Чревният микробиом и неговото значение за човешкото здраве

M. Георгиева

Втора детска клиника, МБАЛ „Св. Марина” – Варна

 

Храносмилателният тракт (ХТ) има и други функции освен смилане и абсорбция на храната. Той е не само механична бариера, но има и връзка с мозъка чрез имунната, ендокринната и ентералната нервна системи (втори мозък) и чрез луменните епителни хемосензори. Съществува оста ХТ – МОЗЪК [2, 10, 11].

Срещу патогените – вируси, бактерии, фунги, паразити и протеини, ХТ има биологична защита (нормалeн чревен микробиом), химична защита (↑късоверижни мастни киселини, ↓pH), механична защита (лигавица, мукус) и имунологична защита (асоциирана лимфна тъкан) [9].

 

Особености на човешкия микробиом

ХТ е населяван от множество живи организми. Микробиотата е група микроорганизми, населяващи човека. Микробиомът е съвкупност от бактерии, вируси. Микробиомът влияе върху човешката физиология в здраве и болест. Той е подобен на орган и неслучайно го наричат „забравения орган” [1]. По големина може да бъде сравнен с черния дроб, площта му е 400 m2, има 100 трилиона клетки, повече от 3500 вида/щама (бактерии, фунги, протозои, археа, вируси) и представлява 60% от теглото на фекалиите.

В ХТ живеят 9 типа бактерии, сред които доминират Bacteroides, Firmicutes, Proteobacteria и Actinobacteria – фиг. 1 [4, 15].

 

Фиг. 1. Типове бактерии в ХТ на човека. По Wu G. D et al., 2011.

 

80% от микробиома не може да се култивира и проучва самостоятелно. Човешкият микробиом е видово специфичен (homo sapiens) и много индивидуален [4, 22]. Състои се от два компоненти. Първо – бактериални щамове, свързани с чревната стена, които са стабилни във времето, определени от генетичните фактори на индивида и слабо влияещи се от диетата. Второ – бактериални щамове в луменното съдържимо, независещи от генетичните фактори на индивида, лесно променящи се във времето, влияещи се от диетата, приема на антибиотици и други външни фактори [1].

Генетичният състав на общността от микроорганизми съставлява т. нар. метагеном (за сравнение: човешкият геном има 23 000 гени, а метагеномът – 1 000 000 гени) [16].

 

Функции на чревния микробиом [19, 20]:

• храносмилателна: евентуално участие в смилането на хранителни вещества, продукция на витамини (B12, vit. K) и фолиева киселина, продукция на късоверижни мастни киселини;
• физиологична: матурация на лигавицата, защита на лигавицата чрез колонизационна резистентност и микробна продукция, стимулация на епителната бариера, регулация на колоноцитите;
• метаболитна: продукция на метаболити, чревен мотилитет, поддържане на енергийната хомеостаза;
• имунологична: увеличено образуването на мукус и активиране на интестиналните макрофаги, увеличено образуването на секреторен IgA, модулиране на профила на цитокините, стимулиране на неутрофилите, увеличена клетъчна активност на клетките-убийци (особено у възрастните).

Групата на полезните бактерии в чревния микробиом продуцира бактериоцини [7]. Микроорганизмите използват аминокиселините за произвеждане на широк спектър метаболити с антимикробна активност. Бактериоцините са антимикробни продукти, нискомолекулни пептиди, устойчиви на киселини и основи, безвредни за приемника, инхибиращи растежа на други бактерии. Повечето са катионни пептиди, имат структурно многообразие, тесен антибиотичен спектър, особено към Gram (-) патогени [7]. Лантибиотиците са специален клас бактериоцини, съдържащи множество ring структури, продуцирани от Gram (+) срещу Gram (+) патогени [12].

 

Потенциални вредни въздействия на чревния микробиом чрез [20]:

• карциногени и токсини;
• азосъединения;
• феноли и паракрезоли;
• H2S;
• хидроксилирани мастни киселини;
• вторични жлъчни киселини.

 

 

Видове полезни бактерии в чревния микробиом

Бифидобактерии. Gram (+) анаероби, неподвижни и необразуващи спори. Те са нормални обитатели на колона. Срещат се у новородените и могат да се изолират от изпражненията на кърмачетата, но играят важна роля и за флората на възрастните индивиди. Бифидобактериите са преобладаващият вид пробиотични бактерии в организма (повече от лактобацилите), но с възрастта броят им намалява. Те подпомагат доброто храносмилане, потискат развитието на патогени и модулират локални и системни имунни реакции. Играят важна роля за ферментацията на фибрите и въглехидратите в колона. Много бифидобактерии произвеждат vit. В и фолиева киселина, vit. К. До днес са изолирани 30 вида бифидобактерии, сред които B. bifidum, B. animalis, B. breve, B. longum, B. infantis и B. Lactis [5].

