Ihmisen mikrobiomi on kaikkien ihmiskehossa asuvien mikrobien kokonaisuus [1] , mukaan lukien alueet, kuten iho, maitorauhaset, sukuelimet, keuhkot, limakalvot, kehon nesteet, sappitie ja maha-suolikanava .
Ihmisen mikrobiomi sisältää bakteereja , arkkeja , sieniä , protisteja ja viruksia [2] . Genomiikan yhteydessä termiä "ihmisen mikrobiomi" käytetään joskus viittaamaan paikallisten mikro-organismien kollektiivisiin genomeihin ; [3] Termillä ihmisen metagenomi on kuitenkin sama merkitys.
Ensimmäinen arvio ihmisissä asuvien mikro-organismien määrästä viittaa siihen, että mikrobisolujen määrä on kymmenen kertaa suurempi kuin ihmissolujen lukumäärä, mutta myöhemmät arviot ovat vähentäneet tämän suhteen 3:1:een tai jopa suunnilleen samaan määrään. [4] [5] [6] [7] Osa ihmiskehon mikro-organismeista on kommensaalisia , eli ne elävät rinnakkain aiheuttamatta haittaa ihmisille; toisilla on mutalistiset (molempia osapuolia hyödyttävät) suhteet herransa kanssa. [3] [8] Sitä vastoin jotkin ei- patogeeniset mikro-organismit voivat vahingoittaa ihmiskehoa tuottamiensa aineenvaihduntatuotteiden, kuten trimetyyliamiinin , kautta, jonka ihmiskeho muuttaa trimetyyliamiini-N-oksidiksi FMO3 :n hapettavan kompleksin kautta . [9] [10] Tietyt mikro-organismit suorittavat useita erittäin tärkeitä tehtäviä, joiden tiedetään olevan hyödyllisiä ihmisisännälle, mutta useimpien niiden roolia ei ymmärretä hyvin. Normaaliksi mikrobiooksi katsotaan joskus sellainen, jonka pitäisi olla olemassa normaaleissa olosuhteissa aiheuttamatta tautia. [3]
Ihmisen mikrobiotan analysointia varten toteutettiin Human Microbiome -projekti , jossa ratkaistiin useita ongelmia, kuten ihmisen mikrobiotan genomin sekvensointi ja analysointi keskittyen ihon, suun, nenän, ruoansulatuskanavan ja emättimen mikrobiotaan. [3] Hän saavutti virstanpylvään vuonna 2012, kun hän julkaisi ensimmäiset tulokset. [yksitoista]
Vaikka kirjallisuudessa käytetään usein termejä, kuten kasvisto tai mikrofloora , tämä on teknisesti harhaanjohtava nimitys, koska juurisana kasvisto viittaa kasveihin, kun taas termi eliöstö viittaa organismien kokonaisuuteen tietyssä ekosysteemissä. Sopivampi termi mikrobiota on tällä hetkellä käytössä , vaikka sen käyttö ei ole varjostanut kasviston vakiintunutta käyttöä ja tunnistamista suhteessa bakteereihin ja muihin mikro-organismeihin. Molempia termejä käytetään eri kirjallisuudessa. [kahdeksan]
Vuodesta 2014 lähtien on useissa lähteissä raportoitu, että mikrobisolujen määrä ihmiskehossa on noin 10 kertaa suurempi kuin ihmissolujen määrä. Tämä luku perustuu arvioihin, että ihmisen mikrobiomissa on noin 100 biljoonaa bakteerisolua ja 10 biljoonaa aikuisen omia soluja. [4] Vuonna 2014 American Academy of Microbiology julkaisi FAQ:n, jossa korostettiin, että mikrobisolujen ja ihmisen solujen määrät ovat likimääräisiä. He huomauttivat myös, että viimeaikaiset tutkimukset ovat tuottaneet uuden arvion ihmisen solujen määrästä noin 37,2 biljoonaa, mikä tarkoittaa, että alkuperäisessä arviossa 100 biljoonaa bakteerisolua mikrobien ja ihmissolujen suhde on oikea, lähempänä suhdetta 3:1 . 4] [5] Vuonna 2016 toinen tieteellinen ryhmä teki uuden arvion, joka osoitti, että suhde on noin 1:1. [7] [6]
Mikrobiomin määritelmän ongelma liittyy mikrobiyhteisön jäsenten tunnistamiseen, johon kuuluvat bakteerit, eukaryootit ja virukset. [12] DNA:ta käytetään pääasiassa näiden yhteisöjen tunnistamiseen, vaikka RNA:ta, proteiineja ja metaboliitteja tiedetään myös käytettävän. [12] [13] DNA-pohjaiset mikrobiomitutkimukset voidaan yleensä katsoa viimeaikaisten metagenomisten tutkimusten ansioksi haulikkosekvensointimenetelmällä . Tämä menetelmä on kokonaisvaltainen metagenominen lähestymistapa, jota voidaan käyttää myös erilaisten yhteisöjen toimintapotentiaalin tutkimiseen. [12] Yksi ihmisen mikrobiomitutkimuksen ongelmista on se, että ihmisen DNA ei ole mukana tutkimuksessa. [neljätoista]
