Mikroorganizmi su svuda, uključujući ljudsko tijelo, tlo, naslage zemlje, mora, slatke vode, atmosfere. Znanstvenici ih nalaze čak i u ekstremnim uvjetima, na primjer, u hidrotermalnim otvorima i podglacijalnim jezerima.

Usput, često umjesto izraza "mikrobiom" koriste riječ "mikrobiota". U pravilu se oba termina upotrebljavaju naizmjenično, iako stručnjaci kažu da još uvijek postoji određena razlika u značenju riječi. Mikrobiota je dinamična zajednica trilijuna mikroba koji žive u skladu s ljudskim stanicama. Ali mikrobiom je skupni naziv gena koji žive unutar tih mikroba. Usput, broj gena svih mikroba koji žive u mikrobiomu jedne osobe je oko 150 puta veći od broja gena u genomu same osobe.

Svi mikrobiomi imaju nekoliko zajedničkih stvari. Njihovi "stanovnici" uvijek su vrlo brojni i raznoliki, iako je njihov kvalitativni sastav uvijek različit. Mikrobiom je vrlo dinamična zajednica koja se može mijenjati ovisno o različitim čimbenicima, bilo da se radi o klimatskim promjenama, ako govorimo o skupinama koje nastanjuju planet ili o promjeni prehrane ako govorimo o ljudskom mikrobiomu. Ali u svakom slučaju, mikrobiom je uvijek usko povezan sa svojim vlasnikom.

Staništa mikrobioma

Mikrobiom oceana

Okeani pokrivaju gotovo 70% našeg planeta, ali znanstvenici tek počinju učiti o mikroorganizmima koji nastanjuju vode Zemlje. Ti sićušni stanovnici voda su "građevinski materijal" za veće životne forme na planeti, proizvode gotovo polovicu kisika koji udišemo, prerađuju otprilike isti postotak ugljičnog dioksida i uklanjaju više od polovice metana u svjetskim oceanima.

Mikrobiom zemlje

Tlo i naslage zemljišta sadrže ogroman broj mikrobnih zajednica. Prema grubim procjenama, svaki gram tla sadrži oko 40 tisuća vrsta mikroskopskih stanovnika. Oni su potrebni za održavanje stotina procesa, bez kojih nijedna biljka ne može rasti na takvom tlu. Također, mikrobiom zemlje je odgovoran za raspadanje zagađivača, kao i za ciklus dušika i ugljika.

Mikrobiom atmosfere

Također je teško istraživati. Zasad znanstvenici znaju da su klice u atmosferi svugdje. Njihov skup može varirati od mjesta do mjesta, kao i s vremenom. Mikrobi se slobodno kreću po atmosferi širom svijeta, prianjajući za čestice prašine. Atmosferski mikrobiom može utjecati na širenje zaraznih bolesti, opće zdravlje ljudi, poljoprivredu, oblake i oborine.

Ljudski mikrobiom

Ljudski mikrobiom je skup trilijuna mikroba koji žive na tijelu i u ljudima. Sastoji se od oko tisuću vrsta bakterija koje žive na koži osobe, u ustima, u njegovim crijevima i vagini.

Ti mikrobi i njihovi geni, u stvari, čine nas vrsta superorganizma koji se sastoji od simbioze ljudskih stanica i mikroba. Znanstvenici sugeriraju da se mikrobiom jedne osobe može sastojati od oko 8 milijuna dodatnih gena (za usporedbu: zapravo u našem genomu postoji oko 20-25 tisuća gena).

U različitim dijelovima tijela mikrobne kolonije se vrlo razlikuju jedna od druge. Razlike između mikrobioma crijeva i usne šupljine mogu se usporediti s razlikama u kolonijama bakterija koje se nalaze na tlu i u oceanima.

Posebnost mikrobioma je da je jedinstven na tijelu svake osobe. Znanstvenici još ne mogu točno objasniti kako nastaje mikrobna raznolikost. Pretpostavlja se da su faktori poput prehrambenih karakteristika, okoliša, genetskih čimbenika i učinka mikroba na ljude u vrlo ranoj dobi utjecali na stvaranje mikrobioma.

Ali postoji zanimljiva poanta. Znanstvenici još uvijek ne mogu objasniti zašto se to događa, ali kod ljudi sa ozbiljnim kroničnim bolestima, poput dijabetesa, raznolikost mikrobioma je pojednostavljena. Također, smanjenje raznolikosti mikroba primjećuje se u organizmima ljudi s crijevnom disfunkcijom, s autoimunim bolestima, pretilošću, bolestima srca, kao i u starijih osoba.

