МИКРОБИОТА: СОСТАВ, ФУНКЦИИ И ГДЕ ВСТРЕЧАЕТСЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

Нормальная микрофлора человеческих существ является совокупность микроорганизмов, населяющих организм стандартным способом, не вызывая каких - либо заболеваний. Сегодня термин бактериальная флора считается неуместным.

Таксономически микробиота состоит из очень разнообразных организмов, от бактерий, архей и эукариот до вирусов. Сообщества микробов существенно различаются в разных частях тела. Другими словами, состав микробов во рту не соответствует составу кишечника.

Источник: pixabay.com

Когда мы думаем о бактериях - и о микроорганизмах в целом - мы склонны вызывать уничижительные чувства по поводу присутствия этих сущностей в нашем теле. Хотя верно, что различные бактерии вызывают серьезные заболевания, обобщать эту концепцию неверно.

Микроорганизмы в нашем организме незаменимы и устанавливают мутуалистические и комменсальные отношения с нашим организмом. Наша микробиота значительно влияет на нашу физиологию - как прямо, так и косвенно -, способствует ряду метаболических функций, защищает нас от патогенов, обучает иммунную систему, среди других функций.

На состав микробиоты человека влияют разные факторы. Среди наиболее важных - диета - как у младенцев, так и у взрослых - способ родов, использование антибиотиков, определенные заболевания, генотип хозяина и многое другое.

В настоящее время существует ряд новых молекулярных методов, которые позволяют охарактеризовать микробиоту с использованием передовых методов быстрого секвенирования. Наиболее широко используется ген, который кодирует рибосомную РНК 16S и сравнивается с базой данных.

Что такое микробиота?

Микробиота определяется как совокупность микроорганизмов, присутствующих в определенной среде. В этом случае микроорганизмы связаны с человеческим организмом. Этот термин был предложен Ледербергом и МакКреем, которые подчеркнули последствия и пользу этих биологических объектов для здоровья человека.

Есть очень похожий термин: микробиом. В литературе микробиом и микробиота часто являются взаимозаменяемыми понятиями. Однако, если мы хотим быть точными, микробиом - это каталог микробов вместе с их генами.

Связанный термин - бактериальная «флора», микрофлора или кишечная флора. Оба использовались в течение нескольких десятилетий и были особенно актуальны в медицинской и научной литературе.

Однако этот термин, датируемый 1900 годом, неуместен, поскольку термин «флора» происходит от латинского цветка, связанного с растениями, населяющими конкретный регион. И поскольку не делается ссылки на набор микроплантатов, населяющих человеческое тело, от этого термина следует отказаться и заменить его на микробиоту или микробиом, в зависимости от обстоятельств.

Состав нормальной микробиоты

Число

Микробиота состоит из множества микроорганизмов, обитающих в организме каждого человека. В числовом выражении существует от 10 до 100 триллионов (превышающих количество клеток-хозяев) этих симбиотических организмов, которые расположены в основном в желудочно-кишечном тракте.

Факторы, влияющие на состав микробиоты

Микробиота начинает формироваться с момента рождения ребенка, где его тело представляет собой новую среду для микробной колонизации. Эта колонизация зависит от способа родов - естественные роды или кесарево сечение (последнее существенно влияет на микробиоту).

По мере роста и развития младенца разнообразие микробиоты линейно увеличивается в зависимости от первых колонизаторов. Это будет меняться в зависимости от широкого спектра факторов, таких как кормление грудным молоком, потребление определенных продуктов, развитие заболеваний и других.

Текущие исследования показывают, что диета является наиболее важным фактором, который помогает определить тип микробиоты, которая будет существовать у каждого человека.

таксономия

Таксономически эти микроорганизмы принадлежат к трем доменам жизни: эукариоты, бактерии и археи.

Идентичность этих организмов широко варьируется в зависимости от человека, его частей тела и географической области, в которой они живут. В следующем разделе мы более подробно опишем таксономическую принадлежность типичной микробиоты каждой области тела.

Так действительно ли мы люди?

Теперь, зная огромное разнообразие организмов, населяющих наше тело, мы должны спросить себя, кто мы такие и можем ли мы действительно считать себя личностью.

Более адекватная точка зрения - считать себя суперорганизмом или холобионтом, поскольку мы на 90% состоим из микробных клеток и на 99% из генов микробов.

Где она находится?

