Ordet mikrobiota repræsenterer en samling af mikroorganismer, der befinder sig i et tidligere etableret miljø. Mennesker har klynger af bakterier i forskellige dele af kroppen, f.eks. i hudens overfladelag eller dybe lag (hudmikrobiota), i munden (oral mikrobiota), i skeden (vaginal mikrobiota) osv. Tarmmikrobiota er den betegnelse, der i dag gives til den mikrobepopulation, der lever i vores tarm (figur 2). Udviklingen af tarmmikrobiotaen begynder ved fødslen og udvikler sig gennem hele vores liv, fra fødslen til alderdommen, og er resultatet af forskellige miljømæssige påvirkninger. Den periode, hvor den menneskelige vært påvirkes mest akut af mikrobiotaen, er den postnatale periode, hvor det bakteriefri nyfødte barn bevæger sig fra det sterile miljø i moderens livmoder til en verden fuld af mikroorganismer, og hvor det nyfødte barns slimhinde- og hudoverflader gradvist bliver koloniseret (Bartova). Sammensætningen af bakteriepopulationer stabiliseres normalt ikke før efter de første leveår; i denne periode vil mikrobiotaen gradvist kolonisere det nyfødte barns slimhinde- og hudoverflader og udøve virkninger på udviklingen af immunsystemet. Der er beviser, der tyder på, at menneskelige mikrobielle samfund spiller en rolle i patogenesen af så forskellige sygdomme som astma, eksem, inflammatorisk tarmsygdom, fedme, insulinresistens og neoplasi. Forskere hævder, at der er en lavere forekomst af infektioner i den tidlige barndom, diabetes og fedme hos spædbørn, der ammes, sammenlignet med sammensætningen af tarmmikrobiotaen hos spædbørn, der fodres med modermælkserstatning (Moore). Hos ammede spædbørn blev Bifidobacterium den fremherskende gruppe af organismer, mens modermælkserstattende spædbørn udvikler et andet mikrobielt samfund bestående af nogle Bifidobakterier og store andele af andre potentielt patogene organismer, nogle få eksempler omfatter, stafylokokker, enterobakterier og clostridier. Bifidobacterium er en gram-positiv, ikke-motil, anaerob bakterie (figur 3). Denne form for bakterie lever i mave-tarmkanalen, vagina og munden hos pattedyr, herunder mennesker; det er bevist, at den findes i Activia-yoghurt. Forskellige arter eller stammer af bakterierne kan udøve en række gavnlige sundhedsmæssige virkninger, herunder regulering af tarmens mikrobielle homøostase, hæmning af patogener og skadelige bakterier, der koloniserer eller inficerer tarmslimhinden, undertrykkelse af procarcinogene enzymatiske aktiviteter i mikrobiotaen og produktion af vitaminer (Moore). Bifidobacterium forbedrer tarmslimhindenes barriere og sænker niveauet af lipopolysaccharid i tarmen og modvirker væksten af gramnegative patogener hos spædbørn. Modermælk har tendens til at indeholde høje koncentrationer af laktose og lavere mængder af fosfat, som er en pH-buffer. Når modermælk fermenteres af mælkesyrebakterier, herunder Bifidobakterier, i spædbarnets mave-tarmkanal, kan pH-værdien i afføringen derfor blive reduceret, hvilket gør det vanskeligere for gramnegative bakterier at vokse hos ammede spædbørn. Hvis der er et fald i Bifidobakterier i tarmmikrobiotaen, vil der være en stigning i andre tarmfloraer i spædbarnsalderen, som er forbundet med sygdomme, der opstår senere i livet, som f.eks. et øget antal E.coli, der er forbundet med udvikling af atopiske sygdomme som astma og eksem (Oh), mens et fald i antallet af bifidobakterier og en stigning i S. aureus er forbundet med overvægtige mødre og en øget risiko for, at spædbarnet bliver overvægtigt i barndommen (Bourboulis). Data viste, at forståelsen af interaktionerne mellem de mikrobielle samfund og deres menneskelige værter kan belyse patogenesen for komplekse menneskelige sygdomme som f.eks. fedme, atopisk sygdom og autoimmune lidelser. De vigtigste kendetegn ved autoimmune sygdomme er vævsdestruktion og