Mikrobióm - čo to je a aké sú jeho funkcie?

Mikrobióm je druh „orgánu“, na ktorý moderná medicína už mnoho rokov zabúda. Avšak už viac ako tucet rokov vďaka rozvoju biomedicínskych vied prebieha veľa výskumov, ktorých výsledky dokazujú, že mikrobióm je viac než len skupina mikroorganizmov obývajúcich naše telo. Čo je to mikrobióm? Prečo je to také dôležité pre naše zdravie? Ako sa o to starať?

Obsah

1. Mikrobióm, mikroflóra alebo mikroflóra?
2. Mikrobióm - z čoho sa skladá?
3. Mikrobióm - aké sú jeho funkcie?
4. Mikrobióm - čo to ovplyvňuje?
5. Mikrobiómy a civilizačné choroby
6. Mikrobióm a obezita
7. Mikrobióm a nervový systém
8. Mikrobióm - ako sa oň starať?

Mikrobióm (mikrobiota, mikroflóra) je zoskupenie mikroorganizmov charakteristických pre dané prirodzené prostredie. Ako biotop by sme mali chápať nielen more alebo pôdu, ale aj organizmus ľudí a iných zvierat. Preto okrem mikrobiómu morí a pôdy rozlišujeme mikrobiómy črevné, kožné, pohlavné, ucho a ústne.

Zloženie mikrobiómu sa líši v závislosti od biotopu, ktorý obsadzuje. V súčasnosti sa najviac výskumov venuje najpočetnejšiemu mikrobiómu v našom tele, teda tráviacemu traktu.

Mikrobióm, mikroflóra alebo mikroflóra?

Pojem „mikrobióm“ prvýkrát použil v roku 2001 laureát Nobelovej ceny Joshua Lederberg, ktorý ním označil genómový súbor všetkých mikróbov obývajúcich ľudské telo. Preto sa tento výraz v tomto zmysle používa častejšie.

Keď hovoríme o zhromažďovaní všetkých mikroorganizmov ako buniek, mal by sa používať termín „mikrobiota“.

Termín „mikroflóra“ je zase starý termín, ktorý sa používa menej často, a pochádza z doby, kedy bola väčšina mikroorganizmov klasifikovaná do ríše rastlín (pojem „flóra“ popisuje všetky druhy rastlín nachádzajúce sa v danej oblasti).

Mikrobióm - z čoho sa skladá?

Mikrobióm sa skladá z baktérií, kvasiniek, húb, prvokov, vírusov a archeí. Pamätajte, že nie vždy musia byť k hostiteľovi „priateľskí“. Mikrobiota môže tiež obsahovať mikroorganizmy potenciálne patogénne pre človeka, napr. Escherichia coli.

Vzhľadom na obrovský počet mikroorganizmov si gastrointestinálny mikrobióm zaslúži osobitnú pozornosť, ktorú tvoria hlavne baktérie zo 4 podskupín:

• Firmicutes (64%)
• Bacteroides (23%)
• Proteobaktérie (8%)
• Aktinobaktérie (3%)

U zdravých ľudí sa jednotlivé úseky tráviaceho traktu vyznačujú premenlivou rozmanitosťou mikroorganizmov. Žalúdok a dvanástnik sú prakticky sterilné, pretože kyslé pH žalúdočnej šťavy vytvára nepriaznivé prostredie pre väčšinu mikroorganizmov. V tenkom čreve je ich počet väčší, pohybuje sa od 10 000 do 100 000 v 1 grame obsahu potravy.

Prevažujú tu acidofilné baktérie rodu Lactobacillus a Streptokok. Najväčšie množstvo mikroorganizmov je v hrubom čreve a je to dokonca bilión buniek v 1 grame obsahu potravy! Prevažná väčšina sú mikroorganizmy netolerujúce kyslík (anaeróby), ako sú baktérie rodu Bifidobacterium či Clostridium.

Odhaduje sa, že v zažívacom trakte je 10-krát viac mikroorganizmov ako buniek v ľudskom tele (asi 100 biliónov buniek s hmotnosťou asi 2 kg) a počet génov v nich je 3,3 milióna. Pre porovnanie, ľudský genóm predstavuje iba 21 000 génov.

