Humant mikrobiom - Human microbiome
Det humane mikrobiom er aggregatet af al mikrobiota, der ligger på eller inden i humane væv og biofluider sammen med de tilsvarende anatomiske steder, hvor de opholder sig, herunder hud, brystkirtler, sædvæske, livmoder, æggestokkesække, lunge, spyt, mundslimhinde , bindehinde , galdeveje og mave -tarmkanalen . Typer af human mikrobiota omfatter bakterier , archaea , svampe , protister og vira . Selvom mikrodyr også kan leve på menneskekroppen, er de typisk udelukket fra denne definition. I forbindelse med genomik bruges udtrykket humant mikrobiom undertiden til at referere til de kollektive genomer af residente mikroorganismer; udtrykket human metagenome har imidlertid den samme betydning.
Mennesker koloniseres af mange mikroorganismer med omtrent samme størrelsesorden for ikke-humane celler som humane celler. Nogle mikroorganismer, der koloniserer mennesker, er commensal , hvilket betyder, at de eksisterer sammen uden at skade mennesker; andre har et mutualistisk forhold til deres menneskelige værter. Omvendt kan nogle ikke- patogene mikroorganismer skade menneskelige værter via de metabolitter, de producerer, som trimethylamin , som menneskekroppen omdanner til trimethylamin N-oxid via FMO3- medieret oxidation. Visse mikroorganismer udfører opgaver, der vides at være nyttige for den menneskelige vært, men de fleste af deres rolle er ikke godt forstået. Dem, der forventes at være til stede, og som under normale omstændigheder ikke forårsager sygdom, betragtes undertiden som normal flora eller normal mikrobiota .
Den menneskelige microbiome Project (HMP) tog på projektet af sekventering af genomet af den menneskelige mikrobiota, med særlig fokus på den mikrobiota der normalt bebor huden, mund, næse, mave-tarmkanalen, og vagina. Det nåede en milepæl i 2012, da det offentliggjorde sine første resultater.
Terminologi
|
−4500 -
-
-
-
−4000 -
-
-
-
−3500 -
-
-
-
−3000 -
-
-
-
−2500 -
-
-
-
−2000 -
-
-
-
−1500 -
-
-
-
−1000 -
-
-
-
−500 -
-
-
-
0 -
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(for millioner år siden )
* Istider
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Selvom det er kendt som flora eller mikroflora , er dette en forkert betegnelse i tekniske termer, da ordet rodflora vedrører planter, og biota refererer til den samlede samling af organismer i et bestemt økosystem. For nylig anvendes det mere passende udtryk mikrobiota , selvom dets anvendelse ikke har formørket den forankrede brug og anerkendelse af flora med hensyn til bakterier og andre mikroorganismer. Begge udtryk bruges i forskellig litteratur.
Relative tal
Fra 2014 blev det rapporteret i populære medier og i den videnskabelige litteratur, at der er omkring 10 gange så mange mikrobielle celler i menneskekroppen, som der er menneskelige celler; dette tal var baseret på estimater om, at det humane mikrobiom omfatter omkring 100 billioner bakterieceller, og at et voksent menneske typisk har omkring 10 billioner humane celler. I 2014 offentliggjorde American Academy of Microbiology en FAQ, der understregede, at antallet af mikrobielle celler og antallet af humane celler begge er estimater, og bemærkede, at nyere forskning var nået frem til et nyt skøn over antallet af humane celler - cirka 37,2 billioner , hvilket betyder, at forholdet mellem mikrobielle og menneskelige celler, hvis det oprindelige skøn på 100 billioner bakterieceller er korrekt, er tættere på 3: 1. I 2016 offentliggjorde en anden gruppe et nyt estimat af forholdet på cirka 1: 1 (1,3: 1, med "en usikkerhed på 25% og en variation på 53% i forhold til befolkningen på standard 70 kg [150 lb] hanner") .
Et nyere skøn er et forhold på 1,3: 1 bakterieceller for hver menneskelig celle, hvorimod antallet af fager og vira er flere end bakterieceller i mindst en størrelsesorden mere. Antallet af bakterielle gener (forudsat 1000 bakteriearter i tarmen med 2000 gener pr. Art) anslås at være 2.000.000 gener, 100 gange antallet af cirka 20.000 menneskelige gener.
Undersøgelse
Problemet med at belyse det humane mikrobiom er i det væsentlige at identificere medlemmerne af et mikrobielt samfund, som omfatter bakterier, eukaryoter og vira. Dette gøres primært ved hjælp af deoxyribonukleinsyre (DNA) -baserede undersøgelser, selvom ribonukleinsyre (RNA), protein og metabolitbaserede undersøgelser også udføres. DNA-baserede mikrobiomundersøgelser kan typisk kategoriseres som enten målrettede amplikonundersøgelser eller, for nylig, metagenomiske undersøgelser med haglgevær . Førstnævnte fokuserer på specifikke kendte markørgener og er primært informativ taksonomisk, mens sidstnævnte er en hel metagenomisk tilgang, som også kan bruges til at studere samfundets funktionelle potentiale. En af de udfordringer, der er til stede i humane mikrobiomundersøgelser, men ikke i andre metagenomiske undersøgelser, er at undgå at inkludere værts -DNA'et i undersøgelsen.