funktionsforringelse forårsaget af immunologisk medierede mekanismer, der hovedsageligt er de samme som dem, der fungerer mod patogene infektioner; både levende bakterier og deres komponenter er klart ansvarlige for mange af disse immunmodulerende mekanismer (Bartova). Immunmodulerende mekanismer har evnen til at ændre eller regulere en eller flere immunfaktorer. Desuden udgør disse sygdomme et vigtigt medicinsk problem, fordi de har en ødelæggende indvirkning på livskvaliteten og kræver langvarig medicinsk behandling. Forståelse af disse interaktioner har givet en kilde til terapeutiske tilgange, en måde at mindske patogenesen på. En af de metoder, der blev anvendt, var PCR-sondering (polymerasekædereaktion) for specifikke gener og kemisk profilering af mikrobielle metabolitter. PCR er en teknologi inden for molekylærbiologi, der anvendes til at forstærke en enkelt kopi eller nogle få kopier af et stykke DNA over flere størrelsesordener og genererer tusindvis til millioner af kopier af en bestemt DNA-sekvens. Disse metoder har vist ændrede metaboliske profiler hos mennesker med inflammatoriske tarmsygdomme, variationer i sammensætningen af tarmmikrobiotaen i forbindelse med menneskets kost og funktionelle forskelle i tarmmikrobiotaen i forhold til værtens kropshabitus, udviklingsmæssige ændringer i sammensætningen af den gastrointestinale mikrobiota i spæd- og barndommen og endelig den genetiske epidemiologi af antibiotikaresistens i tarmmikrobiotaen (Moore). Specifikke variationer i sammensætningen af det gastrointestinale mikrobielle samfund er blevet sat i forbindelse med vigtige områder af menneskers sundhed og sygdom. Gennem forskning er der for nylig sket fremskridt i forståelsen af interaktionerne mellem både bakterielle metabolitter og værtens cellulære maskineri, hvilket er begyndt at belyse det fysiologiske grundlag for mikrobielle bidrag til menneskelig patologi, dvs. undersøgelsen af sygdomme hos mennesker. Funktionelle metagenomiske screeninger kan også belyse de genetiske determinanter for mikrobielle interaktioner med værtsceller. Funktionel metagenomik er en af de kulturuafhængige teknikker, der i årtier har været anvendt til at undersøge miljømæssige mikroorganismer. Det var først for nylig, at denne metode blev anvendt til undersøgelse af den menneskelige kommensale mikrobiota. Metagenomiske funktionelle screeninger karakteriserer et mikrobielt samfunds funktionelle kapacitet uafhængigt af identitet til kendte gener ved at underkaste metagenomet funktionelle assays i en genetisk vært. Ved hjælp af screeningsmetoden kan man identificere specifikke bakterielle genprodukter, der har direkte indflydelse på menneskelige cellers skæbne. De samme screeningsmetoder kan også anvendes til at undersøge den immunmodulerende evne hos den gastrointestinale mikrobiota. Tilsammen viser disse undersøgelser potentialet for funktionelle metagenomiske screeninger til at belyse de genetiske mekanismer for mikrobielle samfunds bidrag til udviklingen af det menneskelige immunsystem og patogenesen for atopiske, autoimmune og neoplastiske sygdomme, hvilket kan give nye terapeutiske mål for disse tilstande (Moore). Ud over at interagere med celler, der findes i mennesker, kan kommensale bakterier som f.eks. tarmmikrobiota og andre organismer også bruge quorum-sensing til at overføre signaler over store afstande og koordinere fællesskabets genekspression. Quorum sensing er et system af stimulering og respons, der er korreleret med befolkningstætheden. Mange bakteriearter bruger quorum sensing til at koordinere genekspressionen i overensstemmelse med tætheden af deres lokale population. Med hver teknik, der præsenteres, og hver sygdom hos mennesker, der hæmmes, giver det bevis for, at de menneskelige mikrobielle samfund spiller en rolle i sygdommenes patogenese.