Yksi tärkeimmistä kysymyksistä, pelkän ihmisen mikrobiomin analysoinnin lisäksi, on, onko olemassa yhteinen "luuranko" vai onko olemassa yhteinen mikro-organismiryhmä, joka lisää lajien monimuotoisuutta ihmisissä. [15] [16] Jos tällainen luuranko on olemassa, olisi mahdollista tunnistaa uusia sairauksia lajikoostumuksen muutoksesta riippuen, mikä on yksi Human Microbiome Projectin tavoitteista. Ihmisen mikrobiomin (gut microbiome) tiedetään olevan erittäin vaihteleva ja ainutlaatuinen kaikille ihmisille, mikä havaittiin myös testiryhmissä hiirillä. [kahdeksan]
13. kesäkuuta 2012 NIH :n johtaja Francis Collins antoi julkilausuman Human Microbiome Projectin (HMP) tärkeydestä. [11] Ilmoituksen mukana oli sarja tieteellisiä artikkeleita, jotka julkaistiin Naturessa [17] [18] ja Public Library of Sciencessa (PLoS) samana päivänä. Analysoimalla terveiden yksilöiden mikrobiomikartan genomin sekvensointitekniikoilla tutkijat loivat vertailutietokannan mikrobiyhteisöjen normaaleille vaihteluille. Yli 5 000 biologista näytettä kerättiin 242 terveeltä vapaaehtoiselta eri kehon osista. Tuloksena tehtiin analyysi ihmisen täydellisestä DNA:sta ja häntä elävästä mikrobiotosta. Sellaiset tiedot voidaan tulkita tunnistamalla bakteerien ribosomaalisen RNA:n, 16S rRNA :n, geenit . Tutkijat ovat havainneet, että yli 10 000 mikro-organismilajia muodostaa monimutkaisen ekosysteemin ihmisissä ja tunnistaa 81-99 % tällaisen ekosysteemin suvuista .
Usein ei ole mahdollista viljellä valtavasti erilaisia bakteereja , arkkeja tai viruksia laboratorioympäristössä. Ratkaisu ongelmaan on metagenomiikkatekniikassa käytettyjen sekvensointitekniikoiden käyttöönotto . Kokonaiskuvan analysoinnissa ja tiettyjen mikrobikantojen karakterisoinnissa on suuri potentiaali löytöille terapiassa ja terveystilojen diagnosoinnissa. [19]
Suurin haaste on kerätä riittävästi mikrobi-DNA:ta analyysiä varten säilyttäen samalla näytteen puhtaus; tästä syystä käytetään erilaisia rikastusmenetelmiä. Erityisesti DNA-uuttomenetelmä on universaali työkalu työskenneltäessä jokaisen bakteerikannan kanssa , kun on tärkeää eristää genomin vakaat alueet, jotka eivät ole alttiita nopealle hajoamiselle . Mekaaninen tuhoaminen on yleensä parempi kuin kemiallinen tuhoaminen. [19]
Yleisimmin käytetyt alustat sekvensointireaktioihin ovat Illumina , Ion Torrent , Oxford Nanopore MinION ja Pacific Bioscience Sequel. Oikeasta käytettävästä näytemäärästä ei ole viitteitä. [19]
Metagenomin kokoonpanoVaikka lähestymistapaa käytetään aktiivisesti, on joitain vaikeuksia, jotka on voitettava. Kattavuus riippuu kunkin genomin runsaudesta sen tietyssä yhteisössä; genomit, joiden runsaus on alhainen, voidaan fragmentoida, jos sekvensoinnin syvyys on riittämätön (käytetään aukkojen välttämiseksi). Onneksi on olemassa kokoajia, jotka helpottavat korrelaatioiden löytämistä metagenomille, koska jos satoja kantoja on läsnä, sekvensointisyvyys tulisi maksimoida. [19]
contig binningEi tiedetä etukäteen, mistä genomista kukin jatkumo on peräisin , eikä näytteessä olevien genomien määrää. Tämän vaiheen päätavoite on jakaa jatkot eri tyyppeihin. Tämän analyysin suorittamisen taustalla olevat menetelmät voivat olla valvottuja (esim. tietokannat, joiden sekvenssit tunnetaan) tai valvomattomia (suora jatkuvien ryhmien haku kerätyistä tiedoista). Molemmat menetelmät edellyttävät kuitenkin metriikkaa määrittämään samankaltaisuuspisteet tietyn jatkumon ja ryhmän välillä, johon se tulisi sijoittaa, ja algoritmin samankaltaisuuden muuttamiseksi ryhmäjakaumassa. [19]
Tulosten analyysi käsittelyn jälkeenTulosten vahvistamiseksi tulisi suorittaa joukko tilastollisia analyysejä, kuten ANOVA . Tällaisilla testeillä voidaan arvioida ja määrittää erojen astetta eri ryhmien välillä. Jos testit on linkitetty graafisiin työkaluihin, tulokset ovat helposti tulkittavissa esittelyn ja ymmärtämisen helpottamiseksi. [19]
