MICROBIOTA: KOMPOSITION, FUNKTIONER OG HVOR DEN FINDES - BIOLOGI

Den normale mikrobiota hos mennesker er det sæt mikroorganismer, der bebor kroppen på en standard måde uden at forårsage nogen sygdom. I dag betragtes udtrykket bakterieflora som upassende.

Taksonomisk består mikrobiotaen af meget forskellige organismer, fra bakterier, archaea og eukaryoter til vira. Mikrobielle samfund varierer markant i forskellige områder af kroppen. Med andre ord svarer sammensætningen af mikrober i munden ikke til den der findes i tarmen.

Kilde: pixabay.com

Når vi tænker på bakterier - og mikroorganismer generelt - er vi tilbøjelige til at fremkalde pejorative følelser omkring tilstedeværelsen af disse enheder i vores krop. Selvom det er sandt, at forskellige bakterier forårsager alvorlige sygdomme, er det ikke korrekt at generalisere denne befrugtning.

Mikroorganismerne i vores kroppe er uundværlige og skaber gensidige og kommunale forhold til vores organisme. Vores mikrobiota påvirker vores fysiologi væsentligt - både direkte og indirekte - bidrager til en række metaboliske funktioner, beskytter os mod patogener, uddanner immunsystemet, blandt andre funktioner.

Forskellige faktorer påvirker sammensætningen af den humane mikrobiota. Blandt de mest fremtrædende er kosten - både hos spædbørn og voksne - fødemåden, brug af antibiotika, visse medicinske tilstande, værtens genotype, blandt andre.

I øjeblikket er der en række nye molekylære metoder, der tillader karakterisering af mikrobiotaen ved anvendelse af avanceret og hurtig sekventeringsteknikker. Det mest anvendte er genet, der koder for 16S ribosomalt RNA og sammenlignes med en database.

Hvad er mikrobiotaen?

Mikrobiotaen er defineret som samlingen af mikroorganismer, der er til stede i et defineret miljø. I dette tilfælde mikroorganismer, der er forbundet med den menneskelige krop. Udtrykket blev foreslået af Lederberg og McCray, som understregede konsekvenserne og fordelene af disse biologiske enheder for menneskers sundhed.

Der er et meget lignende udtryk: mikrobiomet. I litteraturen er mikrobiome og mikrobiota ofte udskiftelige begreber. Men hvis vi vil være præcise, er mikrobiomet katalog over mikrober sammen med deres gener.

Et tilknyttet udtryk er bakteriel "flora", mikroflora eller tarmflora. Begge blev brugt i flere årtier og var især relevante i den medicinske og videnskabelige litteratur.

Imidlertid er dette udtryk fra 1900 uhensigtsmæssigt, da flora er et udtryk, der stammer fra den latinske blomster, der er forbundet med de planter, der bebor en bestemt region. Og da der ikke henvises til det sæt mikroplanter, der bebor den menneskelige krop, skal udtrykket opgives og erstattes af mikrobiota, eller mikrobiom alt efter hvad der er tilfældet.

Sammensætning af den normale mikrobiota

Nummer

Mikrobiotaen består af flere mikroorganismer, der bor i hver persons krop. I numeriske termer er der mellem 10 og 100 billioner (der overstiger antallet af værtsceller) af disse symbiotiske organismer, som hovedsageligt er lokaliseret i mave-tarmkanalen.

Faktorer, der påvirker sammensætningen af mikrobiota

Mikrobiota begynder at dannes fra fødslen af babyen, hvor dens krop repræsenterer et nyt miljø til mikrobiel kolonisering. Denne kolonisering er afhængig af fødemåden - det vil sige naturlig fødsel eller kejsersnit (sidstnævnte påvirker markant mikrobiota).

Når barnet vokser og udvikler sig, øges mangfoldigheden af mikrobiotaen lineært afhængigt af de første kolonisatorer. Dette vil ændre sig afhængigt af en lang række faktorer, såsom modermælksfodring, forbrug af visse fødevarer, udvikling af sygdomme, blandt andre.

Aktuel forskning viser, at diæt er den vigtigste faktor, der hjælper med at bestemme den type mikrobiota, der vil eksistere hos hver enkelt.

Taksonomi

Taxonomisk hører disse mikroorganismer til de tre livsområder: eukaryoter, bakterier og archaea.

Identiteten af disse organismer er vidt varierende mellem individer, den enkeltes kropsregioner og det geografiske område, hvor de bor. I det næste afsnit beskriver vi mere detaljeret den taksonomiske identitet af den typiske mikrobiota i hver kropsregion.

Så er vi virkelig mennesker?

Nu, når vi kender den enorme mangfoldighed af organismer, der bebor vores krop, må vi spørge os selv, hvem vi er, og hvis vi virkelig kan betragte os selv som et individ.

Et mere passende syn er at betragte os selv som en superorganisme eller holobiont, da vi består af 90% mikrobielle celler og 99% gener fra mikrober.

Hvor er det placeret?

