Човешкото тяло е дом за огромен брой микроорганизми (археи, микроскопични гъбички, протозои и вируси), които обитават кожата и лигавиците на здрави нормални хора и формират „нормалната микробиота“ на организма. Геномите на тези клетки колективно се дефинират като „микробиом“.[1]

Изчислява се, че на всяка човешка клетка се падат по десет микробни клетки, а гените, които носят тези микроорганизми, превишават човешките 150 пъти. Малка част от тази популация са патогенните микроорганизми. Друга, по-голяма част, са условно патогенните микроорганизми. Третият вид бактерии са „добрите“ или полезните за човека и животните бактерии. Най-голямо е количеството на тези бактерии, както и биоразнообразието им в стомашно-чревния тракт, но и други части на тялото, като кожата, белите дробове, влагалището не са лишени от присъствието на микроорганизми.[2]

Откритието на А. ван Льовенхук през 1683 г., че в тялото ни има микроби, е много изненадващо и безспорно е предизвикало огромен интерес и вълнение сред учените от 17-ти век. Оттогава тези наши спътници не са преставали да ни изненадват. Първо, те станаха причина за страх, тъй като имат потенциал да причинят редица болести, някои от които (като менингит и пневмония) – животозастрашаващи. На по-късен етап открихме, че това са и коменсали, които трябва да ценим и пазим, защото са от съществено значение за нашето развитие, участват в защитата ни от екзогенни патогени и ни доставят хранителни вещества, енергия и витамини. Сега, през второто десетилетие на 21-ви век, узнаваме, че те участват и в изграждането на физиката ни, определят поведението и настроението ни. Развитието на взаимоотношенията ни с микрофлората доведе до разбирането, че ни чакат още много изненади.[3]

Микробиомът или геномът на колониите от бактерии, вируси и други микроби, населяващи червата, е ключов фактор не само за физическото, но и за психичното здраве на човека. Тази интелигентна бактериална екосистема в червата е от първостепенно значение за имунитета и съдържа десет пъти повече бактериални клетки, отколкото човешки клетки. [4]

Когато се говори за микробиом, става дума за милиони гени- 3,3 милиона е едно от публикуваните числа- за сравнение човешкият геном се състои само от 20 до 25 000 гени.[5]

Днес вече се възприема становището, че храната или поне някои от нейните съставки, играят ролята на „хормони“ по отношение на микробиома.

При животните вече има множество доказателства, които показват, че чревният микробиом е отговорен за наднормено тегло и затлъстяването.

Националният Институт на САЩ за изучаване на Човешкия микробиом  е една от първите мащабни инициативи в посока изучаване на чревната микробиота. Първата фаза (HMP1) на програмата определя „общите“ елементи между „здравите“ микробиоми при отсъствие на заболявания. Студията върху двете основни групи – здравите възрастни индивиди и популацията с доказани специфични заболявания установяват  типични различия в микробиомното присъствие и ензимна продукция.  [6]

Едно от големите открития на HMP1  е таксономичната композиция на микробиома и корелацията му с фенотипа на гостоприемника. Тези открития поставят началото на интегративния Проект за Човешкия Микробиом ( iHMP или HMP2) – специално създаден, за да се занимава цялостно  с връзката между госторпиемник- микробиом, включително на ниво имунитет, метаболизъм и молекулни активности.

При хората, микробиомът  се придобива при раждането и съществуват различия при децата, родени с цезарово сечение и per vias naturalis. Впоследствие, микробиомното изобилие се обогатява през първите 2-3 години от живота.  Нещо повече, резултати публикувани през 2009 година, показват че на 2 годишна възраст, американските деца се представят със значително по-беден микробиом, в сравнение с децата, родени на Малдивите. Тези различия се наблюдават и при възрастните.[7]

С преминаването към твърди храни разнообразието от клостридийни видове се увеличава.

След втората година, микробната флора се стабилизира, състои се основно от представители на семействата Bacteroidaceae, Lachnospiraceae и Ruminococcaceae13. Така микробиома достига своята сложност през юношеската възраст и остава относително стабилен до зрялата възраст. В по-късните етапи от живота микробиомът става сравнително по-малко разнообразен, с намалена стабилност. Днес съществуват сериозни доказателства в подкрепа на наследствения характер на микрофлората. Въпреки че наследството на бактериите от бащата е слабо проучено, увеличаващите се доказателства подкрепят наследството от майката.[8]

Тъй като лактобацилите доминират във влагалището на майката, първоначалното колонизиране на стомашно-чревния тракт с тези бактерии не може да е случайно. Друг важен фактор за състава на микробиома е начинът на хранене, тъй като флората на бебетата, хранени с кърма в сравнение с тези на изкуствено хранене, е много различна, както по отношение на състава, така и по отношение на разнообразието. Бифидобактериите присъстват в микрофлората на кърмачетата, докато при бебета, хранени с изкуствени храни, преобладават Escherichia coli, Clostridium difficile, Bacteroides fragilis и лактобацили[9].