Bortset fra blot at belyse sammensætningen af det humane mikrobiom, er et af de store spørgsmål, der involverer det humane mikrobiom, om der er en "kerne", det vil sige om der er en delmængde af samfundet, der deles mellem de fleste mennesker. Hvis der er en kerne, ville det være muligt at forbinde visse fællesskabssammensætninger med sygdomstilstande, hvilket er et af målene med HMP. Det vides, at det humane mikrobiom (såsom tarmmikrobiota) er meget variabel både inden for et enkelt emne og blandt forskellige individer, et fænomen, der også observeres hos mus.
Den 13. juni 2012 blev en vigtig milepæl for HMP annonceret af National Institutes of Health (NIH) -direktør Francis Collins . Meddelelsen blev ledsaget af en række koordinerede artikler offentliggjort i Nature og flere tidsskrifter i Public Library of Science (PLoS) samme dag. Ved at kortlægge den normale mikrobielle sammensætning af raske mennesker ved hjælp af genom-sekventeringsteknikker har forskerne i HMP oprettet en referencedatabase og grænserne for normal mikrobiel variation hos mennesker. Fra 242 raske amerikanske frivillige blev mere end 5.000 prøver indsamlet fra væv fra 15 (mænd) til 18 (kvinder) kropssteder, såsom mund, næse, hud, nedre tarm (afføring) og vagina. Alt DNA, humant og mikrobielt, blev analyseret med DNA -sekventeringsmaskiner. De mikrobielle genomdata blev ekstraheret ved at identificere det bakteriespecifikke ribosomale RNA, 16S rRNA . Forskerne beregnede, at mere end 10.000 mikrobielle arter optager det menneskelige økosystem, og de har identificeret 81–99% af slægterne .
Haglgevær sekvensering
Det er ofte svært at dyrke i laboratoriefællesskaber af bakterier , archaea og vira , derfor kan sekventeringsteknologier også udnyttes i metagenomics . Den komplette viden om funktionerne og karakteriseringen af specifikke mikrobielle stammer tilbyder faktisk en stor potentiale i terapeutisk opdagelse og menneskers sundhed.
Indsamling af prøver og DNA -ekstraktion
Hovedpunktet er at indsamle en mængde mikrobiel biomasse, der er tilstrækkelig til at udføre sekventeringen og minimere prøveforurening; af denne grund kan der anvendes berigelsesteknikker. Især DNA-ekstraktion skal metode være godt for hver bakteriel belastning , ikke at have de genomer af dem, der er nemme at lysere . Mekanisk lysering foretrækkes normalt frem for kemisk lysering, og perleslag kan resultere i DNA -tab ved forberedelse af biblioteket.
Forberedelse af biblioteket og sekvensering
De mest brugte platforme er Illumina , Ion Torrent , Oxford Nanopore MinION og Pacific Bioscience Sequel, selvom Illumina -platformen betragtes som den mest tiltalende mulighed på grund af dens brede tilgængelighed, høje output og nøjagtighed. Der er ingen indikationer vedrørende den korrekte mængde prøve, der skal bruges.
Metagenome samling
De novo -tilgangen udnyttes; det giver imidlertid nogle vanskeligheder, der skal overvindes. Den dækning afhænger af hver genom overflod i dens specifikke samfund; lav-overflod genomer kan undergå fragmentering, hvis sekventeringsdybden ikke er tilstrækkelig nok til at undgå dannelse af huller. Heldigvis er der metagenome-specifikke samlere til hjælp, da hvis hundredvis af stammer er til stede, skal sekvensdybden øges til sit maksimum.
Contig binning
Hverken fra hvilket genom alle konti stammer, eller antallet af genomer til stede i prøven er kendt a priori ; formålet med dette trin er at opdele contigs i arter. Metoderne til at udføre en sådan analyse kan enten overvåges (database med kendte sekvenser) eller uden tilsyn (direkte søgning efter kontigrupper i de indsamlede data). Begge metoder kræver imidlertid en slags metrisk for at definere en score for ligheden mellem et specifikt kontig og den gruppe, det skal placeres i, og algoritmer til at konvertere lighederne til allokeringer i grupperne.
Analyse efter behandlingen
Den statistiske analyse er afgørende for at validere de opnåede resultater ( ANOVA kan bruges til at størrelse forskellene mellem grupperne); hvis det er parret med grafiske værktøjer, er resultatet let visualiseret og forstået.
Når først et metagenom er samlet, er det muligt at udlede mikrobiomets funktionelle potentiale. Beregningsudfordringerne for denne type analyse er større end for enkeltgenomer, fordi metagenomesamlere normalt har en dårligere kvalitet, og mange genvundne gener er ikke-komplette eller fragmenterede. Efter genidentifikationstrinnet kan dataene bruges til at udføre en funktionel annotation ved hjælp af flere justeringer af målgenerne mod ortologers databaser.