Urinær og rektal Escherichia coli
Escherichia coli (E. coli) er en gramnegativ, fakultativ anaerob, stavformet bakterie, der almindeligvis findes i den nedre del af tarmen hos varmblodede organismer. De fleste stammer er uskadelige og lever fredeligt i vores tarme, hvor de gnasker på madstykker og ikke gør nogen skade eller endda skaber fordele for værterne ved at hjælpe med fordøjelsen, men nogle typer kan forårsage alvorlig madforgiftning hos deres værter, hvilket får folk til at opleve opkastninger, diarré og dysenteri, og i sjældne tilfælde kan bakterierne føre til nyresvigt eller endda dø. Disse skadelige E. coli er lejlighedsvis ansvarlige for tilbagekaldelser af produkter på grund af fødevareforurening; de kan også forårsage forskellige sygdomme, både tarmsygdomme og ekstra tarmsygdomme. E. coli er en kommensal organisme hos mennesker og andre varmblodede dyr. Den kan også være en virulensorganisme; virulensfaktorerne i bakterierne afhænger af variationer i den genetiske baggrund. Fylogenetiske undersøgelser har vist, at E. coli kan inddeles i fire phylogenetiske hovedgrupper, A, B1, B2 og D (Foxman). Disse grupper giver en bedre karakteristik af forståelsen af, hvordan kommensale bakterier eller kommensale E. coli kan blive til et skadeligt patogen. Grupperne A og B1 er søstergrupper, mens gruppe B2 er inkluderet i en forfædregruppe. Disse phylo-grupper adskiller sig tilsyneladende fra hinanden i deres økologiske nicher, livshistorie og visse karakteristika som f.eks. deres evne til at udnytte forskellige sukkerkilder, deres antibiotikaresistensprofiler og deres væksthastighed (Amaral). Størstedelen af de E. coli-stammer, der lever og trives i miljøet, hører til den fylogenetiske gruppe B1. Genomstørrelsen spiller også en rolle blandt fylo-grupperne, gruppe A og B1 har mindre genomer end B2 og D; disse to grupper indeholdt flere virulensfaktorer end stammer fra gruppe A og B1. Det er dog bevist, at de fleste E. coli-stammer i gruppe B2 er ansvarlige for urinvejsinfektioner (UTI) og andre ekstra tarminfektioner; denne gruppe bærer også ofte virulensdeterminanter. Tarmfloraen eller rektal E. coli anses for at være det naturlige reservoir for patogene stammer ved ekstra tarminfektioner og betragtes derfor som en del af den kommensale stammepopulation. Den fylogenetiske fordeling af kommensale E. coli-isolater fra raske mennesker kan give en vigtig sammenligning og indsigt i spredningen af den potentielle patogene stamme (Foxman). Kommensale organismer er normalt domineret af stammer fra A- og B1-grupperne og kun få B2-stammer. Gennem observation blev forskellen i fordelingen af E. coli-fylogenetiske grupper mellem patogene og kommensale E. coli-populationer imidlertid baseret på sammenligning af fækale og urinisolater fra forskellige værtspopulationer. Amaral og hendes kolleger identificerede fylogenetiske grupper af E. coli-isolater fra kvinder i universitetsalderen og sammenlignede deres fordeling mellem samlinger med henblik på bedre at kunne sammenligne genetiske relationer mellem patogene og kommensale E. coli-populationer. Forskerne beskrev fordelingen af 93 uropatogene stammer og 88 kommensale rektalstammer fra raske kvinder blandt de fire vigtigste fylogenetiske grupper af E. coli (Foxman). Resultaterne viste, at stammerne fra gruppe B2 dominerede i UTI-prøveudtagningen og mindre hyppigt i rektalprøveudtagningen, og at de også var den mest almindelige gruppe blandt alle resultaterne fra de undersøgte kvinder. De undersøgte også den genetiske variabilitet inden for hver fylogenetisk gruppe ved hjælp af ERIC-typning og viste, at stammer fra gruppe B2 og D med UTI-oprindelse var genetisk mindre forskellige end dem med rektal oprindelse. ERIC-PCR, som står for enterobakteriel repetitiv intergenisk konsensus PCR-analyse, blev anvendt til yderligere at undersøge den genetiske diversitet af stammer inden