Koliko je mikroba u nama

U ranim 1970-im znanstvenicima je bilo prilično teško odrediti broj mikroba koji nastanjuju naše organizme. Tih se dana podaci kretali od stotina milijardi do stotina bilijuna. U 2016. godini znanstvenici su proveli analizu i pokazalo se da tijelo prosječne odrasle osobe ima 39 biliona mikrobnih stanica i 30 trilijuna ljudskih stanica. Štoviše, ove brojke mogu se razlikovati ovisno o težini, visini, dobi i spolu osobe. Ali u svakom slučaju, težina svih mikroba može biti od 1 do 3 posto ukupne ljudske tjelesne mase, a to je od oko 900 g do 2,7 kg - mozak teži gotovo isto.

Gdje na osobi da traži mikrobiom

Mikrobi svugdje žive na ljudskom tijelu. Iako postoje područja u kojima je njihova koncentracija veća. Velika većina klica nalazi se u ljudskom gastrointestinalnom traktu. Nekada su se zvali crijevna mikroflora, a sada se nazivaju i crijevna mikrobiota. Ovdje živi do tisuću vrsta mikroorganizama. Crijevni mikrobiomi različitih ljudi mogu sadržavati slične vrste mikroba, ali u većini slučajeva oni će se razlikovati u svom naprezanju. Pored crijeva, druga najgledanija područja mikrobioma su usta, nosna šupljina, oči, pluća, koža i vagina.

Kako se formira ljudski mikrobiom?

Osoba počinje sakupljati u sebi i na sebi mikrobe od trenutka rođenja. Dojenčad se prvo izlaže mikrobioti u rodnom kanalu. A ti mikrobi tada pomažu bebi u stvaranju vlastite crijevne mikrobiote. Usput, kod novorođenčadi rođene carskim rezom, crijevna mikroflora se formira mnogo gore. Tek nakon 6 mjeseci starosti u ovim pokazateljima hvataju djecu rođenu na prirodan način.

Pored toga, iako je ova teorija tek dokazana, neki znanstvenici sugeriraju da je osoba izložena prvom izlaganju mikrobovima u maternici. Ako je to slučaj, tada će biti uništena i teorija o sterilnosti ženske maternice. U 2013. godini, znanstvenici sa Medicinskog fakulteta sa Sveučilišta u Washingtonu pregledali su placentu uzetu od 195 žena. Pokazalo se da trećina placente sadrži bakterije koje su vrlo slične mikroflori usne šupljine. Osim toga, znanstvenici su otkrili da se mikrobi nalaze i u amnionskoj tekućini. U drugom istraživanju pokazalo se da gotovo 30% beba, uz majčino mlijeko, dobiva i bakterije potrebne za stvaranje crijevnog mikrobioma.

Proces stvaranja mikrobioma nastavlja se tijekom prve 3 godine čovjekova života. Tijekom tog vremena, sastav mikrobioma se često mijenja, ali do 3. godine života formira se zreli mikrobiom određene osobe. Do ovog trenutka postaje prilično stabilan, iako ne statičan. Odnosno, sastav mikrobne zajednice tijekom života ostaje prilično fleksibilan i promjenjiv. Kako se mikrobiom stvara u svakom pojedinom slučaju, istraživačima još nije u potpunosti jasno. No stručnjaci sugeriraju da taj postupak ovisi o mnogim čimbenicima, poput prehrambenih navika, staništa, dobi, rase, spola, hormonalnih promjena, pa čak i lijekova.

Primjerice, dokazano je da se tijekom puberteta u mikrobiomu kože događaju promjene. U žena se sastav i struktura vaginalnog mikrobioma mijenja barem tri puta: tijekom trudnoće, nakon porođaja i tijekom menopauze.

Moram reći da nas mikrobi ne naseljavaju nasumično. Ljudski mikrobiom sastoji se od određenih vrsta mikroorganizama koji se međusobno nadopunjuju, pa čak i svog domaćina, a koji obavljaju važne funkcije za održavanje životne sposobnosti čovjeka.

Uzmimo za primjer crijevne bakterije. Neki od njih odgovorni su za sintezu vitamina i enzima. Drugi su potrebni za pravilnu probavu, dok su drugi odgovorni za jačanje imunološkog sustava. A neki mogu čak utjecati na aktivnost mozga.

Zanimljivo je da se ljudski mikrobiom može sadržavati i izvan tijela. Naši klice mogu ostati na bilo kojoj površini s kojom dođemo u kontakt, pa čak i biti u okolišu. Dovoljno je da osoba samo uđe u sobu kako bi dio vlastitih mikroba bacila u zrak. Stručnjaci ovaj fenomen nazivaju mikrobni oblak.

