Meta Organizm
Rola ludzkiego mikrobiomu w rozwoju zdrowia i chorób.
Tradycyjnie uważa się, że w ludzkim ciele znajduje się 10 razy więcej komórek mikroorganizmów niż własnych komórek. Stwierdzenie to opierało się na założeniu, że w ludzkim ciele znajduje się około 10 bilionów komórek, a mikroorganizmy mają około 100 bilionów komórek. Jednak najnowsze badania doprowadziły do rewizji tych szacunków. Mikrobiolog Martin Blazer z New York University School of Medicine definiuje termin „mikrobiom” jako „całość wszystkich mikroorganizmów, które żyją w ludzkim ciele i wchodzą w interakcje między sobą i ze sobą”. Jak Martin Blazer powiedział LiveScience: „Oczywiście nikt nie policzy, ile bakterii żyje w ludziach, dokładna liczba jest nieistotna, ale jedno jest pewne – bakterii jest znacznie więcej niż komórek tworzących nasze ciała”.
Według badania opublikowanego w czasopiśmie Cell w 2016 roku, na każdą ludzką komórkę przypada w przybliżeniu jedna komórka drobnoustrojów. Badanie to sugeruje, że w organizmie dorosłego człowieka znajduje się około 30 bilionów komórek ludzkich i około 39 bilionów komórek drobnoustrojów. Liczby te mogą się jednak różnić w zależności od różnych czynników, w tym wieku, diety, higieny i stanu zdrowia danej osoby.
Tak więc, mimo że poprzednie pojęcie dominacji komórek drobnoustrojów zostało zrewidowane dziesiątki razy, mikrobiom nadal stanowi znaczącą i funkcjonalnie ważną część ludzkiego ciała.
Wielu naukowców opowiada się obecnie za istnieniem metaorganizmu – społeczności ludzi i zamieszkujących ich bakterii (mikrobiomu). Metaorganizm to koncepcja, która łączy ludzki organizm i powiązane z nim społeczności drobnoustrojów. Obecne badania wskazują, że ludzki mikrobiom, który obejmuje bakterie, wirusy, grzyby i inne mikroorganizmy, odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu zdrowia i może wpływać na rozwój wielu chorób.
W meta-organizmie na jeden ludzki gen przypadają setki genów mikroorganizmów, które go zamieszkują (ludzki genom zawiera 22 000 genów, które kodują białka regulujące metabolizm, a mikrobiom dodaje około ośmiu milionów dodatkowych genów wirusów, grzybów i bakterii).
Wprowadzenie do mikrobiomu
Ludzki mikrobiom zaczyna się formować zaraz po urodzeniu i rozwija się przez całe życie. Obejmuje on kilka kluczowych miejsc, takich jak jelita, skóra, jama ustna oraz drogi oddechowe i moczowe. Najbardziej zbadany jest mikrobiom jelitowy, który zawiera tysiące różnych gatunków mikroorganizmów i wchodzi w interakcje z ludzkim ciałem na wielu poziomach.
Mikrobiom i odporność
Mikrobiom odgrywa kluczową rolę w rozwoju i funkcjonowaniu układu odpornościowego. Drobnoustroje stymulują rozwój komórek odpornościowych i uczą układ odpornościowy rozróżniać „własne” i „obce” czynniki. Badania wykazały, że zaburzenia w składzie mikrobiomu mogą prowadzić do chorób autoimmunologicznych, takich jak reumatoidalne zapalenie stawów i nieswoiste zapalenie jelit. W odpowiedzi na infekcję zewnętrzną aktywowane są zarówno geny ludzkie, jak i bakteryjne: żyjemy razem i wspólnie bronimy się przed patogennymi bakteriami i wirusami, traktując każdą agresję jako wspólny problem, zbiorową siatkę bezpieczeństwa.
Rola prawidłowej flory jest niezwykle ważna dla organizmu gospodarza, dlatego jej zaburzenie (dysbakterioza) i ogólnie rozwój dysbiozy prowadzi do poważnych chorób metabolicznych i immunologicznych, takich jak alergie, choroby skóry, otyłość, a nawet nowotwory. Dlatego tak ważne jest zachowanie ostrożności przy przepisywaniu leków przeciwbakteryjnych.
