A mikrobióta szó olyan mikroorganizmusok együttesét jelenti, amelyek egy korábban kialakult környezetben élnek. Az embereknek baktériumcsoportjai vannak a test különböző részein, például a bőr felszíni vagy mélyebb rétegeiben (bőrmikrobióta), a szájban (orális mikrobióta), a hüvelyben (hüvelyi mikrobióta) stb. A bél mikrobiótának ma a bélrendszerünkben élő mikrobapopulációt nevezzük (2. ábra). A bélmikrobióta kialakulása a születéskor kezdődik, és egész életünk során, a születéstől az öregkorig fejlődik, és különböző környezeti hatások eredménye. Az az időszak, amikor az emberi gazdaszervezetet a mikrobióta a legélesebben befolyásolja, a születés utáni időszak, amikor a csíramentes újszülött az anyai méh steril környezetéből egy mikroorganizmusokkal teli világba kerül, és amely során az újszülött nyálkahártya- és bőrfelületei fokozatosan kolonizálódnak (Bartova). A baktériumpopulációk összetétele általában csak az első néhány életév után stabilizálódik; ebben az időszakban a mikrobióta fokozatosan kolonizálja az újszülött nyálkahártya- és bőrfelületeit, és hatást gyakorol az immunrendszer fejlődésére. Számos bizonyíték utal arra, hogy az emberi mikrobiális közösségek szerepet játszanak olyan különböző betegségek patogenezisében, mint az asztma, az ekcéma, a gyulladásos bélbetegségek, az elhízás, az inzulinrezisztencia és a daganatos betegségek. A kutatók azt állítják, hogy a szoptatott csecsemőknél kisebb a kora gyermekkori fertőzések, a cukorbetegség és az elhízás aránya, mint a tápszerrel táplált csecsemők bélmikrobiótájának összetételében (Moore). A szoptatott csecsemőknél a Bifidobacterium lett az uralkodó organizmuscsoport, míg a tápszerrel táplált csecsemőknél más mikrobiális közösség alakul ki, amely néhány Bifidobacteriumból és nagy arányban más potenciálisan patogén organizmusokból áll, néhány példa: staphylococcus, enterobaktériumok és clostridiumok. A Bifidobacterium egy gram-pozitív, nem mozgékony, anaerob baktérium (3. ábra). Ez a baktériumforma az emlősök, köztük az emberek gyomor-bélrendszerében, hüvelyében és szájában él; bizonyítottan megtalálható az Activia joghurtban. A baktériumok különböző fajai vagy törzsei számos jótékony egészségügyi hatást fejthetnek ki, beleértve a bél mikrobiális homeosztázisának szabályozását, a bélnyálkahártyát kolonizáló vagy fertőző kórokozók és káros baktériumok gátlását, a mikrobiótán belüli prokarcinogén enzimaktivitások visszaszorítását és a vitaminok termelését (Moore). A Bifidobacterium javítja a bélnyálkahártya gátját és csökkenti a lipopoliszacharid szintjét a bélben, valamint visszatartja a csecsemőkben a gram-negatív kórokozók szaporodását. Az anyatej általában magas laktózkoncentrációt és kisebb mennyiségű foszfátot tartalmaz, amely pH-puffer. Ezért amikor az anyatejet tejsavbaktériumok erjesztik, amelyek közé tartoznak a csecsemő gyomor-bélrendszerében a Bifidobaktériumok, a széklet pH-ja csökkenhet, ami megnehezíti a gram-negatív baktériumok szaporodását a szoptatott csecsemőkben. Ha a bélbolyhok mikrobiótájában csökken a Bifidobaktériumok száma, akkor a csecsemőkorban megnő más bélflóra, amely összefügg a későbbi életkorban kialakuló betegségekkel, például az atópiás betegségek, például az asztma és az ekcéma kialakulásával összefüggő E. coli megnövekedett száma (Oh), míg a bifidobaktériumok számának csökkenése és a S. aureus növekedése összefügg a túlsúlyos anyákkal és a csecsemő gyermekkori túlsúlyának fokozott kockázatával (Bourboulis). Az adatok azt mutatták, hogy a mikrobiális közösségek és az emberi gazdaszervezetek közötti kölcsönhatások megértése megvilágíthatja az olyan komplex emberi betegségek patogenezisét, mint az elhízás, az atópiás betegségek és az autoimmun betegségek. Az autoimmun betegségek fő jellemzői a szövetek pusztulása és funkcionális károsodása, amelyet immunológiailag