Наше тело представляет собой богатый комплекс микроорганизмов, каждая структура которого обеспечивает потенциальную нишу для их развития. Эти мутуалистические отношения обычно специфичны для конкретных участков, когда определенный набор микроорганизмов образует колонии в определенных областях тела. Наиболее важные регионы:

Микробиота кишечника

В нишах, предоставляемых человеческим телом, нет никаких сомнений в том, что наиболее изученным с точки зрения микробиоты является желудочно-кишечный тракт.

Тысячи видов встречаются в кишечнике взрослого человека, среди которых преобладают типы Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria и Verrucomicrobia.

Эта колонизация варьируется во всем пищеварительном тракте. В тонком кишечнике преобладают Lactobacillaceae, Erysiopelotrichaceae и Enterobacteriaceae, богатые родами Bacteroides spp., Clostridium spp., Bifidobacterium spp.

В толстой кишке наиболее распространенными обитателями являются Bacteroideceae, Prevotellaceae, Rikenellaceae, Lachnospiraceae и Ruminococcaceae.

Это различие в семействе бактерий в кишечнике отражает физиологические различия, существующие во всем кишечнике.

В тонком кишечнике рост бактерий ограничивается концентрацией кислорода, наличием антимикробных пептидов и значениями pH, тогда как в толстом кишечнике бактериальная нагрузка выше.

Кроме того, существует бактериальное ограничение в тонком кишечнике, чтобы избежать конкуренции за всасывание питательных веществ между микроорганизмами и хозяином.

В кале основные обнаруженные принадлежат к бактериальному домену, хотя есть также представители архей (отряд Methanobacteriales) и эукариот (отряд Saccharomycetales).

Микробиота полости рта

Ротовая полость и прилегающие к ней продолжения представляют собой подходящие области для размещения определенных типов микроорганизмов, включая поверхность зубов, поверхность языка и другие ороговевшие и некератинизированные структуры.

Основным компонентом ротовой полости является слюна. В одном миллилитре этой жидкости мы можем найти до 100 миллионов бактериальных клеток. Из них было идентифицировано около 300 видов, а еще 360 не получили определенной таксономической идентичности.

Тип, который доминирует в полости рта, - это Firmicutes, за ним следуют Proteobacteria, Bacteroides, Actinobacteria, Spirochaetes и Fusobacteria.

Что касается разнообразия архей, то род Methanobrevibacter был несколько раз изолирован из полости рта.

Исследования показывают, что наличие архей связано с развитием заболеваний пародонта. Таким образом, роль этих организмов в установлении комменсальных отношений с гостями еще не ясна.

Доминирующий гриб в полости рта относится к роду Candida. Как и виды архей, они были связаны с развитием множества заболеваний. Другие общие роды в полости: Cladosporium, Aureobasidium, Saccharomycetales, Aspergillus и Fusarium.

Наконец, наиболее распространенными вирусами во рту являются вирусы герпеса. По оценкам, ими владеет 90% населения.

Урогенитальная микробиота

Женский мочеполовой тракт

Микробы, обитающие во влагалище, находятся в прекрасной и сбалансированной ассоциации мутуалистического типа, защищая своего хозяина и обмениваясь питательными веществами в обмен на бескислородную среду, подходящую для их роста.

У женщин репродуктивного возраста влагалище содержит значительное количество молочной кислоты и других антимикробных веществ, которые ограничивают рост микробиоты. Эта среда поддерживается благодаря присутствию бактерий, продуцирующих молочную кислоту, особенно Lactobacillus spp.

Фактически, бактерии, принадлежащие к этому роду, считаются с 1892 года незаменимыми обитателями для здоровья влагалища.

Помимо Lactobacillus, во влагалище присутствуют микроорганизмы следующих родов: Staphylococcus, Ureaplasma, Corynebacterium, Streptococcus, Peptostreptococcus, Gardnerella, Bacteroides, Mycoplasma, Enterococcus, Escherichia., Veillonobella.

По мере того как женщины стареют и гормональный фон колеблется, микробиота изменяется.

Мужской урогенитальный тракт

По сравнению с женским урогенитальным трактом, мужская микробиота мало изучена и не так подробно изучена.

Некоторые из родов, о которых сообщалось о половом члене, включают Staphylococus epidermidis, Corynebacterium spp., Lactobacillus spp. И другие.

Микробиота легких

Легкие представляют большой интерес для изучения их микробиоты. Однако количество исследований по этому вопросу очень ограничено, что связано с трудностями при отборе проб. Хотя раньше они считались стерильными территориями, сегодня это видение изменилось.

Было обнаружено присутствие родов Streptococcus, а в некоторых образцах - Haemophilus, Rothia, Prevotella, Veillonella и Fusobacterium.

