Cuvântul microbiotă reprezintă un ansamblu de microorganisme care locuiește într-un mediu stabilit anterior. Oamenii au grupuri de bacterii în diferite părți ale corpului, cum ar fi în straturile superficiale sau profunde ale pielii (microbiota pielii), în gură (microbiota orală), în vagin (microbiota vaginală) etc. Microbiota intestinală este denumirea dată astăzi populației de microbi care trăiește în intestinul nostru (figura 2). Dezvoltarea microbiotei intestinale începe la naștere și evoluează pe parcursul întregii noastre vieți, de la naștere până la bătrânețe, și este rezultatul diferitelor influențe de mediu. Perioada în care gazda umană este influențată cel mai acut de microbiota este perioada postnatală, în timpul căreia nou-născutul lipsit de germeni trece din mediul steril al uterului mamei sale într-o lume plină de microorganisme și în timpul căreia suprafețele mucoase și cutanate ale nou-născutului sunt colonizate treptat (Bartova). Compoziția populațiilor bacteriene nu se stabilizează, de obicei, decât după primii câțiva ani de viață; în această perioadă, microbiota va coloniza treptat suprafețele mucoase și cutanate ale nou-născutului și va exercita efecte asupra dezvoltării sistemului imunitar. Există dovezi care indică ideea că comunitățile microbiene umane joacă un rol în patogeneza unor boli atât de diverse precum astmul, eczema, boala inflamatorie intestinală, obezitatea, rezistența la insulină și neoplaziile. Cercetătorii afirmă că există o rată mai mică a infecțiilor din copilăria timpurie, a diabetului și a obezității la sugarii alăptați la sân în comparație cu cea din compoziția microbiotei intestinale la sugarii hrăniți cu formule (Moore). La sugarii alăptați la sân, Bifidobacterium a devenit grupul predominant de organisme, în timp ce sugarii hrăniți cu lapte praf dezvoltă o comunitate microbiană diferită, alcătuită din câteva Bifidobacterii și proporții mari de alte organisme potențial patogene, câteva exemple includ, stafilococul, enterobacteriile și clostridiile. Bifidobacterium este o bacterie gram-pozitivă, nemobilă, anaerobă (figura 3). Această formă de bacterie locuiește în tractul gastrointestinal, vaginul și gura mamiferelor, inclusiv a oamenilor; s-a dovedit a fi prezentă în iaurtul Activia. Diferite specii sau tulpini de bacterii pot exercita o serie de efecte benefice pentru sănătate, inclusiv reglarea homeostaziei microbiene intestinale, inhibarea agenților patogeni și a bacteriilor dăunătoare care colonizează sau infectează mucoasa intestinală, reprimarea activităților enzimatice procarcinogene din cadrul microbiotei și producerea de vitamine (Moore). Bifidobacterium îmbunătățește bariera mucoasei intestinale și scade nivelurile de lipopolizaharide din intestin și descurajează creșterea agenților patogeni gram-negativi la sugari. Laptele matern tinde să conțină concentrații ridicate de lactoză și cantități mai mici de fosfat, care este un tampon de pH. Prin urmare, atunci când laptele de mamă este fermentat de bacteriile lactice, care includ Bifidobacteriile din tractul gastrointestinal al sugarului, pH-ul din scaun poate fi redus, ceea ce face mai dificilă dezvoltarea bacteriilor gram-negative la sugarii alăptați la sân. În cazul în care există o scădere a Bifidobacteriilor în microbiota intestinală, va exista o creștere a altor flore enterice în copilărie, care sunt legate de bolile care apar mai târziu în viață, cum ar fi, un număr crescut de E.coli asociat cu dezvoltarea bolilor atopice, cum ar fi astmul și eczema (Oh), în timp ce o scădere a numărului de bifidobacterii și o creștere a S. aureus sunt asociate cu mamele supraponderale și cu un risc crescut ca sugarul să devină supraponderal în copilărie (Bourboulis). Datele au arătat că înțelegerea interacțiunilor dintre comunitățile microbiene și gazdele lor umane poate ilumina patogeneza unor boli umane complexe, cum ar fi obezitatea, boala atopică și tulburările autoimune. Principalele caracteristici ale bolilor autoimune sunt distrugerea țesuturilor și afectarea funcțională cauzată de mecanisme mediate imunologic care sunt, în principal, aceleași cu cele care funcționează împotriva infecțiilor patogene; atât bacteriile vii, cât și componentele acestora sunt în mod clar responsabile pentru multe dintre aceste mecanisme imunomodulatoare (Bartova). Mecanismele imunomodulatoare au capacitatea de a modifica sau de a regla unul sau mai mulți factori imunitari. În plus, aceste tulburări reprezintă o problemă medicală importantă, deoarece au un impact devastator asupra calității vieții și necesită îngrijire medicală de lungă durată. Înțelegerea acestor interacțiuni a oferit o sursă pentru abordări terapeutice, o modalitate de a diminua patogeneza. Una dintre metodele utilizate a fost sondarea PCR (reacția în lanț a polimerazei) pentru gene specifice și profilarea chimică a metaboliților microbieni. PCR este o tehnologie din domeniul biologiei moleculare utilizată pentru a amplifica o singură copie sau câteva copii ale unei bucăți de ADN pe mai multe ordine de mărime, generând de la mii până la milioane de copii ale unei anumite