Markørgenanalyse
Det er en teknik, der udnytter primere til at målrette mod en bestemt genetisk region og gør det muligt at bestemme de mikrobielle fylogenier . Den genetiske region er kendetegnet ved en meget variabel region, som kan give detaljeret identifikation; den er afgrænset af bevarede regioner, som fungerer som bindingssteder for primere, der anvendes i PCR . Hovedgenet, der bruges til at karakterisere bakterier og archaea, er 16S rRNA -gen, mens svampeidentifikation er baseret på Internal Transcribe Spacer (ITS). Teknikken er hurtig og ikke så dyr og gør det muligt at opnå en lavopløselig klassificering af en mikrobiel prøve; det er optimalt for prøver, der kan være kontamineret af værts -DNA. Primeraffinitet varierer blandt alle DNA -sekvenser, hvilket kan resultere i forspændinger under amplifikationsreaktionen; Faktisk er prøver med lav overflod modtagelige for overamplifikationsfejl, da de andre kontaminerende mikroorganismer resulterer i overrepræsentation i tilfælde af forøgelse af PCR-cyklusser. Derfor kan optimeringen af primer -selektionen bidrage til at reducere sådanne fejl, selvom det kræver fuldstændig viden om mikroorganismerne i prøven og deres relative mængder.
Markørgenanalyse kan påvirkes af primervalget; i denne form for analyse er det ønskeligt at bruge en velvalideret protokol (f.eks. den, der blev brugt i Earth Microbiome Project ). Den første ting at gøre i en markørgenamplikonanalyse er at fjerne sekventeringsfejl; mange sekventeringsplatforme er meget pålidelige, men det meste af den tilsyneladende sekvensdiversitet skyldes stadig fejl under sekventeringsprocessen. For at reducere dette fænomen er en første tilgang at samle sekvenser i Operationel taksonomisk enhed (OTU'er): denne proces konsoliderer lignende sekvenser (en tærskel på 97% er normalt vedtaget) til en enkelt funktion, der kan bruges i yderligere analysetrin; denne metode ville imidlertid kassere SNP'er, fordi de ville blive samlet i en enkelt OTU. En anden tilgang er Oligotyping , som inkluderer positionsspecifik information fra 16'ernes rRNA-sekventering for at detektere små nukleotidvariationer og fra at skelne mellem nært beslægtede forskellige taxaer. Disse metoder giver som output en tabel med DNA -sekvenser og tællinger af de forskellige sekvenser pr. Prøve frem for OTU.
Et andet vigtigt trin i analysen er at tildele et taksonomisk navn til mikrobielle sekvenser i dataene. Dette kan gøres ved hjælp af metoder til maskinlæring , der kan nå en nøjagtighed på slægt-niveau på omkring 80%. Andre populære analysepakker understøtter taksonomisk klassificering ved hjælp af nøjagtige matches til referencedatabaser og bør give større specificitet, men dårlig følsomhed. Uklassificeret mikroorganisme bør kontrolleres yderligere for organelsekvenser.
Fylogenetisk analyse
Mange metoder, der udnytter fylogenetisk inferens, bruger 16SRNA -genet til Archea og Bakterier og 18SRNA -genet til eukaryoter. Fylogenetiske komparative metoder (PCS) er baseret på sammenligning af flere træk blandt mikroorganismer; princippet er: jo tættere de er beslægtede, jo større antal træk deler de. Normalt er PCS koblet med fylogenetisk generaliseret mindst kvadrat (PGLS) eller anden statistisk analyse for at få mere signifikante resultater. Rekonstruktion af forfædre tilstand bruges i mikrobiomundersøgelser til at tilregne egenskabsværdier for taxa, hvis egenskaber er ukendte. Dette udføres almindeligvis med PICRUSt , som er afhængig af tilgængelige databaser. Filogenetiske variabler vælges af forskere i henhold til undersøgelsestypen: gennem udvælgelsen af nogle variabler med betydelige biologiske oplysninger er det muligt at reducere dimensionen af dataene, der skal analyseres.
Fylogenetisk bevidst afstand udføres normalt med UniFrac eller lignende værktøjer, såsom Soresens indeks eller Rao's D, for at kvantificere forskellene mellem de forskellige samfund. Alle disse metoder påvirkes negativt af vandret gentransmission (HGT), da det kan generere fejl og føre til korrelation mellem fjerne arter. Der er forskellige måder at reducere den negative effekt af HGT: brug af flere gener eller beregningsværktøjer til at vurdere sandsynligheden for formodede HGT -hændelser.
Typer
Bakterie
Befolkninger af mikrober (såsom bakterier og gær ) bebor huden og slimhindeoverfladerne i forskellige dele af kroppen. Deres rolle er en del af normal, sund menneskelig fysiologi, men hvis antallet af mikrober vokser ud over deres typiske områder (ofte på grund af et kompromitteret immunsystem), eller hvis mikrober befolker (f.eks. Gennem dårlig hygiejne eller skade) områder af kroppen normalt ikke koloniserede eller steril (f.eks. blodet eller de nedre luftveje eller bughulen), kan der opstå sygdom (forårsager henholdsvis bakteræmi/sepsis, lungebetændelse og peritonitis).