Микробиота кожи

Самый большой орган человека - это кожа, которая покрыта множеством разнообразных микроорганизмов и заселяется ими с момента рождения.

Выявлено около 200 родов бактерий, которые считаются обитателями кожи. Большинство этих видов принадлежат к трем типам, а именно: Actinobacteria, Firmicutes и Proteobacteria.

Состав микробиоты кожи тесно связан с типом кожи, привычками и генетикой хозяина, что делает его чрезвычайно разнообразным.

Большинство микробов питаются кожными выделениями, поэтому они образуют очень близкие отношения.

Характеристики

Пищеварение и производство витаминов

Микробиота выполняет ряд функций в организме человека, подчеркивая ее роль в улучшении пищеварения.

Бактерии, живущие в конце толстой кишки, связаны с расщеплением полисахаридов, которые не могут эффективно метаболизироваться в тонком кишечнике, что увеличивает всасывание питательных веществ.

Также было показано, что разные бактерии способны производить необходимые витамины, которые будут поглощены хозяином. Примером этого является один из наиболее известных ученым организмов: кишечная палочка.

Конкуренция и защита от патогенов

Конкуренция определяется как антагонистическое взаимодействие, при котором два или более видов соревнуются за общий ресурс.

Спектр безобидных микроорганизмов, которые содержатся в нашем организме, постоянно конкурирует с патогенами, и в большинстве случаев им удается их вытеснить - благодаря тому, что в экологии известно как принцип конкурентного исключения.

Считается, что они создают первую линию защиты от заражения этими потенциальными патогенами.

Как изучается микробиота?

Изучение микробиоты восходит к временам Антони ван Левенгука, в начале 1680 года. Этот исследователь сравнительно изучил различные микроорганизмы, населявшие ротовую полость и фекалии, отметив значительные различия в обеих областях.

Различия вышли за пределы области тела, так как этот исследователь также включил сравнения между здоровыми и больными людьми в свой экспериментальный план. Таким образом ему удалось показать важность микроорганизмов для здоровья человека.

Исторически сложилось так, что изучение микробиоты связано с затратами времени и энергии на создание нескольких культур.

В настоящее время эта методология была заменена молекулярным подходом, который позволяет анализировать генетические последовательности микроорганизмов (обычно в качестве молекулярного маркера используется ген для рибосомной РНК 16S и 18S).

Анализируя эти последовательности, таксон (эукариоты, бактерии или археи) можно отнести к разным таксономическим уровням, пока мы не дойдем до вида.

Термин метагеномика первоначально использовался для характеристики общей ДНК, а сегодня он используется более точно для обозначения изучения генетических маркеров, таких как ген рибосомной ДНК 16S.

Что происходит, когда в микробиоте возникает дисбаланс?

Хотя нет четкого и точного очертания всех организмов, населяющих человеческий организм, известно, что изменение их численности и состава влияет на здоровье, от расстройств пищеварения до развития тревожного поведения.

В настоящее время лечение, направленное на восстановление здоровой микробиоты, проводится пациентам, страдающим некоторыми заболеваниями.

Ссылки

1. Дональдсон, Г.П., Ли, С.М., и Мазманян, СК (2016). Биогеография кишечника бактериальной микробиоты. Обзоры природы. Микробиология, 14 (1), 20–32.
2. Ллойд-Прайс, Дж., Абу-Али, Г., и Хаттенхауэр, К. (2016). Здоровый микробиом человека. Геномная медицина, 8 (1), 51.
3. Марчези, младший (ред.). (2014). Микробиота и микробиом человека. CABI.
4. Марчези, младший, и Равель, Дж. (2015). Словарь исследования микробиома: предложение. Микробиом, 3, 31.
5. Mimee, M., Citorik, RJ, & Lu, TK (2016). Микробиомная терапия - достижения и проблемы. Расширенные обзоры доставки лекарств, 105 (Pt A), 44–54.
6. Мохаджери, М.Х., Брюммер, Р., Расталл, Р.А., Версма, Р.К., Хармсен, Х., Фаас, М., и Эггерсдорфер, М. (2018). Роль микробиома для здоровья человека: от фундаментальной науки до клинического применения. Европейский журнал питания, 57 (Приложение 1), 1–14.
7. Терсби, Э., Джуге, Н. (2017). Введение в микробиоту кишечника человека. Биохимический журнал, 474 (11), 1823–1836.
8. Урселл, Л.К., Меткалф, Дж. Л., Парфри, Л. В., и Найт, Р. (2012). Определение микробиома человека. Обзоры питания, 70 Дополнение 1 (Дополнение 1), S38 - S44.