Интестиналният микробиом се влияе, както от екзогенни (диетични навици, растителни фибри, неусвоими въглехидрати, които играят „пребиотична“ роля, начинът на живот, приемът на медикаменти, и дори начинът родоразрешение) и ендогенни (бактериални мукозни рецептори и интеракции, интестинално pH, имунна система) фактори. Чревната микробиота активно участва в множество метаболитни процеси на човешкия организъм.  Така например, с помощта на микробиома се синтезира витамин К и биотин, улеснява се абсорбцията на важни нутриенти, формира се развитието на мукозна имунна система както и се осигурява бариерна функция, чрез потискане на потенциално опасни микроорганизми .  [10]

През последните години се наблюдава нарастваща тенденция да се използват молекулярно-генетични техники за идентифицирането на микроорганизмите и една от тях е секвениране на гените, кодиращи малката рибозомна субединица (16S rRNA). Генът се амплифицира чрез полимеразно-верижна реакция (PCR) и последователността на получената ДНК се определя и след това се сравнява с последователностите на 16S rRNA гени на организми, които са били депозирани в бази данни. Ако последователността е повече от 98% подобна на тази в базата данни, тогава се приема, че генът е от един и същи вид и следователно може да се установи самоличността на един неизвестен организъм. Процедурата е много по-лесна за изпълнение от класическите фенотипни тестове за идентификация и има огромно предимство, че позволява филогенетичното сравняване на отделните организми.

Важността на връзката между чревния микробиом и човека се доказва при пациенти с алогенна трансплантация на хематопоетични стволови клетки (allo-HSCT), които имат увреда на стомашно-чревната лигавица, водеща до намалено разнообразие на чревната флора.

Това поставя въпроса за въздействието на чревното разнообразие върху смъртността след трансплантация. Охарактеризирани са бактериални 16S rRNA генни последователности и микробното разнообразие е оценено чрез индекса на Simpson. Субектите са класифицирани в групи с високо, средно и ниско разнообразие. Резултатите от смъртността са значително по-лоши при пациенти с по-ниско чревно разнообразие; общата преживяемост от 3 години е съответно 36%, 60% и 67% за групите с ниско, средно и голямо разнообразие. Авторите на тази студия сочат разнообразието на чревната микрофлора като независим предиктор за смъртността при алогенна трансплантация на хематопоетични стволови клетки[11].

Комплексността и стабилността на микробиома е полезна за макроорганизма, като го предпазва от чужда колонизация, осигурява хранителни вещества, енергия, витамини, късоверижни мастни киселини, обучава имунната система. Стареенето, стресът, неправилният начин на живот, грешки в диетата, както и употребата на някои лекарства, най-вече антибиотици, водят до нарушаване на естествения баланс на микрофлората на човека.

 

Книгопис:

[1] PeerJ. 2019 Aug 16;7:e7502. doi: 10.7717/peerj.7502. eCollection 2019. Factors affecting the composition of the gut microbiota, and its modulation. Hasan N1,2, Yang H1..

[2] Цветан Велинов, „Белодробен микробиом и обоснована антибиотична терапия“, сп. Инспиро, бр. 2(45), 2018

[3] bg.khanacademy.org/science/biology/structure-of-a-cell/introduction-to-cells/v/cell-theory

[4] https://www.cell.com/cell/pdf/S0092-8674(16)30256-2.pdf

[5] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/43021

[6] Eckburg, P. B. et al. Diversity of the human intestinal microbial flora. Science 308, 1635–1638 (2005).

[7] https://www.metabolomicsworkbench.org/

[8] Ochman H, Worobey M, Kuo CH et al. Evolutionary relationships of wild hominids recapitulated by gut microbial communities. PLoS Biol 2010; 8: e1000546.

[9] Penders J, Thijs C, Vink C et al. Factors influencing the composition of the intestinal microbiota in early infancy. Pediatrics 2006; 118: 511–21.

[10] Host genetic variation and its microbiome interactions within the Human Microbiome Project- Genome Med 2018 , Raivo Kolde

[11] Taur Y, Jenq RR, Perales MA et al. The effects of intestinal tract bacterial diversity on mortality following allogeneic hematopoietic stem cell transplantation. Blood 2014; 124: 1174–1182.