Baktérie obývajúce tráviaci trakt možno rozdeliť podľa funkcií, ktoré v tele hrajú:

• proteolytické baktérie (tiež známe ako hnilobné) sú potenciálne patogénne baktérie, ktorých nadmerný rast v čreve môže nepriaznivo pôsobiť na telo; okrem iného zahŕňajú baktérie rodu Klebsiella, Enterobacter, Serratia, Citrobacter, Pseudomonas
• ochranné (probiotické) baktérie sú baktérie, ktoré inhibujú rast patogénnych mikroorganizmov, utesňujú črevný epitel a produkujú výživné látky pre črevný epitel; okrem iného zahŕňajú baktérie rodu Lactobacillus a Bifidobacterium
• imunostimulačné baktérie stimulujú bunky imunitného systému, znižujú zápalovú reakciu a stimulujú produkciu protilátok IgA cez sliznicu; okrem iného zahŕňajú baktérie rodu Enterococcus a Escherichia coli. Posledne menovaný je tiež potenciálne patogénny za nepriaznivých podmienok

Mikrobióm - aké sú jeho funkcie?

Črevné mikroorganizmy môžu metabolizovať potravinové látky - uhľohydráty, bielkoviny, tuky a tie, ktoré sú priamo odvodené z človeka, ako sú mŕtve bunky a hlien. Mikrobióm ich používa na podporu základných životných aktivít.

Preto sa funkcie mikrobioty dajú porovnať s typom bioreaktora, ktorý počas fermentačného procesu produkuje nespočetné množstvo bioaktívnych látok. Množstvo a povaha týchto látok bude vo veľkej miere závisieť od našej stravy.

Okrem podpory tráviacich procesov, črevný mikrobióm:

• produkuje vitamíny skupiny B a vitamín K.
• zvyšuje vstrebávanie minerálov ako horčík a vápnik
• zabraňuje kolonizácii čreva patogénnymi baktériami
• stimuluje dozrievanie buniek imunitného systému a podporuje jeho prácu
• upokojuje zápalové procesy
• ovplyvňuje dozrievanie a diferenciáciu buniek črevného epitelu
• deaktivuje toxíny a karcinogény
• podieľa sa na metabolizme cholesterolu a bilirubínu

Mikrobióm - čo to ovplyvňuje?

• gény

Zatiaľ čo zloženie črevného mikrobiómu je primárne ovplyvňované environmentálnymi faktormi, hostiteľský genotyp ovplyvňuje mikrobióm tiež v menšej miere. Príkladom takéhoto vzťahu sú varianty génu FUT2 kódujúce enzým fukozyltransferázu 2, ktoré sú okrem iného zodpovedné za: na tvorbu antigénov spojených s krvnými skupinami.

Ľudia s nepriaznivým variantom génu FUT2 neprodukujú určité oligosacharidy, ktorých nedostatok ich predurčuje na nedostatok ochranných baktérií rodu. Bifidobacterium. Asi 20% Európanov má nepriaznivý variant tohto génu.

• vek a spôsob doručenia

Pred dodaním do maternice je náš tráviaci trakt sterilný. Počas prirodzeného pôrodu je gastrointestinálny trakt osídlený vaginálnym mikrobiómom matky. Potom sa počas dojčenia mliekom odovzdávajú dieťaťu prebiotické látky (ľudské oligosacharidy), ktoré stimulujú rast prospešných baktérií ako napr. Bifidobacterium.

Umelo kŕmené deti môžu mať menej týchto baktérií. Ukázalo sa, že pôrod a spôsob stravovania môžu byť rozhodujúce pre správny vývoj mikrobiómu a rozvoj napríklad alergií. U prirodzene narodených detí sa pozorovali významné rozdiely v zložení mikrobiómu v porovnaní s tými, ktoré sa dodali cisárskym rezom.

Po ukončení dojčenia a zavedení tuhej stravy sa zloženie črevného mikrobiómu postupne podobá zloženiu dospelého človeka. Do veku okolo 15 rokov sa stáva relatívne stabilným (ak je človek zdravý a vedie správny životný štýl).

Ďalšou etapou ľudského života, v ktorej sa pozoruje zmena zloženia črevného mikrobiómu, je obdobie asi po 65 rokoch života. U starších ľudí klesá počet ochranných baktérií rodu Bifidobacterium a zvýšenie počtu potenciálne patogénnych baktérií, ako sú napr Clostridium.