közvetített mechanizmusok okoznak, amelyek alapvetően ugyanazok, mint a patogén fertőzések ellen működő mechanizmusok; mind az élő baktériumok, mind azok összetevői egyértelműen felelősek számos ilyen immunmoduláló mechanizmusért (Bartova). Az immunmoduláló mechanizmusok képesek egy vagy több immunfaktor megváltoztatására vagy szabályozására. Ráadásul ezek a rendellenességek fontos orvosi problémát jelentenek, mivel pusztító hatással vannak az életminőségre, és hosszú távú orvosi ellátást igényelnek. Ezeknek a kölcsönhatásoknak a megértése forrást biztosított a terápiás megközelítésekhez, a patogenezis csökkentésének módjához. Az egyik alkalmazott módszer a specifikus gének PCR (polimeráz láncreakció) szondázása és a mikrobiális metabolitok kémiai profiljának meghatározása volt. A PCR a molekuláris biológiában egy olyan technológia, amelyet egy DNS-darab egyetlen vagy néhány példányának több nagyságrendben történő felerősítésére használnak, egy adott DNS-szekvencia több ezer vagy millió példányát létrehozva. Ezek a megközelítések kimutatták a gyulladásos bélbetegségben szenvedő emberi alanyok megváltozott metabolikus profilját, a bélmikrobióta összetételének az emberi táplálkozással összefüggő változásait és a bélmikrobióta funkcionális különbségeit a gazdaszervezet testalkatával összefüggésben, a gasztrointesztinális mikrobióta összetételének fejlődési változásait csecsemő- és gyermekkorban, végül pedig a bélmikrobióta antibiotikum-rezisztenciájának genetikai epidemiológiáját (Moore). A gasztrointesztinális mikrobiális közösség összetételének specifikus változásait az emberi egészség és betegség fontos területével hozták összefüggésbe. A kutatások révén a közelmúltban előrelépés történt a bakteriális metabolitok és a gazdasejtek közötti kölcsönhatások megértésében, ami elkezdte megvilágítani az emberi patológiához való mikrobiális hozzájárulás fiziológiai alapjait; vagyis az emberi betegségek tanulmányozását. A funkcionális metagenomikai szűrések megvilágíthatják a mikrobák és a gazdasejtek közötti kölcsönhatások genetikai meghatározóit is. A funkcionális metagenomika egyike azon kultúrafüggetlen technikáknak, amelyeket évtizedekig használtak a környezeti mikroorganizmusok tanulmányozására. Egészen a közelmúltig nem alkalmazták ezt a módszert az emberi kommensális mikrobióta tanulmányozására. A metagenomikai funkcionális szűrések egy mikrobiális közösség funkcionális kapacitását jellemzik, függetlenül az ismert génekkel való azonosságtól, azáltal, hogy a metagenomot genetikai gazdaszervezetben funkcionális vizsgálatoknak vetik alá. A szűrési módszerrel olyan specifikus bakteriális géntermékeket lehet azonosítani, amelyek közvetlenül befolyásolják az emberi sejtek sorsát. Ugyanezek a szűrések a gasztrointesztinális mikrobióta immunmoduláló képességének vizsgálatára is alkalmasak. Ezek a vizsgálatok együttesen azt mutatják, hogy a funkcionális metagenomikai szűrések segítségével megvilágíthatók a mikrobiális közösségek hozzájárulásának genetikai mechanizmusai az emberi immunrendszer fejlődéséhez és az atópiás, autoimmun és daganatos betegségek patogeneziséhez, ami új terápiás célpontokat jelenthet ezen állapotok kezelésére (Moore). Továbbá az emberben található sejtekkel való kölcsönhatáson túlmenően a komensális baktériumok, például a bélmikrobióta és más organizmusok is használhatják a quorum-érzékelést a jelek távolságokon keresztüli továbbítására és a közösségi génexpresszió koordinálására. A kórumérzékelés a populáció sűrűségével korreláló ösztönző és válaszrendszer. Számos baktériumfaj használja a kórumérzékelést a génexpresszió koordinálására a helyi populáció sűrűségének megfelelően. Minden bemutatott technika és az emberi betegségek gátlása bizonyítékot ad arra, hogy az emberi mikrobiális közösségek szerepet játszanak a betegségek patogenezisében.