Лактобацили. Gram (+) факултативни анаероби, необразуващи спори. Те са нормални обитатели на тънките черва и влагалището. Името им произлиза от способността им да превръщат лактозата и други захари в млечна киселина. Киселата среда потиска развитието на вредните бактерии. Играят важна роля за имунитета и усвояването на хранителните вещества. Много видове се срещат във ферментиралите храни – кисело мляко, сирене, кисело зеле, туршии, бира, вино, сайдер и др. До днес са идентифицирани над 125 вида от рода Lactobacillus. Използваните като пробиотици са L. acidophilus, L. rhamnosus, L. breve, L. bulgaricus, L. casei, L. gasseri, и L. Plantarum [5].

Коки. Сферични Gram (+) факултативни анаероби, неподвижни и необразуващи спори. Родовете Enterococcus, Lactococcus и Streptococcus са включени в един род – Streptococcus. Те са част от чревната микрофлора, но се считат за транзитни бактерии, защото не могат да колонизират добре червата. Главната характеристика на коките е, че във ферментационни условия произвеждат много бързо млечна киселина. Размножават се изключително бързо (удвояват броя си за 30 мин.). Подобряват колонизацията на червата с лактобацили и бифидобактерии. Класически представители са Strepcococcus themophilus, Lactococcus lactis и Enterococcus fecium [5].

 

Заболявания, свързани с човешкия чревен микробиом

• Алергии, астма, аутизъм, атеросклероза;
• Целиакия, синдром на дразнимото черво, възпалителни заболявания на червата;
• Диабет тип I, метаболитен синдром, стеатохепатит, затлъстяване [14, 18].

 

Как се формира личният микробиомен подпис?

Формирането на чревната флора в индивидуалното развитие не е достатъчно добре проучено на този етап. Ражда ли се новороденото стерилно? До този момент се считаше, че това е така, но съвременните данни дават допълнителни сведения.

Към втора-трета седмица у кърменото дете се развиват Bifidobacteria, в резултат на съдържащите се в кърмата пребиотици (галактоозлигозагариди, фруктоолигозахариди). При децата на изкуствено хранене се развива смесена флора. Към 2-годишна възраст флората на детето вече наподобява флората на възрастния индивид [6].

Новите данни сочат, че съществува пренатално колонизиране. Бактериите могат да бъдат прехвърлени на плода още в утробата. При децата, родени чрез cectio cesarean, се откриват бактерии в кръвта от пъпната вена. Мекониумът е колонизиран с различни щамове. Това показва, че съществува пренатална обмяна на микроорганизми от майка на дете [8].

 

Какво уврежда чревния микробиом?

Съществуват редица фактори, които увреждат чревния микробиом – замърсяване на водата, антибиотици, стрес, нездравословно хранене (много мазнини), застоял живот [3, 17].

 

Дисбактериоза

В резултат на увреждането на чревния микробиом се развива дисбактериоза, която представлява синдром на нарушение на подвижното равновесие на микробиома [3]. Дисбактериозата се среща при 75-90% от хората и се свързва с различни заболявания [18]:

Пряко свързани с червата – диария (антибиотик асоциирана, диария при пътуване, Rotavirus диария, диария, причинена от храна), запек, синдром на дразнимото черво и възпалителни заболявания на червата, Helicobacter pylori инфекция, целиакия, дивертикулит, интестинална кандидоза.

Индиректно свързани – алергии, карцином, сърдечно-съдово заболяване, инфекция на отделителната система, гъбична вагинална инфекция/бактериална вагиноза, диабет, затлъстяване, метаболитен синдром, муковисцидоза, аутизъм, ТБС

При дисбактериозата се развиват следните симптоми – коремен дискомфорт, констипация, подуване, диария, умора, намалена концентрация.

Стадии на дисбактериозата [21]

• Стадий I – умерено намаляване на броя на облигатните бактерии, патогенната флора е малочислена, няма нарушаване на функциите на органа;
• Стадий II – критично намаляване на броя на бифидо и лактобактериите, бързо увеличаване на патогените, поява на диария, коремни болки, метеоризъм;
• Стадий III – възпалително засягане на стената на червото, хронична диария с несмлени частици, изоставане в развитието;
• Стадий IV – пред развитие на остра чревна инфекция: почти отсъства облигатната чревна флора, множество патогени, налице са общо изтощаване на организма, анемия, хиповитаминози.