Pokles Bifidobacterium, ktoré znižujú zápal na črevnej sliznici, môžu byť jedným z faktorov, ktoré zhoršujú chorobné procesy súvisiace s vekom. Prečo sa to deje? Je to do značnej miery dôsledkom skutočnosti, že naše telo sa s pribúdajúcim vekom stáva menej výkonným, t. J. Stav zubov sa zhoršuje, množstvo vylučovaných slín a účinnosť orgánov, napríklad pankreasu, klesá.

• Strava

Diéta je jedným z najviac ovplyvňujúcich faktorov zloženia črevného mikrobiómu. Ak poskytneme nášmu mikrobiomu správne množstvo komplexných sacharidov, mikroorganizmy budú produkovať látky, ako sú mastné kyseliny s krátkym reťazcom (SCFA), napríklad butyrát alebo kyselina mliečna, ktoré majú na organizmus priaznivý vplyv, vrátane umlčaním zápalových reakcií.

Odhaduje sa, že 10 - 20% skonzumovaných sacharidov je odolných voči tráveniu ľudskými črevnými enzýmami. Jedná sa o nestráviteľné sacharidy, ako je rezistentný škrob a neškrobové polysacharidy (napr. Pektíny a celulóza), ktoré sú ideálnymi „živinami“ pre mikrobióm.

Na druhej strane, ak naša strava obsahuje prebytok spracovaných potravín, jednoduchých cukrov, nasýtených tukov a živočíšnych bielkovín, mikroorganizmy začnú produkovať škodlivé látky, ako sú biogénne amíny (napr. Tyramín), skatol, indol alebo amoniak. Tieto látky môžu poškodiť bunky črevného epitelu, vyvolať zápal a viesť k narušeniu priepustnosti črevnej bariéry.

Bola uskutočnená štúdia, v ktorej bolo porovnané zloženie črevného mikrobiómu detí žijúcich v Taliansku a stravujúcich sa podľa západného stravovacieho modelu (bohaté na živočíšne bielkoviny, tuky a jednoduché cukry) s výživou detí žijúcich na vidieku Burkina Faso (bohaté na komplexné sacharidy a nízke množstvo živočíšnych bielkovín) . Ukázali, že zloženie mikrobiómu sa v oboch skupinách radikálne odlišovalo.

U detí z Talianska skupina baktérií charakteristických pre obéznych ľudí (Firmicutes) došlo k premnoženiu hnilobných baktérií a vo výkaloch sa zistil znížený obsah butyrátu a ďalších SCFA. Toto sa u detí z Burkiny Faso nezistilo. To ukazuje, ako nesprávne stravovacie návyky ovplyvňujú narušenie črevného mikrobiómu.

Diéty s nízkym obsahom komplexných sacharidov (napr. Rozpustnej vlákniny) znižujú rozmanitosť črevného mikrobiómu, najmä ochranných baktérií rodu Bifidobacterium. Príkladom takejto stravy je strava FODMAPs a nesprávne vyvážená bezlepková strava.

Stredomorská strava je vo výskume najpriaznivejšia, pretože okrem veľkého množstva vlákniny obsahuje polyfenoly. Ako ukazujú posledné štúdie, 90-95% polyfenolov sa hromadí v hrubom čreve, kde prechádzajú rôznymi biochemickými zmenami črevného mikrobiómu.

• Psychický stres

Štúdie na myšiach a ľuďoch preukázali, že psychický stres znižuje počet ochranných baktérií rodov Lactobacillus a Bifidobacterium. Stres navyše stimuluje rast potenciálne patogénnych baktérií Escherichia coli. Pravdepodobne je to spôsobené vylučovaním stresového hormónu kortizolu.

Ukázalo sa tiež, že polyfenoly, ako je resveratrol v hrozne alebo katechíny v čaji, majú pozitívny vplyv na zloženie črevnej mikrobioty a pôsobia ako prebiotiká.

PREČÍTAJTE SI TIEŽ:

• PROBIOTIKA - liečivé vlastnosti, typy a zdroje
• Dobré baktérie v tele: mikróby, ktoré chránia pred chorobami
• Časté pranie skracuje životnosť? Áno, a existujú o tom dôkazy!

Mikrobiómy a civilizačné choroby

Mikrobióm sa často porovnáva s „orgánom“, na ktorý moderná medicína zabudla. Výskum jasne ukazuje, že mikrobióm je ako každý iný orgán schopný prijímať a reagovať na informácie z okolia - ako sú zmeny pH, prítomnosť živín, imunitných buniek a hormónov. Tento systém sa nazýva snímanie kvóra a umožňuje molekulárny dialóg medzi mikrobiómom a ľudskými bunkami a orgánmi.