Húgyúti és végbél Escherichia coli
Az Escherichia coli (E. coli) egy gram-negatív, fakultatív anaerob, rúd alakú baktérium, amely általában a melegvérűek alsó bélrendszerében található. A legtöbb törzs ártalmatlan, és békésen él a beleinkben, az ételdarabokat rágcsálva, és nem okoz kárt, sőt, az emésztést segítve még előnyöket is teremt a gazdaszervezet számára, de egyes típusai súlyos ételmérgezést okozhatnak a gazdaszervezetben, hányást, hasmenést és vérhasat okozva; ritka esetekben pedig a baktérium veseelégtelenséghez vagy akár halálhoz is vezethet. Ezek a káros E. coli baktériumok időnként felelősek az élelmiszer-szennyezés miatti termékvisszahívásokért; különböző bélrendszeri és bélrendszeren kívüli betegségeket is okozhatnak. Az E. coli az ember és más melegvérű állatok komensális szervezete. Virulens szervezet is lehet; a baktérium virulenciafaktorai a genetikai háttér eltéréseitől függnek. Filogenetikai vizsgálatok kimutatták, hogy az E. coli négy fő filogenetikai csoportra osztható: A, B1, B2 és D (Foxman). Ezek a csoportok jobban jellemzik annak megértését, hogy a kommensális baktériumok vagy a kommensális E. coli hogyan válhat káros kórokozóvá. Az A és B1 csoportok testvércsoportok, míg a B2 csoport egy őságban szerepel. Ezek a filozófiai csoportok nyilvánvalóan különböznek ökológiai fülkéikben, élettörténetükben és néhány jellemzőjükben, például a különböző cukorforrások kiaknázására való képességükben, antibiotikum-rezisztencia profiljukban és növekedési sebességükben (Amaral). A környezetben élő és boldoguló E. coli törzsek többsége a B1 filogenetikai csoportba tartozik. A genom mérete is szerepet játszik a filogenetikai csoportok között, az A és B1 csoportnak kisebb a genomja, mint a B2 és D csoportnak; ez a két csoport több virulenciafaktort tartalmazott, mint az A és B1 csoportba tartozó törzsek. Bizonyított azonban, hogy a B2 csoportba tartozó E. coli törzsek többsége húgyúti fertőzésekért (UTI) és egyéb extra bélrendszeri fertőzésekért felelős; ez a csoport is gyakran hordoz virulencia determinánsokat. A bélflórát vagy a rektális E. coli-t a patogén törzsek természetes rezervoárjának tekintik a bélrendszeren kívüli fertőzésekben, és ezért a kommensális törzsek populációjához tartozónak tekintik. Az egészséges emberekből származó kommensális E. coli izolátumok filogenetikai eloszlása fontos összehasonlítási és betekintést nyújthat a potenciális patogén törzsek terjedéséről (Foxman). A kommensális szervezetekben általában az A és B1 csoportba tartozó törzsek dominálnak, kevés B2 törzzsel. Megfigyeléssel azonban a különböző gazdapopulációkból származó széklet- és vizeletizolátumok összehasonlításán alapult az E. coli filogenetikai csoportok eloszlásának különbsége a patogén és komensális E. coli populációk között. Amaral és munkatársai azonosították a főiskolás korú nőkből származó E. coli izolátumok filogenetikai csoportjait, és összehasonlították azok eloszlását a gyűjtemények között annak érdekében, hogy jobban össze lehessen hasonlítani a patogén és komensális E. coli populációk közötti genetikai kapcsolatokat. A kutatók 93 uropatogén törzs és 88 egészséges nőkből származó kommenzális rektális törzs megoszlását írták le az E. coli négy fő filogenetikai csoportja között (Foxman). Az eredmények azt mutatták, hogy a B2 csoportba tartozó törzsek domináltak az