Human Microbiome Project fandt ud af, at individer er vært for tusindvis af bakterietyper, forskellige kropssteder med deres egne særprægede fællesskaber. Hud og vaginale steder viste mindre mangfoldighed end munden og tarmen, disse viste den største rigdom. Den bakterielle makeup for et givet sted på en krop varierer fra person til person, ikke kun i type, men også i overflod. Bakterier af samme art, der findes i hele munden, er af flere undertyper, og foretrækker at bo klart forskellige steder i munden. Selv enterotyperne i den menneskelige tarm, som man tidligere troede var godt forstået, stammer fra et bredt spektrum af samfund med slørede taxongrænser.
Det anslås, at 500 til 1.000 arter af bakterier lever i menneskets tarmsystem, men tilhører blot et par phyla: Firmicutes og Bacteroidetes dominerer, men der er også Proteobacteria , Verrucomicrobia , Actinobacteria , Fusobacteria og Cyanobakterier .
En række typer bakterier, såsom Actinomyces viscosus og A. naeslundii , lever i munden, hvor de er en del af et klæbrigt stof kaldet plaque . Hvis dette ikke fjernes ved børstning, hærder det til calculus (også kaldet tandsten). De samme bakterier udskiller også syrer, der opløser tandemaljen og forårsager huller i tænderne .
Den vaginale mikroflora består hovedsageligt af forskellige lactobacillusarter . Man troede længe, at den mest almindelige af disse arter var Lactobacillus acidophilus , men det er senere blevet vist, at L. iners faktisk er mest almindelig, efterfulgt af L. crispatus . Andre lactobaciller fundet i skeden er L. jensenii , L. delbruekii og L. gasseri . Forstyrrelse af vaginalfloraen kan føre til infektioner såsom bakteriel vaginose eller candidiasis ("gærinfektion").
Archaea
Archaea er til stede i den menneskelige tarm, men i modsætning til den enorme mangfoldighed af bakterier i dette organ er antallet af arkeiske arter meget mere begrænset. Den dominerende gruppe er methanogenerne , især Methanobrevibacter smithii og Methanosphaera stadtmanae . Imidlertid er kolonisering med metanogener variabel, og kun omkring 50% af mennesker har let påviselige populationer af disse organismer.
Fra 2007 kendte man ingen klare eksempler på arkæale patogener , selvom der er blevet foreslået en sammenhæng mellem tilstedeværelsen af nogle metanogener og human periodontal sygdom .
Svampe
Svampe, især gær , er til stede i den menneskelige tarm. De bedst studerede af disse er Candida- arter på grund af deres evne til at blive patogene hos immunkompromitterede og endda hos raske værter. Gær findes også på huden, såsom Malassezia -arter, hvor de indtager olier udskilt fra talgkirtlerne .
Vira
Virus, især bakterielle vira ( bakteriofager ), koloniserer forskellige kropssteder. Disse koloniserede steder omfatter hud, tarm, lunger og mundhule. Virussamfund har været forbundet med nogle sygdomme og afspejler ikke bare bakteriesamfundene.
Anatomiske områder
Hud
En undersøgelse af 20 hudsteder på hver af ti raske mennesker fandt 205 identificerede slægter i 19 bakterielle phyla, hvor de fleste sekvenser blev tildelt fire phyla: Actinobacteria (51,8%), Firmicutes (24,4%), Proteobacteria (16,5%) og Bacteroidetes ( 6,3%). Et stort antal svampeslægter er til stede på sund menneskelig hud, med en vis variation efter kropsregion; under patologiske tilstande har visse slægter imidlertid en tendens til at dominere i den berørte region. For eksempel er Malassezia dominerende ved atopisk dermatitis, og Acremonium er dominerende på skæl-ramt hovedbund.
Huden fungerer som en barriere for at afskrække invasionen af patogene mikrober. Menneskets hud indeholder mikrober, der findes enten i eller på huden og kan være bolig eller forbigående. Resident mikroorganismer typer varierer i forhold til hudtype på den menneskelige krop. Et flertal af mikroberne bor på overfladiske celler på huden eller foretrækker at associeres med kirtler. Disse kirtler såsom olie- eller svedkirtler forsyner mikroberne med vand, aminosyrer og fedtsyrer. Desuden er hjemmehørende bakterier, der er forbundet med oliekirtler, ofte gram-positive og kan være patogene.
Konjunktiva
Et lille antal bakterier og svampe er normalt til stede i bindehinden . Klasser af bakterier inkluderer grampositive kokker (f.eks. Staphylococcus og Streptococcus ) og gramnegative stænger og kokker (f.eks. Haemophilus og Neisseria ) er til stede. Svampeslægter omfatter Candida , Aspergillus og Penicillium . De lakrymale kirtler udskilles kontinuerligt og holder bindehinden fugtig, mens intermitterende blink smører bindehinden og skyller fremmedlegemer væk. Tårer indeholder baktericider som lysozym , så mikroorganismer har svært ved at overleve lysozymet og sætte sig på epiteloverfladerne .
