Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Mikrobiom to określenie wszelkich drobnoustrojów zamieszkujących wnętrze ludzkiego ciała oraz wszystkie zakamarki naszej skóry. Termin ten został pierwszy raz użyty przez laureata Nagrody Nobla, Amerykanina Joshue Lederberga. Zaproponował on użycie tego słowa w znaczeniu genomu wszystkich drobnoustrojów bytujących w organizmie człowieka, występujących na skórze, w przewodzie pokarmowym, w układzie moczowo-płciowym oraz w jamie ustnej i układzie oddechowym. Mikroflora człowieka jest niesamowicie zróżnicowana i złożona. Opisanych i znanych nam gatunków jest około półtora tysiąca. Jest to jednak tylko ułamek wszystkich kolonizujących nas mikroorganizmów.

Najlepiej opisanymi reprezentantami tych licznych mieszkańców są bakterie. Poza nimi mikrobiom stanową archeony, wirusy i grzyby. Każda z wymienionych grup zachowuje kontakt z komórkami gospodarza oraz w pewnym stopniu współpracuje ze sobą. Działają wspólnie w celu utrzymania zdrowia, prawidłowego trawienia i wchłaniania składników odżywczych, odporności i stanu psychicznego człowieka. Czasem zdarza się, że bez pozostałych „składników mikroflory” bakterie same nie są w stanie egzystować. Obecnie jest dla nas jasne, że bakterie nas zamieszkujące w większości są nam przyjazne i tylko w określonych okolicznościach mogą się okazać patogenne (Binek 2012). Czy tak samo możemy ufać innym mieszkańcom naszego ciała, jak w miarę dobrze już poznanym bakteriom?

Archeony

W latach 60-tych XX wieku zaobserwowano obecność metanu w wydychanym przez nas powietrzu. Dowiedziono tą obserwacją, że w naszym wnętrzu muszą znajdować się organizmy metanogenne. Okazały się nimi dziś już znane archeony. W powszechnym przekonaniu archeony, dawniej klasyfikowane jako archebakterie, uważano za prekursorów bakterii. Teraz wiemy, że oba typy tych organizmów ewoluowało obok siebie, ale jako dwie osobne grupy mikrobów.

Są to organizmy jednokomórkowe pozbawione organelli, w tym także jądra komórkowego. Dzieli się je na trzy główne grupy pod względem środowiska w jakim bytują: archeony halofilne lubiące środowisko silnie zasolone, archeony termofilne mogące przeżyć w temperaturze powyżej 100 stopni Celsjusza oraz archeony metanogenne. Co zaskakujące, niektóre dane pokazują, że w przewodzie pokarmowym człowieka znajdują się archeony z każdej z wymienionych grup. Pod względem przebiegu procesów w nich zachodzących, są one bardziej podobne do domeny Eukariota niż Prokariota. Jest to stosunkowo mało poznana grupa drobnoustrojów, jednak według niektórych danych szacuje się, że stanowią 12% mikroflory jelitowej u 96% dorosłych.

Mikrobiom jelitowy jest stosunkowo stabilny, jednak zauważalne różnice w jego składzie najczęściej powodowane są zmianami w diecie. Niezrównoważona dieta skutkuje poważnymi schorzeniami gastrycznymi prowadzącymi między innymi do cukrzycy typu I i otyłości. Na archeony dieta wpływa tak samo jak na resztę grup drobnoustrojów. Badania pokazują, że archeony licznie występują u osób otyłych i stosujących dietę wysokowęglowodanową. Natomiast w nikłej ilości lub wcale, obecne są u osób szczupłych oraz spożywających posiłki bogate w białko i nasycone kwasy tłuszczowe.

Archeony występują również na naszej skórze. Stanowią około 4% wszystkich znajdujących się tam mikroorganizmów. Oprócz wspomnianych wcześniej archeonów metanogenych, obserwowane są tam także archeony utleniające amoniak. Zakłada się, że biorą one udział w regulacji pH skóry.

Pewnym jest, że stanowią one stały składnik mikrobiomu człowieka. Zmiany w ich liczebności są oparte na danych z bardzo małej ilości wykonywanych badań. Aby określić ich ilość w organizmie przyjęto pomiar ilości metanu w wydychanym powietrzu. Innymi metodami obserwacji ich obecności jest bezpośrednie tego określenie na podstawie materiałów pochodzących od badanej osoby. Mogą to być wszelkie wymazy, np. z pochwy lub jamy ustnej. Ale czy oprócz samego istnienia, działają na nas w konkretny sposób?

Nie posiadamy żadnych informacji, które wskazywałyby na możliwe działanie chorobotwórcze konkretnych archeonów. Wyniki przeprowadzanych badań często są niejednoznaczne, a nawet sprzeczne ze sobą. Jednak cenną informacją jest zaobserwowanie dużych różnic w ilości wydychanego metanu w czasie rozwoju choroby Leśniowskiego-Crohna i wrzodziejącego zapalenia jelita grubego. Jego ilość jest wtedy nawet o połowę niższa. Dla porównania, obserwuje się zwiększenie ilości wydychanego metanu u osób z nowotworem jelita grubego w porównaniu z osobami zdrowymi. Dlatego stale dominuje pogląd, że w chorobotwórczości archeony uczestniczą jedynie pośrednio przez współpracę i wpływ na rozwój innych mikroorganizmów.