UTI-mintagyűjtésben és ritkábban a rektális mintagyűjtésben, és a vizsgált nők összes eredménye között is ők voltak a leggyakoribb csoport. Az egyes filogenetikai csoportokon belüli genetikai variabilitást is vizsgálták ERIC tipizálással, és kimutatták, hogy az UTI eredetű B2 és D csoportba tartozó törzsek genetikailag kevésbé változatosak, mint a rektális eredetűek. Az ERIC-PCR-t, amely az enterobakteriális repetitív intergenikus konszenzus PCR-elemzést jelenti, használták annak érdekében, hogy tovább vizsgálják a törzsek genetikai változatosságát az egyes filogenetikai csoportokon belül az egyes gyűjtésekből, amint azt a fenti eredmények mutatják. Az összes közölt információ alapján nyugodtan kijelenthető vagy becsülhető, hogy a B2 törzsek az összes extraintesztinális E. coli-fertőzés nagy részét teszik ki, a vizsgált humán kommenzális törzseknek azonban csak kis százalékát. Mivel a B2 csoport megtalálható mind a patogén, mind a kommensális csoportokban, ez bizonyítja, hogy létezik genetikai diverzitás. Lehetséges, hogy egy egészséges emberi populációban is előfordulhat magas arányú B2 törzs, de lehet kevésbé virulens is. Ezek az adatok azt mutatják, hogy a baktériumok vagy az E. coli képes alkalmazkodni a különböző fülkékhez, és a commensal életmódból a patogén életmód felé mozogni és fejlődni. Lehetséges, hogy az ilyen organizmusok evolúciója a kommensális ősükből nemcsak további gének – például a virulenciát meghatározó géneket kódoló gének – felvételét igényli, hanem a meglévő funkciók módosítását is. Egy példa arra, hogy a kórokozók hogyan használják genetikai variabilitásukat az immunfelügyelet és a gyógyszeres terápia elkerülésére, a 3TC-rezisztens HIV-1; ez azt jelenti, hogy a HIV rezisztens a 3TC-vel szemben, amely egy erős nukleozid, a lamivudin, és amelyet a krónikus hepatitis B kezelésére használnak. A HIV gyorsan rezisztenciát alakíthat ki a 3TC-vel szemben, ha a vírusterhelés nem csökken a kimutatási határ alá, ami azt jelenti, hogy a kezelés nem fog működni.
Következtetés
A porfirinek természetes módon szintetizálódnak az emberi sejtekben, és az emberi bőrben lévő humán kommenzális baktériumok, például a P. acnes is termelik őket. A P. acnes commensal baktériumként minden ember alkotóeleme; állandó és következetes jelenléte az emberi bőrön kiváló endogén sugárzó biokémiává teheti. A mikrobióta olyan mikroorganizmusok együttesét jelenti, amelyek egy korábban kialakult környezetben tartózkodnak, és a bélmikrobióta kialakulása a születéskor kezdődik és egész életünk során fejlődik, a születéstől az öregkorig, és különböző környezeti hatások eredménye. Ilyen például a bifidobaktérium, amely javítja a bélnyálkahártya gátját és csökkenti a lipopoliszacharid szintjét a bélben, valamint csecsemőknél gátolja a gram-negatív kórokozók szaporodását. Az anyatej általában magas laktózkoncentrációt és kisebb mennyiségű foszfátot tartalmaz, amely pH-puffer. Ezért amikor az anyatejet tejsavbaktériumok erjesztik, amelyek közé tartoznak a csecsemő gyomor-bélrendszerében a Bifidobaktériumok, a széklet pH-ja csökkenhet, ami megnehezíti a gram-negatív baktériumok szaporodását a szoptatott csecsemőkben. A legtöbb E. coli törzs ártalmatlan, és békésen élnek a beleinkben, megrágcsálják az ételdarabkákat, és nem okoznak kárt, sőt az emésztést segítve még előnyöket is teremtenek a