Kun tuloksena oleva metagenomi on koottu oikeaan järjestykseen, voidaan saada mikrobiomin toiminnallinen potentiaali. Tällaisten järjestelmien laskemisessa on useita ongelmia, koska metagenomien kokoonpanojärjestelmät ovat huonompia tällaisten järjestelmien monimutkaisuuden vuoksi ja monet geenit voivat olla epätäydellisiä tai fragmentoituneita. Geenitunnistusvaiheen jälkeen dataa voidaan käyttää toiminnalliseen annotaatioon kohdistamalla kohdegeenit useaan otteeseen ortologitietokantojen kanssa. [kaksikymmentä]
Tämä on tekniikka, jossa alukkeita käytetään kohdistamaan tiettyyn geneettiseen alueeseen fylogeneettisen sarjan muodostamiseksi . Geneettiselle domeenille on tunnusomaista erittäin vaihteleva alue, joka voi tarjota yksityiskohtaisen tunnistamisen. Tämän lisäksi on myös konservoituneita alueita, jotka toimivat sitoutumiskohtina PCR :ssä käytettäville alukkeille . Bakteerien ja arkkien pääasiallinen geeni on 16S - rRNA -geeni, kun taas sienten tunnistaminen perustuu sisäiseen transkriptoituun välikappaleeseen (ITS). Tämä menetelmä on nopea ja riittävä mikrobiyhteisön luokituksen saamiseksi. Menetelmä soveltuu myös kontaminoituneelle DNA:lle (kontaminaatio isännästä). Alukkeen affiniteetti vaihtelee kaikkien DNA-sekvenssien välillä, mikä voi johtaa harhaan monistusreaktion aikana. Siksi alukkeen valinnan optimointi voi auttaa vähentämään tällaisia virheitä, kun otetaan huomioon täydellinen tieto näytteessä olevista mikro-organismeista ja niiden suhteellisesta runsaudesta. [21]
Geenimarkkerianalyysi voi riippua alukkeen valinnasta; tämän tyyppisessä analyysissä on toivottavaa suorittaa hyvin validoidun protokollan puitteissa (esimerkiksi Earth Microbiome Projectissa käytetty protokolla ). Ensimmäinen vaihe tässä analyysissä on sekvensointivirheiden poistaminen. Monet sekvensointialustat ovat erittäin luotettavia, mutta suuri osa näennäisestä sekvenssidiversiteetistä johtuu edelleen sekvensointiprosessin virheistä. Voit vähentää näiden virheiden määrää yhdistämällä sekvenssit operatiiviseksi taksonomiseksi yksiköksi (OTU), jota käytetään jo seuraavassa vaiheessa. Mutta tämä menetelmä hylkää SNP :t , kun ne yhdistetään yhdeksi OTU:ksi. Toinen lähestymistapa perustuu oligotyypitykseen , joka sisältää spesifistä tietoa 16s rRNA:n sekvensoinnista pienten nukleotidivaihteluiden havaitsemiseksi ja läheisesti sukua olevien eri taksonien erottamiseksi. Nämä menetelmät antavat ulostulona taulukon DNA-sekvensseistä ja eri sekvenssien lukumäärästä näytettä kohti. [21]
Toinen tärkeä vaihe analyysissä on taksonomisen nimen antaminen mikrobisekvensseille. Tämä tehdään koneoppimismenetelmillä , jotka saavuttavat noin 80 %:n sukutason tarkkuuden. Muut suositut analyysipaketit tukevat taksonomista luokittelua käyttämällä tarkkoja osumia viitetietokantoihin, ja niiden pitäisi tarjota enemmän tarkkuutta, mutta niiden herkkyys on heikompi. [21]
Monet fylogeneettisiin oletuksiin perustuvat menetelmät käyttävät 16Sp RNA -geenejä arkeille ja bakteereille ja 18SRNA- geenejä eukaryoottisoluille. Fylogeneettiset vertailumenetelmät perustuvat monien mikro-organismien ominaisuuksien vertailuun; Periaate on tämä: mitä läheisemmin ne liittyvät toisiinsa, sitä enemmän niillä on yhteistä. Tyypillisesti näitä menetelmiä käytetään fylogeneettisten yleistettyjen pienimmän neliösumman tai muiden tilastollisten analyysien kanssa merkityksellisempien tulosten saamiseksi. Tämä tehdään yleensä PICRUSt- sovelluksen kautta käyttämällä olemassa olevia tietokantoja. [22]
Fylogeneettinen etäisyystietoisuus suoritetaan yleensä UniFracilla tai vastaavilla työkaluilla, kuten Sorezen-indeksillä tai Rao-indeksillä eri yhteisöjen välisten erojen kvantifioimiseksi. Horisontaalinen geeninsiirto (HGT) vaikuttaa negatiivisesti kaikkiin näihin menetelmiin, koska se voi aiheuttaa virheitä ja johtaa korrelaatioihin kaukaisten lajien välillä. On olemassa useita tapoja vähentää HGT:n negatiivista vaikutusta: käyttämällä useita geenejä tai laskennallisia työkaluja arvioimaan oletettujen HGT-tapahtumien todennäköisyyttä.