Grzyby

Kolejna grupa drobnoustrojów zamieszkujących ludzki organizm obok bakterii to grzyby. Zbiór gatunków grzybów znajdujących się wewnątrz i na zewnątrz nas to mykobiom. Pomimo nielicznych badań udało się określić, które patogenne gatunki grzybów mogą przyczynić się do infekcji w czasie zaburzenia homeostazy mikrobiomu. W 2013 roku badacze na czele z prof. Keishą Findley odkryli, że poszczególne gatunki grzybów kolonizują konkretne obszary naszego ciała (np. przestrzeń między palcami, plecy, łopatki). Różni je to od szczepów bakterii, których występowanie uzależnione jest od warunków m.in. wilgotności i temperatury.

Tak samo jak w wypadku archeonów, obecność poszczególnych gatunków grzybów różni się u osób chorych i zdrowych oraz ma wpływ na wzrost i rozwój innych obecnych w mikrobiomie mikroorganizmów. Najliczniejszym rodzajem grzybów mykobiomu są te pochodzące z rodzaju Candida. Przy możliwości nieograniczonego wzrostu stają się przyczyną rozwoju m.in. drożdżycy. Z kolei rodzaj Cladosporium jest alergenem będącym udręką dla astmatyków. W czasie kiedy równowaga w składzie drobnoustrojów jest zachowana nie obserwuje się stanów zapalnych i zmian grzybiczych. Oprócz wielu gatunków grzybów patogennych spotkać także można pośród nich rodzaje korzystne dla naszego zdrowia. Na przykład coraz nowsze badania wskazują niektóre gatunki grzybów jako możliwe probiotyki.

W tym samym czasie u pacjentów z otyłością obserwuje się zmniejszoną różnorodność grzybów, podobnie jak w przypadku bakterii. Dalsze zaburzenia i zmiany w mykobiomie człowieka mogą prowadzić do rozwoju stanów zapalnych oraz schorzeń takich jak nadciśnienie (Lifschitz 2014).

Wirusy

Wraz z grzybami i bakteriami w skład mikrobioty człowieka wchodzą jeszcze wirusy. Są znane jako proste w budowie, zakaźne cząstki niezdolne do samodzielnego życia bez żywego gospodarza. Nie przeprowadzają żadnych procesów metabolicznych, a organizm, na którym pasożytują potrzebny jest im głównie do rozprzestrzenienia się dzięki jego komórkom. Ich szczególna właściwość polega na tym, że potrafią czasem włączyć się trwale do DNA swojego żywiciela. Nasz genom w około 8% składa się z sekwencji pochodzenia retrowirusowego, których funkcje stały się dla nas niezbędne do przetrwania.

Zbiór wirusów obecnych w naszym ciele nazywa się wiromem. Najnowsze próby poznania wirusów, które nas kolonizują polegają na analizie metagenomu, czyli porównaniu całego materiału genetycznego, na który składa się nasz oryginalny genom i genomy zamieszkujących nas mikroorganizmów, z genomami poznanych już wirusów. Jakie mamy z nich korzyści?

Z wirusami, tak jak z bakteriami, mamy kontakt zaraz po, a nawet w czasie porodu. Zakażenia wirusami w dzieciństwie wspomaga naszą odporność w wieku dorosłym. Zapobiegają one rozwojowi alergii i późniejszych infekcji. Niegroźne wirusowe zakażenia u niemowląt wywołane są najczęściej przez przekazanie matczynych przeciwciał podczas ciąży i w trakcie karmienia. Kontakt z osłabionymi formami wirusów działa jak szczepionka przeciwko możliwym, późniejszym infekcjom wywołanymi bardziej wirulentnymi rodzajami wirusów.

Inną korzyścią płynąca z posiadania wiromu w naszym ciele jest zjawisko regresji rozwoju nowotworów. Może się ono pojawić, gdy jest zbieżne w czasie z wystąpieniem infekcji wirusowej. Wirusy, aby w jak najkrótszym czasie się namnożyć, wybierają komórki szybko dzielące się. Dlatego atakują i infekują komórki nowotworowe prowadząc do ich rozpadu. Zrozumienie tego procesu to optymistyczny krok w rozwoju onkologicznych terapii wirusami.

Wirom, mykobiom, bakterie i archeony wchodzą w skład mikrobiomu, bez którego nie moglibyśmy istnieć. Większość badań skupia się na bakteriach i ich wpływie na nasze zdrowie i życie, jednak im więcej opublikowanych wyników, tym więcej pojawia się głosów o skutkach jakie niesie za sobą oddziaływanie poszczególnych grup między sobą. Dzięki rozwojowi technik laboratoryjnych możliwe jest dokładniejsze badanie tych zależności i odkrywanie genezy wielu schorzeń. Warto poświęcić im więcej uwagi.

 

Literatura:

Binek, M. (2012). Mikrobiom czŁowieka - Zdrowie i choroba. Postępy Mikrobiologii, 51(1), 27–36.

Efenberger, M. (2020). Archaea-the significant inhabitants of human microbiome, 71(6).

Lifschitz, C. (2014). Intestinal microbiota : its role in human health and disease. Standardy Medyczne/ Pediatria. 2014; 11: 524-529., 524–529.

 

Artykuł „Nasz mikrobiom to nie tylko bakterie” jest efektem współpracy między Panią Zuzanną Rajca, studentką I roku Biotechnologii na Wydziale Nauk Przyrodniczych Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach i dr. Sławomirem Sułowiczem w Uniwersytecie Otwartym UŚ, w ramach udziału w projekcie "Mistrzowie Dydaktyki", zadanie: wdrożenie modelu tutoringu.

Projekt jest współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego w ramach Programu Operacyjnego Wiedza Edukacja Rozwój.