gazdatesteknek, de egyes típusai súlyos ételmérgezést okozhatnak a gazdatestekben, hányást, hasmenést és vérhasat okozva; ritka esetekben pedig a baktériumok veseelégtelenséghez vagy akár halálhoz is vezethetnek. Az E. coli négy fő filogenetikai csoportra osztható: A, B1, B1, B2 és D. Ezek a csoportok jobban jellemzik annak megértését, hogy miként válhatnak a commensal baktériumok vagy a commensal E. coli káros kórokozóvá. Mindhárom organizmus megmutatja, hogy a komensális organizmusok sokféleségükkel hogyan segítenek megvilágítani az emberi filogenetikát. Mindegyik más-más módon segíti a szervezetet, és néhányuk végül idővel képes volt patogén tulajdonságokat szerezni, mint például az E. coli. A komensális organizmusok olyan szervezetek, amelyek hasznosak a szervezet számára, lebontják a táplálékot, leküzdik a betegségeket, sugárzásnak vannak kitéve, segítik az immunrendszert, és még néhány más dolgot; de árthat is a szervezetnek azáltal, hogy kórokozókat, betegségeket és betegségeket hoz a szervezetbe. Ez idővel és általában csak környezeti változásokkal történik.
1. Bartova, Jirina, David P. Funda és Ludmila Tuckova. “A bélmikrobióta (kommensális baktériumok) és a nyálkahártya gát szerepe a gyulladásos és autoimmun betegségek és a rák patogenezisében: A humán betegségek csíramentes és gnotobiotikus állatmodelljeinek hozzájárulása.” Nature.com. Nature Publishing Group, 2011. január 31. Web. 2015. ápr. 28.
2. “Escherichia Coli filogenetikai csoport meghatározása és alkalmazása a székletszennyezés fő állati forrásának azonosításában”. BMC Microbiology. N.p., n.d. Web. 2015. ápr. 28.
3. Kotzampassi, Katerina, Evangelos J. Giamarellos-Bourboulis és George Stavrou. “Az elhízás mint a bélbaktériumok és a táplálkozás kölcsönhatásának következménye”. ISRN Obesity. Hindawi Publishing Corporation, n.d. Web. 2015. ápr. 28.
4. Moore, Aimee M., Christian Munck, Morten O. A. Sommer és Gautam Dantas. “A humán bélmikrobióta funkcionális metagenomikai vizsgálatai”. Frontiers in Microbiology. Frontiers Research Foundation, 2011. október 17. Web. 2015. ápr. 28.
5. Eredményszűrők.” Nemzeti Biotechnológiai Információs Központ. 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 és Jin-Woo Bae. “A Drosophila Melanogasterben a veleszületett immunhomeosztázisban részt vevő két új komensális baktérium filogenetikai jellemzése”. 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 és C.-M. Huang. “Porfirin-metabolizmus az emberi bőr komensális Propionibacterium Acnes baktériumaiban: Potenciális alkalmazás az emberi sugárzási kockázat monitorozására.” Current Medicinal Chemistry. U.S. National Library of Medicine, 2014. jan. 2. Web. 2015. ápr. 28.
8. “Wood’s Lamp vizsgálat”. Healthline. N.p., n.d. Web. 28 Apr. 2015.
9. Zhang, Lixin, Betsy Foxman és Carl Marrs. “Mind a húgyúti, mind a rektális Escherichia Coli izolátumokat a B2 filogenetikai csoportba tartozó törzsek uralják”. Journal of Clinical Microbiology. Amerikai Mikrobiológiai Társaság, 2002. november. Web. 28 Apr. 2015.
10. Zheng, Tao, Jinho Yu, Min Hee Oh és Zhou Zhu. “Az atópiás március: Progression from Atopic Dermatitis to Allergic Rhinitis and Asthma”. Allergia, asztma & Immunológiai kutatás. The Korean Academy of Asthma, Allergy and Clinical Immunology; the Korean Academy of Pediatric Allergy and Respiratory Disease, n.d. Web. 28 Apr. 2015.