Bakteerit ja sienet elävät iholla ja limakalvoilla kehon eri osissa. Niiden rooli on osa normaalin, terveen ihmisen fysiologian rakentamista, mutta jos mikrobipopulaatiot jäävät tyypillisen toiminta-alueensa ulkopuolelle (usein heikentyneen immuunijärjestelmän vuoksi) tai jos mikrobit kolonisoivat (esimerkiksi huonon hygienian tai vamman vuoksi) elimistöön, yleensä kolonisoimattomaan tai steriiliin (esim. veri tai alemmat hengitystiet tai vatsaontelo), se voi johtaa vakavaan sairauteen (aiheuttaa vastaavasti bakteremiaa/sepsistä, keuhkokuumetta ja vatsakalvontulehdusta). [23]
Human Microbiome -projektin tulokset osoittivat, että ihmisillä on tuhansia bakteerilajeja, joilla on omat ominaisuutensa eri kehon osissa. Alueilla, kuten iholla ja emättimellä, on vähemmän lajien monimuotoisuutta kuin suussa ja suolessa, joissa monimuotoisuus on erittäin korkea. Myös suuontelossa esiintyvillä saman lajin bakteereilla on useita alatyyppejä, jotka elävät eri paikoissa suuontelossa. [24] [25]
On arvioitu, että ihmisen suolistossa elävät 500-1000 bakteerilajia kuuluvat useisiin ryhmiin: Firmicutes ja Bacteroidetes ovat vallitsevia , mutta esiintyy myös proteobakteereja , verrumicrobiaa , aktinobakteereja , fusobakteereja ja syanobakteereja . [26]
Useat bakteerit, kuten Actinomyces viscosus ja A. naeslundii , elävät suussa ja ovat osa tahmeaa ainetta, jota kutsutaan plakiksi . Jos niitä ei poisteta harjauksen aikana, koko massa kovettuu ja muodostaa hammaskiveä . Jotkut bakteerit erittävät erilaisia happoja, jotka liuottavat hammaskiillettä aiheuttaen hampaiden reikiintymistä .
Emättimen mikrofloora koostuu pääasiassa erilaisista laktobasillilajeista . Pitkään ajateltiin, että yleisin näistä lajeista oli Lactobacillus acidophilus , mutta myöhemmin osoitettiin, että L. iners oli itse asiassa yleisin , jota seurasi L. crispatus . Muita emättimestä löytyviä laktobasilleja ovat L. jensenii , L. delbruekii ja L. gasseri . Emättimen mikroflooran häiriö voi johtaa infektioihin, kuten bakteerivaginoosiin tai kandidoosiin .
Arkeaa on ihmisen suolistossa, mutta paljon pienempiä määriä kuin bakteereja . [27] Vallitsevan ryhmän muodostavat metanogeenit , erityisesti Methanobrevibacter smithii ja Methanosphaera stadtmanae . [28] Kuitenkin vain noin 50 %:lla ihmisistä on helposti havaittavia lajikkeita näistä arkeista. [29]
Vuoteen 2007 mennessä ei ole löydetty selkeitä esimerkkejä taudinaiheuttajista [30] [31] huolimatta siitä, että joidenkin metanogeenien esiintymisen ja parodontiitin välillä on ehdotettu yhteyttä . [32]
Sieniä, erityisesti hiivaa , on ihmisen suolistossa. [33] [34] [35] [36] Eniten tutkitut Candida -kannat johtuvat niiden kyvystä tulla patogeenisiksi immuunikatotilassa tai jopa aiheuttaa häiriöitä terveessä isännässä. [34] [35] [36] Jotkut sienet asuttavat ihoa, [33] kuten Malassezia -kannat , joissa ne kuluttavat talirauhasista tuotettuja öljyjä . [37] [38]
Virukset, erityisesti bakteerivirukset ( bakteriofagit ), elävät kehon eri alueilla, mukaan lukien iho, [39] suolet, [40] keuhkot, [41] suuontelo. [42] Virukset on yhdistetty useisiin sairauksiin. Virukset heijastavat monimutkaisia suhteita bakteeriyhteisöihin. [43] [44] [45]