Uloga u tijelu

Znanstvenici su proučavali mikrobiome gotovo 20 godina prije nego što su došli do zaključka da ova simbioza mikroba igra važnu ulogu za ljudsko tijelo. Važno je za:

  • povećati imunitet;
  • prevencija infekcije;
  • održavanje funkcionalnosti probavnog sustava;
  • održavanje hormonalne ravnoteže;
  • pravilno funkcioniranje mozga.

Stanje mikrobioma može čak odrediti koje je bolesti osoba sklona razvoju. U 2018. godini britanski časopis Nature, koji je najutjecajnija znanstvena publikacija u području biologije i medicine, objavio je rezultate opsežne studije o mikrobiomu. Znanstvenici su, analizirajući mikrobiom više od 1000 zdravih ljudi, otkrili blisku vezu mikrobne zajednice i promjena kolesterola, tjelesne težine, glukoze u krvi i nekih drugih parametara. Specijalisti koji su proveli istraživanje zaključili su da je pomoću genetskih podataka i profila ljudskog mikrobioma mnogo lakše utvrditi njegovu sklonost određenim poremećajima nego u slučaju korištenja isključivo genetskog materijala.

Mnogi vjerojatno znaju da je vitamin B12 jedna od onih tvari koja se sintetizira u tankom crijevu. No, nakon proučavanja funkcija mikrobioma u tijelu, znanstvenici su došli do zaključka da ovu tvar s prilično složenom molekulom ne proizvodi samo ljudsko tijelo, već mikroorganizmi koji se nalaze u crijevima.

Povezanost mikrobioma i zdravlja

Što više znanstvenika saznaje o mikrobiomu, to je više dokaza da neravnoteža u mikrobnoj zajednici može biti i uzrok bolesti i uzrok oporavka zdravlja.

Uske su veze između crijevnog mikrobioma i pojave bolesti poput dijabetesa tipa 2, pretilosti, reumatoidnog artritisa, ciroze, upalne bolesti crijeva, metaboličkog sindroma. Uz to, znanstvenici sugeriraju vezu između crijevnog mikrobioma i čovjekove sklonosti tjeskobi, depresiji i autizmu.

Probava i ishrana

Mikrobiota je ključni faktor koji utječe na probavu. Bez crijevne mikroflore, mnoge popularne namirnice koje čovjek konzumira bile bi mu nejestive. Na primjer, ista vlakna sadržana u povrću, voću i orasima, bez crijevnog mikrobioma, tijelo ne bi moglo apsorbirati.

Ljudski gastrointestinalni trakt dobro se nosi s razgradnjom monosaharida (glukoze) i disaharida (laktoza). Ali mnogo mu je teže probaviti složene molekule i polisaharide, a to su bjelančevine, masti, škrob i drugi složeni ugljikohidrati dobiveni iz povrća i mesa. I ovdje crijevne klice dolaze u pomoć. Hrane se molekulama tih proizvoda, fermentacijom ih razgrađuju u metabolite, koje tijelo već može apsorbirati i koristiti u vlastite potrebe.

Čovječanstvo je dugi niz godina uvjeravalo da se tjelesna težina određuje isključivo time koliko čovjek pojede hranu. No, nedavno su znanstvenici napravili revolucionarno otkriće. Eksperiment su, međutim, stručnjaci provodili samo na miševima, ali rezultat je i dalje impresivan. Pokazalo se da na sklonost punoći utječu mikrobi koji žive u našim tijelima. Znanstvenici su mikrobiotu presadili iz crijeva tanke i pretile osobe u eksperimentalne životinje. Kao rezultat, miševi koji su dobili mikrobe od više dobro hranjene osobe dobili su dodatnu težinu. Djeluje li ova shema s ljudskim tijelom, znanstvenici još trebaju proučiti. Ali ako je tako, onda mikrobiota može biti lijek za pretilost.

Imunitet i upala

Stručnjaci kažu da ravnoteža imunološkog sustava u velikoj mjeri ovisi i o ravnoteži crijevnih mikroba. Ljudsko crijevo sadrži više imunoloških stanica nego bilo koji drugi dio tijela. Odnosno, stanice crijevne mikrobiote i imuniteta su u stalnom kontaktu. Ako se ova veza raskine, postoji rizik od razvoja složenih bolesti, uključujući alergije, pretilost, dijabetes, depresiju, pa čak i rak.

Da bi potvrdili svoju teoriju, znanstvenici su ponovo koristili miševe. Stručnjaci u laboratoriju uzgajali su životinje čija su crijeva bila potpuno lišena mikroflore. Bili su vrlo bolni, razvili su simptome upale pluća, astme i upalne bolesti crijeva. Potom su znanstvenici posadili sterilne miševe s klicama zdravih životinja i brzo su se poboljšali. Ali stanje se poboljšalo samo kod najmanjih životinja (u dobi od 1-2 tjedna), transplantacija mikrobiote nije pomogla starijim odraslima. Znanstvenici su rezultate eksperimenta smatrali još jednom potvrdom važnosti mikrobioma za preživljavanje novorođenčadi i jačanje imuniteta.