Mavetarmkanalen
|
Tryptofanmetabolisme ved human gastrointestinal mikrobiota (
)
 |
Hos mennesker bestemmes sammensætningen af det gastrointestinale mikrobiom under fødslen. Fødsel ved kejsersnit eller vaginal fødsel påvirker også tarmens mikrobielle sammensætning. Babyer født gennem vaginalkanalen har ikke-patogene, gavnlige tarmmikrobioter, der ligner dem, der findes hos moderen. Tarmmikrobiota af babyer, der leveres af C-sektion, rummer imidlertid flere patogene bakterier, såsom Escherichia coli og Staphylococcus, og det tager længere tid at udvikle ikke-patogene, gavnlige tarmmikrobioter.
Forholdet mellem nogle gut flora og mennesker er ikke blot kommensale (en ikke-skadelig sameksistens), men snarere en mutualistisk forhold. Nogle humane tarmmikroorganismer gavner værten ved at fermentere kostfibre til kortkædede fedtsyrer (SCFA'er), såsom eddikesyre og smørsyre , som derefter absorberes af værten. Intestinale bakterier spiller også en rolle i at syntetisere vitamin B og vitamin K samt metabolizing galdesyrer , steroler og xenobiotika . Den systemiske betydning af SCFA'erne og andre forbindelser, de producerer, er som hormoner, og tarmfloraen ser ud til at fungere som et endokrint organ , og dysregulering af tarmfloraen er blevet korreleret med et væld af inflammatoriske og autoimmune tilstande.
Sammensætningen af tarmfloraen ændrer sig over tid, når kosten ændrer sig, og som generel sundhed ændres. En systematisk gennemgang af 15 human randomiserede kontrollerede forsøg fra juli 2016 viste, at visse kommercielt tilgængelige stammer af probiotiske bakterier fra Bifidobacterium og Lactobacillus slægter ( B. longum , B. breve , B. infantis , L. helveticus , L. rhamnosus , L. plantarum , og L. casei ), når indtages gennem munden i daglige doser på 10 9 -10 10 kolonidannende enheder (CFU) i 1-2 måneder, besidder behandlingseffektivitet (dvs. forbedrer adfærdsmæssige resultater) i visse sygdomme i centralnervesystemet - herunder angst , depression , autismespektrumforstyrrelse og obsessiv -kompulsiv lidelse - og forbedrer visse aspekter af hukommelsen . Ændringer i sammensætningen af tarmmikrobiota har imidlertid også vist sig at være korreleret med sundhedsskadelige virkninger. I en artikel udgivet af Musso et al. Fandt man ud af, at tarmmikrobiota hos fede enkeltpersoner havde flere Firmicutes og færre Bacteroidetes end raske individer. Det antages, at denne ændring i mikrobe -forhold kan bidrage til en stigning i bakterier, der er mere effektive til at udvinde energi fra mad. Forskere brugte haglgeværs sekvensering til at sammenligne mikrobiota af fede mus med magre mus. De fandt ud af, at fede mus genomer bestod af en overflod af gener, der koder for enzymer, der er i stand til at nedbryde polysaccharider, der er ufordøjelige af menneskekroppen alene.
Desuden bekræftede en undersøgelse foretaget af Gordon et al., At det var sammensætningen af mikrobiota, der forårsager fedme frem for omvendt. Dette blev gjort ved at transplantere tarmmikrobiota fra diætinducerede fede (DIO) mus eller magre kontrolmus til magre kimfrie mus, der ikke har et mikrobiom. De fandt ud af, at musene, der blev transplanteret med DIO -musens tarmmikrobiota, havde signifikant højere total kropsfedt end musene, der blev transplanteret med magert musemikrobiota, når de blev fodret med den samme kost.
En separat undersøgelse, afsluttet af Ridaura et al. i 2013 udførte den første transplantation af humant fækalt stof til kimfrie mus. Den indsamlede menneskelige afføring stammer fra voksne kvindelige tvillinger med markant forskellige kropsfedtprocenter. Forskerne var i stand til i det væsentlige at overføre fedme-fænotypen og den magre fænotype til mus, mens de begge var på fedtfattig musefoder. Musene med afføring, der stammer fra den fede tvilling, øgede total krops- og fedtmasse, mens musene med afføring afledt af den slankere tvilling ikke udviklede overvægtige træk eller symptomer.
Urinrøret og blæren
Det genitourinære system ser ud til at have en mikrobiota, hvilket er et uventet fund i lyset af den mangeårige brug af standard kliniske mikrobiologiske kulturmetoder til at detektere bakterier i urinen, når folk viser tegn på en urinvejsinfektion ; det er almindeligt, at disse tests ikke viser bakterier. Det ser ud til, at almindelige kulturmetoder ikke påviser mange slags bakterier og andre mikroorganismer , der normalt er til stede. Fra 2017 blev sekventeringsmetoder brugt til at identificere disse mikroorganismer for at afgøre, om der er forskelle i mikrobiota mellem mennesker med urinvejsproblemer og dem, der er raske. For korrekt at vurdere blærens mikrobiom i modsætning til det genitourinære system bør urinprøven opsamles direkte fra blæren, hvilket ofte udføres med et kateter .