Tutkimus, jossa tehtiin 20 iholaastaria jokaisessa kymmenestä terveestä yksilöstä, paljasti 205 tunnistettua sukua 19 bakteerilajissa, joista suurin osa bakteereista kuului neljään fylaan: Actinobacteria (51,8 %), Firmicutes (24,4 %), Proteobacteria (16,5 %) ja Bakteroidit (6,3 %). [46] Terveellä ihmisen iholla on suuri määrä sienisukuja, joissa kehon alueilla on muutoksia; kuitenkin patologisissa olosuhteissa tietyillä suvuilla on taipumus hallita sairastunutta aluetta (esimerkiksi atooppisessa dermatiitissa Malassezia on hallitseva ). [33]
Iho toimii esteenä patogeenisten mikrobien tunkeutumisen estämiseen, koska se on niiden pysyvä tai tilapäinen elinympäristö. Asuvien mikro-organismien tyypit vaihtelevat ihmiskehon ihotyypin mukaan. Useimmat mikrobit asuvat ihon pintasoluissa tai sitoutuvat mieluummin rauhasiin (tali- tai hikirauhasiin), koska ne toimittavat mikrobeille vettä, aminohappoja, rasvahappoja ja muita ravintoaineita. [3]
Sidekalvossa on tavallisesti pieniä määriä sieniä ja bakteereja [33] [47] mukaan lukien grampositiiviset kokit ( Staphylococcus ja Streptococcus ), gramnegatiiviset sauvat ja kokit ( Haemophilus ja Neisseria ) [47] ja sienet ( Candida , Aspergillus , ja Penicillium [ 33] Kyyneleet sisältävät bakterisidejä, kuten lysotsyymiä , joten mikro-organismien on vaikea selviytyä ja asua epiteelin pinnoilla.
Ihmisen mikrobiomi ilmestyy syntymähetkellä ja riippuu siitä, miten lapsi on syntynyt. [48] Esimerkiksi lasten saaminen keisarinleikkauksella tuo lisää patogeenisempaa mikroflooraa, kuten Escherichia colia ja Staphylococcusta , ja pidentää huomattavasti ei-patogeenisen, hyödyllisen mikrobiston kehittymisaikaa. [49] Emättimen kautta syntyneillä imeväisillä on normaali, ei-patogeeninen hyödyllinen mikrobiota, joka on koostumukseltaan samanlainen kuin äidillä. [viisikymmentä]
Suoliston mikrobiotan ja ihmiskehon välinen suhde ei ole vain kommensaalinen (haitaton rinnakkaiselo), vaan pikemminkin molemminpuolinen (molemminkin hyödyllinen). [3] Jotkut suolistossa olevat mikro-organismit auttavat isäntänä muuntamaan erilaisia ravintokuituja lyhytketjuisiksi rasvahapoiksi , kuten etikkahapoksi tai voihapoksi , jotka sitten imeytyvät ihmiskehoon. [8] [51] Suoliston bakteereilla on tärkeä rooli B- ja K -vitamiinin synteesissä, ja ne myös metaboloivat sappihappoja , steroleja ja ksenobiootteja . [3] [51] Aineenvaihduntasyklien seurauksena bakteerit tuottavat hormonien kaltaisia aineita ja ilmeisesti mikrobiota toimii endokriinisenä rauhasena . [51] Suoliston mikrobiotan säätelyhäiriöt on korreloitu useisiin tulehduksellisiin ja autoimmuunisairauksiin. [8] [52]
Ihmisen suolistoflooran koostumus muuttuu ajan myötä ruokavalion muuttuessa ja myös yleisen terveydentilan muuttuessa. [8] [52] Heinäkuusta 2016 lähtien tehdyssä 15 satunnaistetun kontrolloidun ihmistutkimuksen systemaattisessa katsauksessa havaittiin, että jotkin kaupallisesti saatavilla olevat probioottibakteerikannat Bifidobacterium- ja Lactobacillus - sukuista ( B. longum , B. breve , B. infantis , L. helveticus ) , L. rhamnosus , L. plantarum ja L. casei ) oraalisesti otettuna 10 9 - 10 10 pesäkettä muodostavan yksikön (CFU) päivittäisinä annoksina 1-2 kuukauden ajan, niillä on terapeuttisia vaikutuksia (eli parantaa käyttäytymistuloksia) tiettyjä keskushermoston häiriöitä - mukaan lukien ahdistuneisuus , masennus , autismikirjon häiriöt ja pakko-oireinen häiriö - ja parantaa tiettyjä muistin näkökohtia . [53] Muutokset mikrobiomissa voivat kuitenkin aiheuttaa myös haitallisia terveydellisiä tiloja. Musson et al.:n työssä liikalihavien yksilöiden suoliston mikrobistossa havaittiin olevan enemmän kiinteitä ja vähemmän bakteroideita kuin terveillä