Vzhľadom na viacúrovňový vplyv mikrobiómu na naše telo by nemalo byť prekvapením, že kvalitatívne a kvantitatívne poruchy mikrobómu nazývané intestinálna dysbióza môžu ovplyvniť vznik mnohých civilizačných chorôb, ako napríklad:

• obezita
• cukrovka
• autoimunitné choroby
• alergie
• depresívne poruchy
• autizmus
• Alzheimerova choroba

Prelomom vo výskume vzťahu medzi mikrobiómom a ľudským zdravím bol projekt „Human Microbiome Project“, ktorý v roku 2007 inicioval americký Národný inštitút zdravia. Používa najmodernejšie metódy molekulárnej biológie, ktoré umožňovali určiť rozdiely v zložení ľudského mikrobiómu v závislosti od zemepisnej šírky, genotypu, veku a stravy.

Mikrobióm a obezita

Prvé štúdie ukazujúce vzťah medzi črevným mikrobiómom a obezitou sa uskutočňovali na myšiach. Zistilo sa, že obézne myši - v porovnaní s chudými myšami - narušili proporcie medzi baktériami zo skupiny Firmicutes (príliš veľa) i Bacteroides (nedostatočné).

V súčasnosti sa verí, že črevný mikrobióm môže ovplyvniť vývoj obezity najmenej tromi mechanizmami:

• produkciou ďalších kilokalórií (4 - 10% energie získanej z potravy generuje mikrobióm, je to asi 80 - 200 kcal / deň)
• vyvolanie zápalu nízkej hladiny (takzvaná metabolická endotoxikémia, ktorá môže spôsobiť inzulínovú rezistenciu)
• regulácia centra hladu a sýtosti (mikrobióm ovplyvňuje okrem iného sekréciu glukagónu podobného peptidu-1 a peptidu YY a čas intestinálneho prechodu)

Mikrobióm a nervový systém

Experimentálne štúdie na myšiach preukázali, že črevný mikrobióm ovplyvňuje vývoj nervového systému, stresovú reakciu a správanie. Čoraz viac štúdií naznačuje aj priamy vzťah medzi črevným mikrobiómom a depresívnymi poruchami.

V tejto súvislosti tzv os čreva a mozgu a nerv vagus, ktoré sú zodpovedné za prenos signálov z čreva do mozgu.

Ďalšími mechanizmami, pomocou ktorých môžu mikroorganizmy ovplyvňovať naše správanie, je ich účasť na metabolizme tryptofánu (je predchodcom syntézy „hormónu šťastia“ - serotonínu) alebo priamo syntézou neurotransmiterov, napríklad baktérií rodu Escherichia a Enterococcus môže produkovať serotonín a svojho druhu Lactobacillus GABA (neurotransmiter zodpovedný za upokojenie a relaxáciu).

Okrem toho výskum naznačuje účasť črevného mikrobiómu na vývoji porúch, ako sú:

• autizmus
• schizofrénia
• ADHD
• bipolárna porucha

Mali by ste vedieť

SIBO alebo bakteriálny premnoženie tenkého čreva je typ črevnej dysbiózy, ktorá spočíva v nadmernom množení baktérií v tenkom čreve, ktoré sú charakteristické pre hrubé črevo.

SIBO je príčinou porúch trávenia a absorpcie. Existuje súčasne s mnohými chorobami, ako napríklad:

• syndróm dráždivého čreva (84%)
• celiakia (66%)
• gastroezofageálna refluxná choroba (50%)
• hypotyreóza (54%)
• pankreatitída (35%)

Príčiny SIBO môžu byť:

• poruchy intestinálnej motility
• antacidá
• žalúdočné choroby
• nedostatok tráviacich enzýmov
• Staroba
• antibiotická terapia

Mikrobióm - ako sa oň starať?