Mikrobiom i trawienie
Mikrobiom jelitowy pomaga przetwarzać pokarmy, które są trudne do samodzielnego strawienia przez ludzi, w tym niektóre węglowodany i błonnik. Bakterie wytwarzają ważne składniki odżywcze, takie jak krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, które odżywiają komórki jelit i utrzymują je w zdrowiu. Brak równowagi bakterii w jelitach może przyczyniać się do takich schorzeń jak otyłość i cukrzyca typu 2. Jednym z najlepiej zbadanych przykładów, w których rola mikrobiomu okazuje się kluczowa, są choroby zapalne jelit, w tym choroba Leśniowskiego-Crohna i wrzodziejące zapalenie jelita grubego. Choroby te charakteryzują się przewlekłym stanem zapalnym układu pokarmowego i mają złożony charakter, w którym mikrobiom odgrywa kluczową rolę. Zmniejszona różnorodność drobnoustrojów i przewaga niektórych bakterii chorobotwórczych może przyczyniać się do stanu zapalnego. Badania wykazały, że pacjenci z chorobą Leśniowskiego-Crohna często mają nadmiar niektórych gatunków, takich jak adherentne inwazyjne Escherichiacoli (AIEC), i brak gatunków przeciwzapalnych, takich jak Faecalibacterium prausnitzii.
Enterococcus faecalis: ta bakteria może wywoływać reakcje zapalne ze względu na jej zdolność do przetrwania w warunkach wysokiego stresu oksydacyjnego i zaostrzania stanu zapalnego.
Bacteroides fragilis:Podczas gdy niektóre szczepy tej bakterii mogą być korzystne, istnieją patogenne szczepy, które wytwarzają toksyny sprzyjające stanom zapalnym, a nawet rakowi okrężnicy.
Proteobakterie: Jest to szeroka klasa bakterii, która obejmuje wiele znanych patogenów, w tym niektóre szczepy Salmonella, Shigella i Helicobacter. Podwyższona liczba Proteobacteria w jelitach jest związana z dysbiozą i stanem zapalnym.
Mikrobiom i zdrowie psychiczne
Połączenie między mikrobiomem a mózgiem, znane jako oś jelitowo-mózgowa, ma znaczący wpływ na zdrowie psychiczne. Badania pokazują, że mikrobiom może wpływać na produkcję i regulację neuroprzekaźników i cząsteczek zapalnych, które odgrywają rolę w stanach takich jak depresja i zaburzenia anksjogenne (lęk, nerwowość, strach)
Mechanizmy te obejmują kilka kluczowych aspektów:
Produkcja neuroprzekaźników
Mikrobiom jelitowy jest w stanie wytwarzać i wpływać na poziomy różnych neuroprzekaźników, takich jak serotonina, dopamina i kwas gamma-aminomasłowy (GABA), które odgrywają ważną rolę w regulacji nastroju i zachowania. Na przykład większość serotoniny w organizmie (do 90%) jest wytwarzana w jelitach.
2- Odpowiedzi immunologiczne
Bakterie jelitowe mogą wpływać na układ odpornościowy, który z kolei wpływa na mózg poprzez produkcję cytokin zapalnych. Cząsteczki te mogą przekraczać barierę krew-mózg i wpływać na aktywność mózgu, przyczyniając się lub nasilając zaburzenia neurologiczne i psychiatryczne.
Wpływ na oś PPN (podwzgórze-przysadka-nadnercza)
Mikrobiom może wpływać na reakcję organizmu na stres poprzez modulowanie aktywności osi PPN, która kontroluje reakcję organizmu na stres. Zaburzenia tej osi są związane z takimi stanami, jak depresja i niepokój.
Przepuszczalność jelit
Zmiany w barierze jelitowej, czasami spowodowane brakiem równowagi w mikrobiomie, mogą prowadzić do „wycieku” substancji zapalnych do krwiobiegu, co wpływa również na mózg i może przyczyniać się do chorób neurozapalnych i neurodegeneracyjnych.
Wpływ na zachowanie
Badania na zwierzętach wykazały, że modyfikacje mikrobiomu mogą zmieniać zachowanie w eksperymentach związanych z lękiem i depresją. Ponadto niektóre badania na ludziach wykazały, że manipulowanie mikrobiomem (np. poprzez dietę lub probiotyki) może poprawić objawy depresji i lęku.
Mikrobiom jelitowy odgrywa zatem istotną rolę w utrzymaniu zdrowia psychicznego i może wpływać na ludzkie zachowanie poprzez wiele mechanizmów. Odkrycie to stwarza nowe możliwości opracowania innowacyjnych podejść do leczenia zaburzeń psychicznych za pomocą modulacji mikrobiomu.
Perspektywy i przyszłość badań nad mikrobiomem
Zrozumienie powiązań między mikrobiomem a zdrowiem oferuje nowe perspektywy rozwoju spersonalizowanego podejścia do leczenia i zapobiegania wielu chorobom.