for hver fylogenetisk gruppe fra hver samling, som det fremgår af ovenstående resultater. På grundlag af alle de anførte oplysninger kan man med sikkerhed sige eller anslå, at B2-stammer tegner sig for en stor del af alle ekstraintestinale E. coli-infektioner, mens de kun tegner sig for en lille procentdel af de undersøgte kommensale humanstammer. Da gruppe B2 findes i både patogene og kommensale grupper, beviser det, at der er genetisk diversitet. Det er muligt, at en sund menneskelig befolkning kan have en B2-stamme med høj rate, men den kan også være mindre virulent. Disse data viser, at bakterier eller E. coli kan tilpasse sig til forskellige nicher og bevæge sig og udvikle sig fra en kommensal livsstil til en patogen livsstil. Muligvis kræver evolutionen af sådanne organismer fra deres kommensale forfædre ikke kun tilvækst af yderligere gener, f.eks. gener, der koder for virulensdeterminanter, men også ændring af eksisterende funktioner. Et eksempel på den måde, hvorpå patogener bruger deres genetiske variabilitet til at undslippe immunovervågning og lægemiddelbehandling, er 3TC-resistent HIV-1, hvilket betyder, at HIV er resistent over for 3TC, som er lamivudin, et potent nukleosid, der anvendes til behandling af kronisk hepatitis B. HIV kan hurtigt udvikle resistens over for 3TC, hvis virusbelastningen ikke undertrykkes til under detektionsgrænsen, hvilket betyder, at behandlingen ikke vil virke.
Slutning
Porphyriner syntetiseres naturligt i menneskelige celler og produceres også af menneskelige kommensale bakterier som f.eks. P. acnes i den menneskelige hud. Som en kommensal bakterie er P. acnes en bestanddel af ethvert menneske; dens konstante og konsekvente tilstedeværelse på den menneskelige hud kan gøre den til en fremragende endogen strålingsbiokemi. Mikrobiota repræsenterer et ensemble af mikroorganismer, der befinder sig i et tidligere etableret miljø, og udviklingen af tarmmikrobiotaen starter ved fødslen og udvikler sig gennem hele vores liv, fra fødsel til alderdom, og er resultatet af forskellige miljømæssige påvirkninger. Et eksempel herpå er bifidobacterium, som forbedrer tarmslimhindenes barriere og sænker niveauet af lipopolysaccharid i tarmen og modvirker væksten af gramnegative patogener hos spædbørn. Modermælk har tendens til at indeholde høje koncentrationer af laktose og lavere mængder af fosfat, som er en pH-buffer. Når modermælk fermenteres af mælkesyrebakterier, herunder Bifidobakterier, i spædbarnets mave-tarmkanal, kan pH-værdien i afføringen derfor blive reduceret, hvilket gør det vanskeligere for gramnegative bakterier at vokse hos ammede spædbørn. E. coli i de fleste stammer er uskadelige og lever fredeligt i vores tarme, hvor de gnasker på madstykker og ikke gør nogen skade eller endda skaber fordele for værterne ved at hjælpe med fordøjelsen, men nogle typer kan forårsage alvorlig madforgiftning hos deres værter, hvilket får folk til at opleve opkastninger, diarré og dysenteri, og i sjældne tilfælde kan bakterierne føre til nyresvigt eller endog døden. E. coli kan opdeles i fire phylogenetiske hovedgrupper, A, B1, B2 og D. Disse grupper giver en bedre karakteristik af forståelsen af, hvordan kommensale bakterier eller kommensale E. coli kan blive til et skadeligt patogen. Hver af disse tre organismer viser, hvordan kommensale organismer bidrager til at belyse den menneskelige fylogenetik gennem deres mangfoldighed. De hjælper hver især kroppen på forskellig vis, og nogle få har med tiden været i stand til at erhverve patogene egenskaber, som f.eks. De kommensale organismer er organismer, der er nyttige for kroppen, idet de nedbryder mad, bekæmper sygdomme, eksponerer for stråling, hjælper immunsystemet og nogle få andre ting; men kan også skade kroppen ved at bringe patogener, sygdomme og lidelser til kroppen. Dette sker over tid og normalt kun ved miljømæssige ændringer.