yksilöillä. [54] Toinen Gordonin ym.:n tutkimus vahvisti, että mikrobiotan koostumus aiheuttaa liikalihavuutta, ei päinvastoin. Tämä tehtiin siirtämällä suoliston mikrobiota lihavista hiiristä tai erityisruokavaliota noudattavista hiiristä kontrollihiirille, joilla ei ollut mikrobiomia. He havaitsivat, että hiirillä, joille oli siirretty liikalihavien hiirten suoliston mikrobiota, oli merkittävästi korkeampi rasvapitoisuus, kun niille ruokittiin samaa ruokavaliota, kuin hiirillä, joille oli siirretty ruokavalioon saaneiden eläinten mikrobiomi. [55]
Näyttää siltä, että virtsatiejärjestelmässä on mikrobiota [ 56] [57] , joka on odottamaton tulosten puutteen vuoksi, kun analysoidaan klassisilla laboratoriomikrobiologisilla viljelymenetelmillä virtsatieinfektion havaitsemiseksi ; . [58] Klassiset viljelymenetelmät eivät havaitse monenlaisia bakteereja ja muita mikro -organismeja . [58] Sekvensointimenetelmien perusteella on kuitenkin tehty mikro-organismien tunnistus sen määrittämiseksi, onko terveiden yksilöiden ja virtsatieongelmista kärsivien mikrobiotassa eroja. [56] [57]
Emättimen mikrobiotaan kuuluu organismeja, joilla on tärkeä rooli infektioilta suojaamisessa ja emättimen terveyden ylläpitämisessä. [59] Yleisimmät premenopausaalisilla naisilla esiintyvät mikro-organismit kuuluvat Lactobacillus -sukuun , joka estää patogeenisten organismien kasvua tuottamalla vetyperoksidia ja maitohappoa. [60] [59] [61] Mikrobiootan koostumus riippuu suuresti kuukautiskierron vaiheesta . [3] [62] Sukupuoliyhteyden, antibioottien käytön ja naisten laktobasillien häviämisen välillä on havaittu yhteys. [61] Lisäksi tutkimukset ovat osoittaneet, että yhdyntä kondomin kanssa näyttää muuttavan laktobasillien määrää ja lisäävän E. colin määrää emättimessä. [61] Kaikki terveessä emättimen mikrobistossa tapahtuvat muutokset voivat viitata erilaisten infektioiden kehittymiseen, mukaan lukien kandidiaasi tai bakteerivaginoosi . [33] [60] [36]
Viime aikoihin asti istukkaa pidettiin steriilinä, mutta istukan kudoksesta on tunnistettu useita ei-patogeenisiä bakteereja. [63] [64] [65]
Viime aikoihin asti naisen ylempää lisääntymisjärjestelmää pidettiin steriilinä ympäristönä. Terveiden, oireettomien lisääntymisiässä olevien naisten kohtussa asuu erilaisia mikro-organismeja. Kohdun mikrobiomi eroaa merkittävästi emättimen ja maha-suolikanavan mikrobiomista. [66]
Suuontelo tarjoaa tarvittavat olosuhteet mikro-organismien kasvulle, mukaan lukien vesi, ravinteet ja sopiva lämpötila. [3] Anaerobisia bakteereja suuontelossa ovat : Actinomyces , Arachnia , Bacteroides , Bifidobacterium , Eubacterium , Fusobacterium , Lactobacillus , Leptotrichia , Peptococcus , Peptostreptococcus , Propionibacterium , Treponiellanas , Veilleenomonas . [67] Sienisuvuja ovat muun muassa Candida , Cladosporium , Aspergillus , Fusarium , Glomus , Alternaria , Penicillium ja Cryptococcus . [33]
Bakteerit kerääntyvät sekä suuontelon koviin että pehmeisiin kudoksiin biokalvoon , jolloin ne voivat kiinnittyä. Tämän seurauksena ne saavat suojan ympäristötekijöiltä ja antimikrobisilta aineilta. [68] Syljellä on keskeinen rooli biofilmin kasvun ja bakteerien uudelleenkolonisoitumisen edellytysten ylläpitämisessä, koska se toimittaa ravinteita ja säätelee lämpötilaa. Se myös säätelee mikro-organismien kasvua pesemällä pois osan biofilmistä. [69] [70]