Uz to, studije su pokazale da kršenje crijevnog mikrobioma povećava rizik od upalnih bolesti, uključujući Crohnovu bolest i celijakiju, a također čini osobu sklonijom alergijama.

Mozak i živčani sustav

Postoji uska veza između gastrointestinalnog trakta i središnjeg živčanog sustava. Ta se veza temelji na vagusnom živcu, koji šalje signale iz crijeva u mozak i obrnuto. Ali crijevni mikrobiom sposoban je proizvesti brojne neurotransmitere, uključujući serotonin i GABA, koji utječu na raspoloženje, apetit i mišljenje, a mogu aktivirati i vagusni živac.

U jednom istraživanju znanstvenici su otkrili da su miševi ubrizgani crijevnom bakterijom bakterija Lactobacillus rhamnosus pokazali manje anksioznosti u stresnim situacijama i proizveli su manje hormona stresa od životinja koje nisu primile bakteriju. Potom su znanstvenici nastavili eksperiment i presjekli vagusni živac kod životinja, čime je poremetio odnos između mozga i crijeva. Nakon toga, razlike u ponašanju miševa nestale su, bez obzira na stanje njihovog crijevnog mikrobioma.

Druga istraživanja na miševima također su potvrdila vezu između crijevnih mikroba i depresije, Parkinsonove bolesti, autizma i poremećaja raspoloženja. Zanimljivo je i to da, prema riječima stručnjaka, gotovo 70% djece i adolescenata s autizmom ima problema s gastrointestinalnim traktom, što također može biti dokaz povezanosti mikrobioma i mozga.

Tko živi u nama

Ova tablica sadrži popis najoproučenijih bakterija (roda i vrsta) koje nastanjuju ljudske organizme.

Bakterije ljudskog tijela
vrsta bakterijavrsteGdje živiGlavne funkcije
BacteroidetesB. acidifaciens

B. eggerthii

B. fragilis

B. helcogenes

B. intestinalis

B. thetaiotaomicron

CrijevaProizvode metabolite koji sprečavaju upalu.
BifidobacteriumB. crudilactis

B. denticollis

B. gallicum

B. gallinarum

B. hapali

B. indicum

B. pullorum

B. reuteri

Crijeva, usna šupljina, vaginaObavlja niz funkcija korisnih za tijelo, uključujući prevenciju i liječenje ulceroznog kolitisa
LactobacillusL. rhamnosus

L. casei

L. fermentum

L. gasseri

L. plantarum

L. acidophilus i L. ultunensis

Usta, crijeva, vaginaPrevencija i liječenje proljeva, kao i drugih probavnih smetnji
PrevotellaP. copri

P. dentalis

P. maculosa

P. marshii

P. oralis

P. oris

P. sline

ustaRegulira metaboličke procese
PseudomonasP. aeruginosa

P. maltofilija

P. aeruginosa

P. fluorescens

P. putida

P. cepacia

P. stutzeri

Koža, grlo, usta, crijeva, uretra, vaginaIzaziva osip i kožne infekcije
streptokokS. mitis

S. salivarius

S. mutans

S. pneumonija

S. pyogenes

Koža, oči, nos, grlo, usta, crijeva, vaginaUzrokuje razne bolesti, uključujući upalu pluća, faringitis, kožne lezije, sepsu.

Proučavanje mikrobioma relativno je novi trend u znanosti. Iako treba napomenuti da je ruski znanstvenik Ilya Mechnikov 1908. godine sugerirao da se zdravlje može poboljšati i starenje može usporiti ako se crijevna mikroflora popravi uz pomoć korisnih bakterija koje se nalaze u fermentiranim mliječnim proizvodima. Istraživači tek moraju naučiti puno o mikrobioti. Ali već postoji razumijevanje da mikrobi nisu uvijek zli i opasni.

Autor članka:
Izvozchikova Nina Vladislavovna

Specijalnost: specijalista zarazne bolesti, gastroenterolog, pulmolog.

Ukupno iskustvo: Star 35 godina.

Obrazovanje: 1975-1982., 1MI, San Gig, najviša kvalifikacija, liječnik zaraznih bolesti.

Znanstveni stupanj: liječnik najviše kategorije, dr. sc.

Napredno usavršavanje:

  1. Zarazne bolesti.
  2. Parazitske bolesti.
  3. Hitna stanja.
  4. HIV-a.
Ostali članci autora

Pogledajte video: Rob Knight: How our microbes make us who we are (Kolovoz 2019).