 

Лечение на дисбактериозата [3]

• Отстраняване на бактериалния свръхрастеж в тънкото черво.
• Заселване на ХТ с нормална чревна флора и количественото й увеличение.
• Подобряване на интестиналното храносмилане и абсорбцията.
• Възстановяване на нарушената интестинална моторика.
• Корекция на имунния статус.
• Стимулиране реактивността на организма.

 

Заключение

Въпреки че ендогенният чревен микробиом е ненапълно характеризиран и неговото многообразие е недостатъчно определено, със сигурност се знае, че тази екосистема играе основна роля и за здравето, и за болестите. Дали чревните бактерии живеят в човека, или хората живеят между бактериите? Връзката човек – чревна флора не е коменсална, а синергична.

 

Библиография:

1. Колчаков, В. Чревна микробиота и чернодробни заболявания. Topmedica. 2016. 2, 25-26.
2. Bischoff, S. Gut health: a new objective in medicine? BMC Medicine. 2011. 9-24.
3. Chang, C., Lin, H. Dysbiosis in gastrointestinal disorders. Best Pract Res Clin Gastroenterol. 2016. 30 (1), 3-15.
4. Eckburg, P. B., Bik, E. M., Bernstein, Ch. N. et al. Diversity of the human intestinal microbial flora. Science. 2005. 308 (5728), 1635-1638.
5. Evaldson, G., Heimdahl, A., Kager, L., Nord, C. E. The normal human anaerobic microflora. Scand J Infect Dis Suppl.1982. 35, 9-15.
6. Groer, M. W.,  Luciano, A. A.,  Dishaw, L. J. et al. Development of the preterm infant gut microbiome: a research priority. Microbiome. 2014. 2:38.

7. Hegarty, J. W., Guinane, C. M., Ross, R. P. et al. Bacteriocin production: a relatively unharnessed probiotic trait? F1000Res. 2016, Oct 27. 5, 2587.
8. Jiménez, E., Marín, M. L., Martín, R. et al. Is meconium from healthy newborns actually sterile? Research in Microbiology. 2008. 159 (3) 187-193.
9. Lazupone, C. A., Stombaugh, J. I., Gordon, J. I. et al. Diversity, stability and resilience of the human gut microbiota. Nature. 2012. 489, 220-230.

10. Lyte, M. Microbial endocrinology in the microbiome-gut-brain axis: how bacterial production and utilization of neurochemicals influence behavior. PLos Pathol. 2013. 9 (11).
11. Mayer, E. A., Tillisch, K., Gupta, A. Gut/brain axis and the microbiota. J Clin Invest. 2015. 125 (3), 926-938.
12. Ongey, E. L., Yassi, H., Pfugmacher, S., Neubauer, P. Pharmacological and pharmacokinetic properties of lanthipeptides undergoing clinical studies. Biotechnol Lett. 2017. 39 (4), 473-482.
13. Petschow, B., Dore, J., Hibberd, P. et al. Probiotics, prebiotics, and the host microbiom: the science of translation. Ann N Y Acad Sci, 2013, 1306, 1-17.
14. Sanders, M. E., Lenoir-Wijnkoop, I., Salminen, S. et al. Probiotics and prebiotics: prospects for public health and nutritional recommendations. Ann NY Acad Sci. 2014. 1309, 19-29.
15. Sander, R., Fuchs, S., Milo, R. Are we really vastly outnumbered? Revisiting the ratio of Bacterial to host cells in humans. Cell. 2016. 28, 164 (3), 337-340.
16. Sangwan, N., Xia, F., Gilbert, J. A. Recovering complete and draft population genomes from metagenome datasets. Microbiome. 2016. 4, 8.
17. 17. Seed, P. C. The human mycobiome. 2014. http://perspectivesinmedicine.cshlp.org/content/5/5/a019810.full

18. Sommer, F., Anderson, J. M., Bharti, R. et al. Тhe resilience of the intestinal microbiota influences health and disease. Nat Rev Microbiol. 2017.
19. Thursby, E., Juge, N. Introduction to the human gut microbiota. Biochem J. 2017. 474 (11), 1823-1836.
20. Todar’s Online Textbook of Bacteriology. www.textbookofbacteriology.net.
21. Weiss, G. A., Hennet, T. Mechanisms and consequences of intestinal dysbiosis. Cell Mol Life Sci. 2017.
22. Wu, G. D., Chen, J., Hoffmann, C. et al. Linking long-term dietary patterns with gut microbial enterotypes. Science. 2011.334 (6052), 105-108.