Suussa olevat bakteerit ovat kehittäneet mekanismeja tunnistaakseen ympäristönsä ja välttääkseen muutoksia isännässä. Kuitenkin erittäin tehokas ihmisen luontainen puolustusjärjestelmä kontrolloi jatkuvasti bakteerien kolonisaatiota ja estää bakteerien tunkeutumisen paikallisiin kudoksiin. Plakkibakteerien ja kehon luontaisen puolustusjärjestelmän välillä on dynaaminen tasapaino. [71]
Terve tasapaino on eräänlainen symbioosi, kun suuontelon mikrobit rajoittavat taudinaiheuttajien kasvua ja kiinnittymistä ja ihmiskeho tarjoaa edellytykset niiden kasvulle ja kehitykselle. [72] [68] Ihmisen elämän muuttaminen, mukaan lukien hänen immuunijärjestelmänsä, ravintonsa, lajikoostumuksen muuttuminen, häiritsee tätä tasapainoa molempia osapuolia hyödyttävästä loisperäiseksi. [68] Diabetes mellituksen ja sydän- ja verisuonitautien on osoitettu liittyvän suun terveyteen. [72]
Säännöllinen suuhygienia on tärkein keino ehkäistä erilaisten sairauksien kehittymistä. [72] Suun puhdistaminen vähentää mahdollisten patogeenisten bakteerien liikakasvua. [70] Asianmukainen suuhygienia ei kuitenkaan välttämättä riitä, koska se on monimutkainen järjestelmä, jossa immuunivaste, genetiikka ja lajikoostumus on otettava huomioon. [70] Antibiootteja voidaan käyttää torjumaan infektioita, mutta ne eivät ehkä ole tehokkaita biofilmejä vastaan. [70]
Kuten suuontelossa, ylemmillä ja alemmilla hengityselimillä on mekaaniset keinot poistaa bakteereita. Pikarisolut tuottavat eritteitä, jotka vangitsevat mikrobit ja kuljettavat ne ulos hengityselimistä jatkuvasti liikkuvien värekarvaisten epiteelisolujen kautta. Tämän lisäksi bakteereja tappava vaikutus saavutetaan liman lysotsyymipitoisuudella. [3] Keuhkojen mikrobisto kuuluu 9 sukuun: Prevotella , Sphingomonas , Pseudomonas , Acinetobacter , Fusobacterium , Megasphaera , Veillonella , Staphylococcus ja Streptococcus . Uskotaan, että jotkin näistä "normaaleista" bakteereista voivat aiheuttaa erittäin vakavia sairauksia, erityisesti immuunipuutteisilla ihmisillä. Bakteereja ovat: Streptococcus pyogenes , Haemophilus influenzae , Streptococcus pneumoniae , Neisseria meningitidis ja taphylococcus aureus . Sienisuvut, jotka muodostavat keuhkojen mykobiomin, ovat Candida , Malassezia , Neosartorya , Saccharomyces , Aspergillus ja muut. [33]
Bakteeri- ja sienisukujen epätavallinen jakautuminen hengitysteissä on nähtävissä ihmisillä, joilla on kystinen fibroosi . [33] [73] Niiden bakteeriympäristö sisältää usein antibiooteille vastustuskykyisiä ja hitaasti kasvavia bakteereja, ja näiden patogeenien esiintymistiheys vaihtelee iän mukaan. [73]
Perinteisesti uskotaan, että sappitie on yleensä steriili, ja mikro-organismien esiintyminen sapessa on patologisen prosessin merkki. Tätä oletusta tuki se, että bakteerikantoja ei pystytty eristämään normaalista sappitiehyestä. Vuonna 2013 osoitettiin, että sappiteiden normaali mikrobiota on erillinen toiminnallinen kerros, joka suojaa sappiteitä eksogeenisten mikro-organismien kolonisaatiolta.
Metagenomiset ja epidemiologiset tutkimukset osoittavat, että ihmisen mikrobiomilla on tärkeä rooli monien sairauksien ehkäisyssä tyypin 2 diabeteksesta, liikalihavuudesta, tulehduksellisesta suolistosairaudesta Parkinsonin tautiin ja jopa psykiatrisiin sairauksiin, kuten masennukseen. [74] Suoliston mikrobiston ja eri bakteerien välinen symbioottinen suhde voi vaikuttaa ihmisen immuunivasteeseen. [75] Jotkut tutkimukset viittaavat siihen, että mikrobiomia korjaava hoito voi olla tehokas diabeteksen hoidossa [76] .