Vores krop er en rig samling af mikroorganismer, hvor hver struktur giver en potentiel niche til deres udvikling. Disse gensidige forhold er normalt stedspecifikke, hvor et bestemt sæt mikroorganismer danner kolonier i specifikke områder af kroppen. De vigtigste regioner er:

Tarmmikrobiota

Inden i nicher leveret af den menneskelige krop er der ingen tvivl om, at det bedst studerede - med hensyn til dens mikrobiota - er mave-tarmkanalen.

Tusinder af arter findes i tarmen hos et voksent individ, domineret af phyla Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria og Verrucomicrobia.

Denne kolonisering varierer i fordøjelseskanalen. I tyndtarmen dominerer Lactobacillaceae, Erysiopelotrichaceae og Enterobacteriaceae, rige på slægterne Bacteroides spp., Clostridium spp., Bifidobacterium spp.

I tyktarmen er de mest almindelige indbyggere Bacteroideceae, Prevotellaceae, Rikenellaceae, Lachnospiraceae og Ruminococcaceae.

Denne forskel i familien af bakterier i tarmen afspejler de fysiologiske forskelle, der findes i hele tarmen.

I tyndtarmen er bakterievækst begrænset af iltkoncentration, tilstedeværelsen af antimikrobielle peptider og pH-værdier, medens bakterielasten i tyktarmen er højere.

Derudover er der en bakteriel begrænsning i tyndtarmen for at undgå konkurrence om næringsstofabsorption mellem mikroorganismerne og værten.

I fæces hører de detekterede væsentligst til bakteriedomænet, skønt der også er repræsentanter for archaea (orden Methanobacteriales) og eukaryoter (orden Saccharomycetales.)

Oral mikrobiota

Mundhulen og sammenhængende udvidelser repræsenterer egnede husregioner for visse typer mikroorganismer, herunder tandoverfladen, overfladen af tungen og andre keratiniserede og ikke-keratinerede strukturer.

En grundlæggende komponent i mundhulen er spyt. I en milliliter af denne væske kan vi finde op til 100 millioner bakterieceller. Af disse er omkring 300 arter identificeret, mens endnu 360 ikke har fået tildelt en specifik taxonomisk identitet.

Den filum, der dominerer mundhulen, er Firmicutes, efterfulgt af Proteobacteria, Bacteroides, Actinobacteria, Spirochaetes og Fusobacteria.

Med hensyn til mangfoldigheden af archaea er slægten Methanobrevibacter blevet isoleret flere gange fra mundhulen.

Undersøgelser afslører, at tilstedeværelsen af archaea er relateret til udviklingen af parodontale sygdomme. Således er disse organismeres rolle i etablering af commensal forhold til gæster endnu ikke klar.

Den dominerende svamp i mundhulen hører til slægten Candida. Som archaea-arter har de været relateret til udvikling af flere sygdomme. Andre almindelige slægter i hulrummet er: Cladosporium, Aureobasidium, Saccharomycetales, Aspergillus og Fusarium.

Endelig er de mest almindelige vira i munden herpesvirus. Det anslås, at 90% af befolkningen ejer dem.

Urogenital mikrobiota

Urogenitalkanal til kvinder

Mikroberne, der lever inde i skeden, er i en fin og afbalanceret forening af den gensidigistiske type og beskytter deres vært og udveksler næringsstoffer i bytte for et anoksisk miljø, der er passende til deres vækst.

Hos kvinder i reproduktiv alder indeholder vagina betydelige mængder mælkesyre og andre antimikrobielle stoffer, som begrænser væksten af mikrobiota. Dette miljø opretholdes takket være tilstedeværelsen af mælkesyreproducerende bakterier, især Lactobacillus spp.

Faktisk er bakterier, der hører til denne slægt, blevet betragtet siden 1892 som uundværlige indbyggere for vaginal sundhed.

Foruden Lactobacillus er vagina karakteriseret ved at præsentere mikroorganismer af slægterne: Staphylococcus, Ureaplasma, Corynebacterium, Streptococcus, Peptostreptococcus, Gardnerella, Bacteroides, Mycoplasma, Enterococcus, Escherichia, Veillonella, Bifidobre.

Når kvinder bliver ældre og hormonelle niveauer svinger, ændres mikrobiota.

Urogenital kanal hos mænd

Sammenlignet med den kvindelige urogenitale kanal er den mandlige mikrobiota lidt undersøgt og kendes ikke så meget detaljeret.

Nogle af de slægter, der er rapporteret i penis, inkluderer Staphylococus epidermidis, Corynebacterium spp., Lactobacillus spp., Blandt andre.

Mikrobiota i lungerne

Lungerne har været organer af stor interesse for undersøgelsen af deres mikrobiota. Der er dog meget begrænsede undersøgelser om emnet - kombineret med vanskeligheden ved at tage prøver. Selvom de tidligere blev betragtet som sterile områder, er denne vision i dag ændret.

Tilstedeværelsen af Streptococcus-slægterne er fundet, og i nogle prøver er Haemophilus, Rothia, Prevotella, Veillonella og Fusobacterium.

Mikrobiota i huden

Det største menneskeorgan er huden, der er dækket med en stor mangfoldighed af mikroorganismer og koloniseres af dem fra fødselsøjeblikket.