1. Bartova, Jirina, David P. Funda og Ludmila Tuckova. “Tarmens mikrobiota (kommensale bakterier) og slimhindebarrieren spiller en rolle i patogenesen af inflammatoriske og autoimmune sygdomme og kræft”: Bidrag fra kimfrie og gnotobiotiske dyremodeller af menneskelige sygdomme.” Nature.com. Nature Publishing Group, 31 jan. 2011. Web. 28 apr. 2015.
2. “Escherichia Coli Phylogenetic Group Determination and Its Application in the Identification of the Major Animal Source of Fecal Contamination.” BMC Microbiology. N.p., n.d. Web. 28 apr. 2015.
3. Kotzampassi, Katerina, Evangelos J. Giamarellos-Bourboulis, og George Stavrou. “Fedme som en konsekvens af interaktioner mellem tarmbakterier og kost”. ISRN Obesity. Hindawi Publishing Corporation, n.d. Web. 28 apr. 2015.
4. Moore, Aimee M., Christian Munck, Morten O. A. Sommer og Gautam Dantas. “Funktionelle metagenomiske undersøgelser af den menneskelige intestinale mikrobiota”. Frontiers in Microbiology. Frontiers Research Foundation, 17 okt. 2011. Web. 28 apr. 2015.
5. Resultatfiltre.” National Center for Biotechnology Information. U.S. National Library of Medicine, n.d. Web. 28 apr. 2015.
6. Roh, Seong Woon, Young-Do Nam, Ho-Won Chang, Kyoung-Ho Kim, Min-Soo Kim, Ji-Hwan Ryu, Sung-Hee Kim, Won-Jae Lee og Jin-Woo Bae. “Fylogenetisk karakterisering af to nye kommensale bakterier, der er involveret i den medfødte immunhæmostase i Drosophila Melanogaster.” Applied and Environmental Microbiology. American Society for Microbiology (ASM), n.d. Web. 28 apr. 2015.
7. Shu, M., S. Kuo, Y. Wang, Y. Jiang, Y.-T. Liu, R.L. Gallo, og C.-M. Huang. “Porphyrinmetabolismer i humane hudkommensale Propionibacterium Acnes-bakterier: Potential Application to Monitor Human Radiation Risk.” Current Medicinal Chemistry. U.S. National Library of Medicine, 2 jan. 2014. Web. 28 apr. 2015.
8. “Undersøgelse af Wood’s Lamp.” Healthline. N.p., n.d. Web. 28 apr. 2015.
9. Zhang, Lixin, Betsy Foxman, og Carl Marrs. “Både urin- og rektal Escherichia Coli-isolater er domineret af stammer af fylogenetisk gruppe B2.” Journal of Clinical Microbiology. American Society for Microbiology, nov. 2002. Web. 28 apr. 2015.
10. Zheng, Tao, Jinho Yu, Min Hee Oh, og Zhou Zhu. “Den atopiske march: Progression fra atopisk dermatitis til allergisk rhinitis og astma.” Allergy, Asthma & Immunology Research. Det koreanske akademi for astma, allergi og klinisk immunologi; det koreanske akademi for pædiatrisk allergi og luftvejssygdomme, n.d. Web. 28 Apr. 2015.