Vagina
Vaginal mikrobiota refererer til de arter og slægter, der koloniserer skeden. Disse organismer spiller en vigtig rolle i beskyttelsen mod infektioner og vedligeholdelse af vaginal sundhed. De mest almindelige vaginale mikroorganismer, der findes hos kvinder før overgangsalderen, er fra slægten Lactobacillus , som undertrykker patogener ved at producere hydrogenperoxid og mælkesyre. Bakteriesammensætning og -forhold varierer afhængigt af stadiet i menstruationscyklussen . Etnicitet påvirker også vaginal flora. Forekomsten af hydrogenperoxidproducerende lactobaciller er lavere hos afroamerikanske kvinder, og vaginal pH er højere. Andre indflydelsesrige faktorer såsom samleje og antibiotika har været forbundet med tabet af lactobaciller. Desuden har undersøgelser fundet ud af, at samleje med kondom ser ud til at ændre lactobacilliniveauer og øger niveauet af Escherichia coli i vaginalfloraen. Ændringer i den normale, sunde vaginale mikrobiota er en indikation på infektioner, såsom candidiasis eller bakteriel vaginose . Candida albicans hæmmer væksten af Lactobacillus -arter, mens Lactobacillus -arter, der producerer hydrogenperoxid, hæmmer væksten og virulensen af Candida albicans i både skeden og tarmen.
Svampeslægter , der er blevet påvist i skeden, omfatter blandt andet Candida , Pichia , Eurotium , Alternaria , Rhodotorula og Cladosporium .
Moderkage
Indtil for nylig blev moderkagen anset for at være et sterilt organ, men der er identificeret kommensale, ikke -patogene bakteriearter og slægter, der findes i placentavævet. Eksistensen af et mikrobiom i moderkagen er imidlertid kontroversiel som kritiseret i flere undersøgelser. Såkaldt "placentamikrobiom" stammer sandsynligvis fra kontaminering af regenter, fordi prøver med lav biomasse let forurenes.
Livmoder
Indtil for nylig blev kvinders øvre reproduktive kanal betragtet som et sterilt miljø. En række mikroorganismer lever i livmoderen hos raske, asymptomatiske kvinder i reproduktiv alder. Livmoderens mikrobiom adskiller sig markant fra vagina og mave -tarmkanalen.
Oral hulrum
Miljøet i den menneskelige mund tillader vækst af karakteristiske mikroorganismer, der findes der. Det giver en kilde til vand og næringsstoffer samt en moderat temperatur. Bosatte mikrober i munden klæber til tænder og tandkød for at modstå mekanisk skylning fra munden til maven, hvor syrefølsomme mikrober ødelægges af saltsyre.
Anaerobe bakterier i mundhulen omfatter: Actinomyces , Arachnia , Bacteroides , Bifidobacterium , Eubacterium , Fusobacterium , Lactobacillus , Leptotrichia , Peptococcus , Peptostreptococcus , Propionibacterium , Selenomonas , Treponema og Veillonella . Slægter, der ofte findes i munden, omfatter blandt andet Candida , Cladosporium , Aspergillus , Fusarium , Glomus , Alternaria , Penicillium og Cryptococcus .
Bakterier ophobes på både det hårde og bløde orale væv i biofilm, så de kan klæbe til og stræbe i det orale miljø, mens de er beskyttet mod miljøfaktorer og antimikrobielle midler. Spyt spiller en central biofilm homeostatisk rolle, der tillader rekolonisering af bakterier til dannelse og kontrol af vækst ved at fjerne biofilmopbygning. Det giver også et middel til næringsstoffer og temperaturregulering. Biofilmens placering bestemmer, hvilken type udsatte næringsstoffer den modtager.
Orale bakterier har udviklet mekanismer til at fornemme deres miljø og unddrage sig eller ændre værten. Et meget effektivt medfødt værtsforsvarssystem overvåger imidlertid konstant bakteriekoloniseringen og forhindrer bakteriel invasion af lokale væv. Der findes en dynamisk ligevægt mellem tandpladebakterier og det medfødte værtsforsvarssystem.
Denne dynamik mellem værts mundhule og orale mikrober spiller en central rolle i sundhed og sygdom, da den giver adgang til kroppen. En sund ligevægt præsenterer et symbiotisk forhold, hvor orale mikrober begrænser vækst og adhæsion af patogener, mens værten giver et miljø for dem at blomstre. Økologiske ændringer såsom ændring af immunstatus, skift af residente mikrober og tilgængelighed af næringsstoffer skifter fra et gensidigt til parasitært forhold, hvilket resulterer i, at værten er tilbøjelig til oral og systemisk sygdom. Systemiske sygdomme som diabetes og hjerte -kar -sygdomme er blevet korreleret med dårlig mundhygiejne. Af særlig interesse er orale mikroorganismeres rolle i de to store tandsygdomme: tandkaries og periodontal sygdom . Patogenkolonisering ved periodontium forårsager et overdreven immunrespons, hvilket resulterer i en periodontal lomme- et uddybet rum mellem tanden og tandkødet. Dette fungerer som et beskyttet blodrigt reservoir med næringsstoffer til anaerobe patogener. Systemisk sygdom på forskellige steder i kroppen kan skyldes, at orale mikrober kommer ind i blodet og omgår periodontale lommer og orale membraner.