Cirka 200 bakterielle slægter er identificeret, der betragtes som beboere i huden. De fleste af disse arter hører til tre phyla, nemlig: Actinobacteria, Firmicutes og Proteobacteria.

Sammensætningen af hudens mikrobiota er tæt knyttet til værtens hudtype, vaner og genetik, hvilket gør den ekstremt variabel.

De fleste mikrober lever af hududskillelser, så de danner meget tætte forhold.

Funktioner

Fordøjelse og vitaminproduktion

Mikrobiotaen udfører en række funktioner i den menneskelige krop og fremhæver dens rolle i forbedring af fordøjelsen.

Bakterierne, der lever i slutningen af tyktarmen, er relateret til spaltning af polysaccharider, der ikke kan metaboliseres effektivt i tyndtarmen, hvilket øger næringsstofabsorptionen.

Det er også vist, at forskellige bakterier er i stand til at producere essentielle vitaminer, der vil blive absorberet af værten. Et eksempel på dette er en af de organismer, der bedst er kendt af forskere: E. coli.

Konkurrence og beskyttelse mod patogener

Konkurrence er defineret som en antagonistisk interaktion, der involverer to eller flere arter, der konkurrerer om en fælles ressource.

Spektret af ufarlige mikroorganismer, som vi opbevarer i vores krop, er i konstant konkurrence med patogener, og i de fleste tilfælde lykkes de at fortrænge dem - takket være det, der i økologi er kendt som princippet om konkurrenceudstødelse.

De antages at etablere den første forsvarslinje mod infektion med disse potentielle patogener.

Hvordan studeres mikrobiotaen?

Undersøgelsen af mikrobiotaen går tilbage til tiderne for Antonie van Leewenhoek i begyndelsen af 1680. Denne forsker studerede på en sammenlignende måde de forskellige mikroorganismer, der beboede det orale område og i fæces, og bemærkede betydelige forskelle i begge områder.

Forskellene gik ud over kropsregionen, da denne forsker også inkluderede sammenligninger mellem sunde og syge individer i hans eksperimentelle design. På denne måde formåede han at vise betydningen af mikroorganismer i menneskers sundhed.

Historisk set involverede undersøgelsen af mikrobiotaen investering af tid og energi i produktionen af flere afgrøder.

På nuværende tidspunkt er denne metode erstattet af en molekylær tilgang, der tillader analyse af genetiske sekvenser af mikroorganismer (generelt er den anvendte molekylær markør genet for 16S og 18S ribosomalt RNA).

Ved at analysere disse sekvenser kan taxon (eukaryoter, bakterier eller archaea) tildeles forskellige taxonomiske niveauer, indtil vi når arten.

Udtrykket metagenomik blev oprindeligt brugt til karakterisering af total DNA, og i dag bruges det mere præcist til at henvise til studiet af genetiske markører, såsom 16S ribosomalt DNA-gen.

Hvad sker der, når der opstår ubalance i mikrobiotaen?

Selvom der ikke er nogen klar og præcis oversigt over alle organismer, der bebor den menneskelige krop, er det kendt, at ændringen i deres overflod og sammensætning påvirker helbredet, fra fordøjelsesforstyrrelser til udvikling af ængstelig adfærd.

For tiden styres behandlinger, der fokuserer på genindførelse af den sunde mikrobiota, hos patienter, der lider af nogle lidelser.

Referencer

Donaldson, GP, Lee, SM, & Mazmanian, SK (2016). Tarmbiogeografi af bakteriel mikrobiota. Naturanmeldelser. Mikrobiologi, 14 (1), 20–32.
Lloyd-Price, J., Abu-Ali, G., & Huttenhower, C. (2016). Det sunde menneskelige mikrobiom. Genmedicin, 8 (1), 51.
Marchesi, JR (red.). (2014). Den humane mikrobiota og mikrobiomet. CABI.
Marchesi, JR, & Ravel, J. (2015). Ordforrådet til mikrobiomforskning: et forslag. Mikrobiome, 3, 31.
Mimee, M., Citorik, RJ, & Lu, TK (2016). Mikrobiomterapi - Fremskridt og udfordringer. Avancerede anmeldelser af lægemiddelforsendelse, 105 (Pt A), 44-54.
Mohajeri, MH, Brummer, R., Rastall, RA, Weersma, RK, Harmsen, H., Faas, M., & Eggersdorfer, M. (2018). Mikrobiomets rolle for menneskers sundhed: fra grundlæggende videnskab til kliniske anvendelser. Europæisk ernæringstidsskrift, 57 (Suppl 1), 1–14.
Thursdayby, E., & Juge, N. (2017). Introduktion til den humane tarmmikrobiota. The Biochemical journal, 474 (11), 1823–1836.
Ursell, LK, Metcalf, JL, Parfrey, LW, & Knight, R. (2012). Definition af det humane mikrobiom. Ernæringsanmeldelser, 70 Suppl 1 (Suppl 1), S38 - S44.

MICROBIOTA: KOMPOSITION, FUNKTIONER OG HVOR DEN FINDES - BIOLOGI - 2025