• konzumujte zeleninu a ovocie bohaté na polyfenoly (čučoriedky, čučoriedky, maliny) a prebiotické látky, ktoré sú „výživou“ pre črevné mikróby (strukoviny, citrusové plody, topinambur, pór, cibuľa, špargľa, banány)
• konzumujte komplexné sacharidy, ako je hnedá ryža, ovsené otruby a ovsené otruby, ktoré obsahujú rozpustnú vlákninu stimulujúcu produkciu butyrátu
• jedzte kvalitné tuky, napríklad v olivovom oleji
• pite zelený čaj, pretože obsahuje polyfenoly, ako sú katechíny
• zvýšiť spotrebu nakladanej zeleniny, napríklad kapusty, uhoriek, cvikly a mliečnych výrobkov, napríklad jogurtov, kefírov, pretože sú zdrojom probiotických mikroorganizmov
• vyhýbajte sa veľkému množstvu alkoholu a ak ho už konzumujete, vyberte si červené víno, ktoré obsahuje polyfenoly, ako je resveratrol
• Vylúčte z jedálnička spracované nezdravé jedlá, sladené nápoje, sušienky a tyčinky, pretože sú zdrojom jednoduchých cukrov a tukov.
• vyhýbajte sa psychickému stresu a ak to nie je možné, použite relaxačné techniky
• starať sa o dostatočné množstvo spánku
• cvičte pravidelne

Literatúra

1. Gałęcka M. a Szachta P. Kyberkompakt - význam modernej mikrobiologickej diagnostiky gastrointestinálneho traktu. Infekcie 5/2013.
2. De Filippo C. a kol. Dopad stravovania na formovanie črevnej mikrobioty odhalený komparatívnou štúdiou u detí z Európy a vidieckej Afriky. Proc Natl Acad Sci USA. 2010, 17, 107 (33), 14691-6. online prístup
3. Tomás-Barberán F.A. a kol. Interakcie črevnej mikrobioty s polyfenolami v strave a dôsledky pre ľudské zdravie. Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2016, 19 (6), 471-476. online prístup
4. Wacklin P. a kol. Sekrečný genotyp (gén FUT2) je silne spojený so zložením bifidobaktérií v ľudskom čreve. PLoS One 2011, 6, e20113. online prístup
5. De Filippis F. a kol. Dodržiavanie stredomorskej stravy na vysokej úrovni má priaznivý vplyv na črevnú mikrobiotu a súvisiaci metabolom. Črevá. 2016, 65 (11), 1812-1821. online prístup
6. Reddel S. a kol. Vplyv nízkych FODMAP, bezlepkových a ketogénnych diét na moduláciu črevnej mikrobioty v patologických podmienkach. Živiny. 2019, 12, 11 (2), E373. online prístup
7. Wołkowicz T. a kol. Mikrobióm gastrointestinálneho traktu a jeho dysbióza ako dôležitý faktor ovplyvňujúci zdravotný stav ľudského tela. Med. Exp. Mikrobiol., 2014, 66: 223-235. online prístup
8. Ostrowska L. Vplyv črevnej mikrobioty na metabolické poruchy a obezitu - pohľad internistu a dietológa. Gastroenterologia Kliniczna 2016, 8, 2, 62-73. online prístup
9. Gulas E. a kol. Ako môže mikrobiológia ovplyvňovať psychiatriu? Vzťahy medzi črevnou flórou a duševnými poruchami. Psychiatr. Polovica. 2018, 9, 1-17. online prístup

O autorovi

Karolina Karabin, MD, PhD, molekulárna biologička, laboratórna diagnostička, Cambridge Diagnostics Polska. Biologička so špecializáciou na mikrobiológiu a laboratórna diagnostika s viac ako 10-ročnými skúsenosťami v laboratórnej práci. Absolvent Vysokej školy molekulárnej medicíny a člen Poľskej spoločnosti pre genetiku človeka. Vedúci výskumných grantov v Laboratóriu molekulárnej diagnostiky na Katedre hematológie, onkológie a vnútorných chorôb Lekárskej univerzity vo Varšave. Na 1. lekárskej fakulte Lekárskej univerzity vo Varšave obhájila titul doktor lekárskych vied v odbore lekárska biológia. Autor mnohých vedeckých a populárno-vedeckých prác v oblasti laboratórnej diagnostiky, molekulárnej biológie a výživy. Denne ako špecialista v oblasti laboratórnej diagnostiky vedie testovacie oddelenie v spoločnosti Cambridge Diagnostics Polska a spolupracuje s tímom dietológov na CD Dietary Clinic. O svoje praktické poznatky z diagnostiky a dietoterapie chorôb sa delí s odborníkmi na konferenciách, školeniach, v časopisoch a na webových stránkach. Zaujíma ju najmä vplyv moderného životného štýlu na molekulárne procesy v tele.

Prečítajte si viac článkov od tohto autora