Vedvarende korrekt mundhygiejne er den primære metode til forebyggelse af oral og systemisk sygdom. Det reducerer tætheden af biofilm og overvækst af potentielle patogene bakterier, der resulterer i sygdom. Imidlertid er korrekt mundhygiejne muligvis ikke nok, da det orale mikrobiom, genetik og ændringer i immunrespons spiller en rolle i udviklingen af kroniske infektioner. Brug af antibiotika kan behandle allerede spredende infektion, men ineffektiv mod bakterier i biofilm.
Næsehulen
Det sunde nasale mikrobiom domineres af Corynebacterium og Staphylococcus. Slimhinde mikrobiomet spiller en kritisk rolle i modulering af virusinfektion.
Lunge
Ligesom mundhulen har det øvre og nedre luftvejssystem mekaniske afskrækkende midler til at fjerne mikrober. Pokalceller producerer slim, der fanger mikrober og flytter dem ud af luftvejene via kontinuerligt bevægelige cilierede epitelceller. Derudover genereres en bakteriedræbende virkning af næseslim, der indeholder enzymet lysozym. Det øvre og nedre luftveje ser ud til at have sit eget sæt mikrobiota. Lungebakteriel mikrobiota tilhører 9 store bakterielle slægter: Prevotella , Sphingomonas , Pseudomonas , Acinetobacter , Fusobacterium , Megasphaera , Veillonella , Staphylococcus og Streptococcus . Nogle af de bakterier, der betragtes som "normal biota" i luftvejene, kan forårsage alvorlig sygdom, især hos immunkompromitterede personer; disse omfatter Streptococcus pyogenes , Haemophilus influenzae , Streptococcus pneumoniae , Neisseria meningitidis og Staphylococcus aureus . Svampeslægter , der sammensætter lungemykobiomet, omfatter blandt andet Candida , Malassezia , Neosartorya , Saccharomyces og Aspergillus .
Usædvanlig fordeling af bakterie- og svampeslægter i luftvejene observeres hos mennesker med cystisk fibrose . Deres bakterieflora indeholder ofte antibiotikaresistente og langsomt voksende bakterier, og hyppigheden af disse patogener ændrer sig i forhold til alder.
Galdevej
Traditionelt er galdevejen blevet anset for at være normalt steril, og tilstedeværelsen af mikroorganismer i galde er en markør for patologisk proces. Denne antagelse blev bekræftet ved fejl i tildeling af bakteriestammer fra den normale galdegang. Papirer begyndte at dukke op i 2013, hvilket viser, at den normale galdemikrobiota er et separat funktionelt lag, der beskytter en galdekanal mod kolonisering af eksogene mikroorganismer.
Sygdom og død
Menneskelige kroppe er afhængige af de utallige bakteriegener som kilden til essentielle næringsstoffer. Både metagenomiske og epidemiologiske undersøgelser indikerer vitale roller for det humane mikrobiom i forebyggelsen af en lang række sygdomme, fra type 2 -diabetes og fedme til inflammatorisk tarmsygdom, Parkinsons sygdom og endda psykiske lidelser som depression. Et symbiotisk forhold mellem tarmmikrobiota og forskellige bakterier kan påvirke en persons immunrespons. Selv om mikrobiombaseret behandling i sin barndom også viser løfte, især til behandling af lægemiddelresistent C. difficile- infektion og i diabetesbehandling.
Clostridioides difficile infektion
En overvældende tilstedeværelse af bakterierne, C. difficile, fører til en infektion i mave -tarmkanalen, der normalt er forbundet med dysbiose med den mikrobiota, der menes at være forårsaget af administration af antibiotika. Brug af antibiotika udrydder den gavnlige tarmflora i mave -tarmkanalen, hvilket normalt forhindrer patogene bakterier i at etablere dominans. Traditionel behandling af C. difficile- infektioner inkluderer et ekstra antibiotikabehandling, men effektivitetsraterne er i gennemsnit mellem 20-30%. Forskere erkendte betydningen af sunde tarmbakterier og vendte sig til en procedure kendt som fækal mikrobiotatransplantation , hvor patienter, der oplever mave -tarmsygdomme, såsom C. difficile -infektion, modtager fækalindhold fra et sundt individ i håb om at genoprette en normal fungerende tarmmikrobiota. Fækal mikrobiotatransplantation er cirka 85–90% effektiv hos mennesker med CDI, for hvem antibiotika ikke har virket, eller hos hvem sygdommen gentager sig efter antibiotika. De fleste mennesker med CDI genopretter med en FMT -behandling.
Kræft
Selvom kræft generelt er en sygdom i værtsgenetik og miljøfaktorer, er mikroorganismer impliceret i omkring 20% af menneskelige kræftformer. Især for potentielle faktorer i tyktarmskræft , bakterietætheden er en million gange højere end i tyndtarmen , og ca. 12 gange mere cancere forekommer i tyktarmen i sammenligning med tyndtarmen, eventuelt oprettelse af en patogen rolle for mikroflora i kolon og rektale cancere . Mikrobiel tæthed kan bruges som et prognostisk værktøj til vurdering af kolorektal kræft.