Vaikka syöpä on sekoitus geneettisiä sairauksia ja ympäristötekijöitä, mikrobit ovat osallisia 20 prosentissa syöpätapauksista. [77] Jotkut paksusuolen syövän tekijät osoittavat, että paksusuolessa on miljoona kertaa enemmän bakteereja kuin ohutsuolessa ja noin 12 kertaa enemmän syöpiä paksusuolessa kuin ohutsuolessa, mikä saattaa muodostaa patogeenisen roolin. mikrobiota peräsuolessa syöpä [78] Mikrobianalyysiä voidaan käyttää ennustetyökaluna paksusuolensyövän arvioinnissa. [78]
Mikrobiota voi vaikuttaa karsinogeneesiin kolmella päätavalla: (i) muuttamalla kasvainsolujen lisääntymisen ja kuoleman tasapainoa, (ii) säätelemällä immuunijärjestelmän toimintaa ja (iii) vaikuttamalla aineenvaihduntaan muuttamalla nautittujen elintarvikkeiden ja lääkkeiden sulavuutta. [78] Eri paikkoihin kehittyviin kasvaimiin liittyy yleensä mikrobiota. Mikrobit sopeutuvat näissä paikoissa paremmin happipitoisuuden vähenemisen tai lisäravinteen lähteen perusteella. Tiettyjen mikrobipopulaatioiden väheneminen tai indusoitunut oksidatiivinen stressi voivat lisätä syöpäriskiä. [77] [78] Kansainvälinen syöväntutkimuslaitos on tunnistanut 10 1030 tunnetusta mikrobista syöpää aiheuttaviksi . [77] [78] Bakteerit voivat erittää proteiineja tai muita tekijöitä, jotka säätelevät suoraan ihmisen solujen lisääntymistä, mikä voi vahvistaa tai heikentää isännän immuunijärjestelmää, mukaan lukien akuutin tai kroonisen tulehduksen aiheuttaminen.
Epätasapaino isännän ja mikrobiston välillä vähentää vastustuskykyä pahanlaatuisia kasvaimia vastaan, mikä saattaa aiheuttaa tulehdusta ja syöpää. Suojaesteiden ylittämisen jälkeen mikrobit indusoivat tulehdusta edistäviä tai immunosuppressiivisia ohjelmia eri tavoin. [77] Esimerkiksi syöpään liittyvät mikrobit näyttävät aktivoivan NF-κΒ-signalointia kasvaimen mikroympäristössä. Muut reseptorit, kuten Nodin kaltaiset reseptorit, voivat näytellä roolia kolorektaalisyövän välittäjänä. [77] Samoin Helicobacter pylori a näyttää lisäävän mahasyövän riskiä mahalaukun kroonisen tulehdusvasteen vuoksi. [78]
Tulehduksellinen suolistosairaus sisältää haavaisen paksusuolitulehduksen ja Crohnin taudin. Näihin sairauksiin liittyy suoliston mikrobiotan koostumushäiriö (tunnetaan myös nimellä dysbioosi ), ja ne ilmenevät suoliston mikrobien monimuotoisuuden vähenemisenä. [79] [80] Dysbioosin on havaittu korreloivan isäntägeenivirheiden kanssa, jotka muuttavat ihmisen luontaista immuunivastetta. [79]
HIV -taudin kehittyminen vaikuttaa suoliston mikrobiotan muutokseen. Virus häiritsee epiteelin esteen eheyttä vaikuttamalla tiiviisiin liitoksiin . Nämä häiriöt johtavat tulehduksen kehittymiseen HIV-potilailla. [81]
Emättimen mikrobiotalla on rooli HIV:n leviämisessä. Riski saada tauti on lisääntynyt, jos naisella on bakteerivaginoosi . Kuitenkin tarttuvuuden vähenemistä havaitaan emättimen Lactobacillus -tason nousun myötä , mikä edistää anti-inflammatorisen tilan kehittymistä. [81]
Alustavien tutkimusten mukaan ihmisen mikrobiomissa voi tapahtua välittömiä muutoksia, kun hän muuttaa toiseen maahan. [82] [83] Havaittiin, että lajien monimuotoisuuden väheneminen oli merkittävästi suurempi lihavilla ihmisillä ja siirtolaisten lapsilla. [82] [83]
Tällä hetkellä kaupallisia ratkaisuja ihmisen mikrobiomin analysointiin ollaan toteuttamassa ympäri maailmaa. Bioteknologiayritykset tarjoavat mikrobiotan, erityisesti suolistoflooran, testaus- ja analyysipalveluita sekä ravitsemusneuvontaa. Vuodesta 2012 alkaen uBiomen [84] ensimmäinen kaupallinen tuote ilmestyi (ei ole tällä hetkellä olemassa) ja suunnan jatkokehitys sellaisilla yrityksillä kuin Viome [85] , BIOHM [86] , Thryve [87] , iBIOM [88] , mukaan lukien kotimainen Atlas [89] ja muut.
Viimeaikainen tutkimus osoittaa, että terveen ihmisen mikrobiotassa tapahtuvat muutokset voivat olla riippuvaisia SARS-CoV-2-virustartunnan jälkeen. [90] COVID-19-potilaiden mikrobiotassa havaittiin merkittäviä muutoksia verrokkeihin verrattuna, joille on ominaista opportunististen patogeenien rikastuminen ja hyödyllisten bakteerien väheneminen sairauden aikana. Coprobacilluksen, Clostridium ramosumin ja Clostridium hathewayin perustason runsaus korreloi COVID-19:n vakavuuden kanssa, kun taas Faecalibacterium prausnitzii (tulehdusta ehkäisevien bakteerien) runsauden ja taudin vakavuuden välillä havaittiin käänteinen korrelaatio. [91]
Sanakirjat ja tietosanakirjat |
---|