Mikrobiotaen kan påvirke kræftfremkaldelse på tre brede måder: (i) ændring af balancen mellem tumorcelleproliferation og død, (ii) regulering af immunsystemets funktion og (iii) påvirkning af metabolisme af værtsproducerede faktorer, fødevarer og lægemidler. Tumorer, der opstår ved grænseoverflader, såsom hud, orofarynx og luftvejs-, fordøjelses- og urogenitale områder, har en mikrobiota. Betydelig tilstedeværelse af mikrober på et tumorsted etablerer ikke associationer eller årsagssammenhænge. I stedet kan mikrober finde tumor -iltspænding eller næringsprofil understøttende. Faldet populationer af specifikke mikrober eller induceret oxidativ stress kan også øge risiciene. Af de omkring 10 30 mikrober på jorden, er ti udpeget af International Agency for Research on Cancer som kræftfremkaldende hos mennesker. Mikrober kan udskille proteiner eller andre faktorer, der direkte driver cellespredning i værten, eller kan op- eller nedregulere værtsimmunsystemet, herunder at drive akut eller kronisk inflammation på måder, der bidrager til kræftfremkaldelse.
Hvad angår forholdet mellem immunfunktion og udvikling af betændelse, er slimhindeoverfladebarrierer udsat for miljømæssige risici og skal hurtigt repareres for at opretholde homeostase . Kompromitteret vært eller mikrobiota -modstandsdygtighed reducerer også resistens over for malignitet, muligvis forårsager betændelse og kræft. Når først barrierer er brudt, kan mikrober fremkalde proinflammatoriske eller immunsuppressive programmer gennem forskellige veje. For eksempel ser det ud til, at kræftassocierede mikrober aktiverer NF-κΒ-signalering inden for tumorens mikro-miljø. Andre mønstergenkendelsesreceptorer, såsom nukleotidbindende oligomeriseringsdomæne-lignende receptor (NLR) familiemedlemmer NOD-2 , NLRP3 , NLRP6 og NLRP12 , kan spille en rolle i formidling af kolorektal cancer. Ligeledes ser Helicobacter pylori ud til at øge risikoen for mavekræft på grund af dens drivkraft til en kronisk inflammatorisk reaktion i maven.
Inflammatorisk tarmsygdom
Inflammatorisk tarmsygdom består af to forskellige sygdomme: ulcerøs colitis og Crohns sygdom, og begge disse sygdomme har forstyrrelser i tarmmikrobioten (også kendt som dysbiose ). Denne dysbiose præsenterer sig i form af nedsat mikrobiel mangfoldighed i tarmen og er korreleret med defekter i værtsgener, der ændrer det medfødte immunrespons hos individer.
Human immundefektvirus
Den HIV sygdomsprogression påvirker sammensætningen og funktionen af tarmen mikrobiota, med bemærkelsesværdige forskelle mellem HIV-negative, HIV-positiv, og post ART HIV-positive populationer. HIV nedsætter integriteten af tarmepitelbarrierefunktionen ved at påvirke tætte kryds . Denne opdeling giver mulighed for translokation over tarmepitelet, som menes at bidrage til stigninger i betændelse set hos mennesker med hiv.
Vaginal mikrobiota spiller en rolle i smittsomheden af hiv, med en øget risiko for infektion og overførsel, når kvinden har bakteriel vaginose , en tilstand præget af en unormal balance mellem vaginale bakterier. Den øgede infektivitet ses med stigningen i proinflammatoriske cytokiner og CCR5 + CD4 + celler i skeden. Imidlertid ses et fald i infektivitet med øgede niveauer af vaginal Lactobacillus, hvilket fremmer en antiinflammatorisk tilstand.
Død
Med døden kollapser mikrobiomet i den levende krop, og en anden sammensætning af mikroorganismer ved navn necrobiome etablerer sig som en vigtig aktiv bestanddel af den komplekse fysiske nedbrydningsproces. Dens forudsigelige ændringer over tid menes at være nyttige til at bestemme dødstidspunktet.
Miljø sundhed
Undersøgelser i 2009 satte spørgsmålstegn ved, om tilbagegangen i biota (inklusive mikrofauna ) som følge af menneskelig indgriben kan hæmme menneskers sundhed, procedurer på hospitalets sikkerhed, design af fødevarer og behandlinger af sygdomme.
Migration
Foreløbig forskning tyder på, at umiddelbare ændringer i mikrobiota kan forekomme, når en person migrerer fra et land til et andet, f.eks. Da thailandske immigranter bosatte sig i USA, eller når latinamerikanere immigrerede til USA. Tab af mikrobiota -mangfoldighed var større hos overvægtige individer og børn af immigranter.
Se også
Bibliografi
- Ed Yong. Jeg indeholder mængder: mikroberne i os og et større syn på livet. 368 sider, Udgivet 9. august 2016 af Ecco, ISBN 0062368591 .
Referencer
eksterne links
- The Secret World Inside You Exhibit 2015–2016, American Museum of Natural History
- Ofte stillede spørgsmål: Human Microbiome, januar 2014 American Society for Microbiology