secvențe de ADN. Aceste abordări au arătat profiluri metabolice modificate la subiecții umani cu boli inflamatorii intestinale, variații în compoziția microbiotei intestinale în funcție de dieta umană și diferențe funcționale în microbiota intestinală legate de habitusul corporal al gazdei, modificări de dezvoltare în compoziția microbiotei gastrointestinale în timpul copilăriei și copilăriei și, în cele din urmă, epidemiologia genetică a rezistenței la antibiotice în microbiota intestinală (Moore). Variațiile specifice în compoziția comunității microbiene gastrointestinale au fost legate de un domeniu important al sănătății și bolilor umane. Prin intermediul cercetării s-au înregistrat progrese recente în înțelegerea interacțiunilor dintre metaboliții bacterieni și mașinăria celulară a gazdei, care au început să lumineze baza fiziologică a contribuțiilor microbiene la patologia umană; ceea ce înseamnă studiul bolilor umane. Ecranările metagenomice funcționale pot, de asemenea, să lumineze determinanții genetici ai interacțiunilor microbiene cu celulele gazdă. Metagenomica funcțională este una dintre tehnicile independente de cultură care a fost utilizată timp de decenii pentru a studia microorganismele din mediul înconjurător. Abia recent această metodă a fost aplicată la studiul microbiotei comensale umane. Ecranările funcționale metagenomice caracterizează capacitatea funcțională a unei comunități microbiene, independent de identitatea cu genele cunoscute, prin supunerea metagenomului la teste funcționale într-o gazdă genetică. Cu ajutorul metodei de screening se pot identifica produse genetice bacteriene specifice care influențează direct soarta celulelor umane. Aceleași ecrane pot fi concepute, de asemenea, pentru a investiga capacitatea imunomodulatoare a microbiotei gastrointestinale. Împreună, aceste studii demonstrează potențialul ecranărilor metagenomice funcționale de a ilumina mecanismele genetice pentru contribuția comunității microbiene la dezvoltarea sistemului imunitar uman și la patogeneza bolilor atopice, autoimune și neoplazice, ceea ce poate oferi noi ținte terapeutice pentru aceste afecțiuni (Moore). În plus, pe lângă interacțiunea cu celulele care se găsesc la om, bacteriile comensale, cum ar fi microbiota intestinală și alte organisme, pot utiliza, de asemenea, quorum-sensing pentru a transmite semnale la distanță și pentru a coordona expresia genetică a comunității. Quorum sensing este un sistem de stimulare și răspuns corelat cu densitatea populației. Multe specii de bacterii folosesc quorum sensing pentru a coordona expresia genelor în funcție de densitatea populației lor locale. Cu fiecare tehnică prezentată și boală umană inhibată se aduce dovada că comunitățile microbiene umane joacă un rol în patogeneza bolilor.
Urinar și rectal Escherichia coli
Escherichia coli (E. coli) este o bacterie gram-negativă, anaerobă facultativă, în formă de bastonaș, care se găsește în mod obișnuit în intestinul inferior al organismelor cu sânge cald. Cele mai multe tulpini sunt inofensive și trăiesc liniștite în intestinele noastre ronțăind bucățele de alimente și nu provoacă niciun rău sau chiar creează beneficii pentru gazde prin faptul că ajută la digestie, însă unele tipuri pot provoca otrăviri alimentare grave la gazdele lor, determinând oamenii să aibă vărsături, diaree și dizenterie; iar în cazuri rare, bacteria poate duce la insuficiență renală sau chiar la deces. Aceste E. coli dăunătoare sunt ocazional responsabile de retrageri de produse din cauza contaminării alimentelor; de asemenea, poate provoca diverse boli, atât intestinale, cât și extraintestinale. E.coli este un organism comensal al oamenilor și al altor animale cu sânge cald. Acesta poate fi, de asemenea, un organism virulent; factorii de virulență ai bacteriei depind de variațiile din fondul genetic. Studiile filogenetice au arătat că E. coli poate fi împărțit în patru grupe filogenetice principale, A, B1, B2 și D (Foxman). Aceste grupe oferă o mai bună caracterizare a înțelegerii modului în care bacteriile comensale sau E. coli comensale pot deveni un agent patogen dăunător. Grupurile A și B1 sunt grupuri surori, în timp ce grupul B2 este inclus într-o ramură ancestrală. Aceste filogrupuri diferă, aparent, în ceea ce privește nișele ecologice, istoricul de viață și unele caracteristici, cum ar fi capacitatea de a exploata diferite surse de zahăr, profilul de rezistență la antibiotice și rata de creștere (Amaral). Majoritatea tulpinilor de E. coli care trăiesc și se dezvoltă în mediul înconjurător aparțin grupului filogenetic B1. Dimensiunea genomului joacă, de asemenea, un factor între filogrupuri, grupurile A și B1 au genomuri mai mici decât B2 și D; aceste două grupuri conțineau mai mulți factori de virulență decât tulpinile din grupurile A și B1. Cu toate acestea, s-a dovedit că majoritatea tulpinilor de E. coli din grupul B2 sunt responsabile de infecții ale tractului urinar (ITU) și de alte infecții extraintestinale; acest grup este, de asemenea, adesea purtător de determinanți de virulență. Flora intestinală sau E. coli rectal este considerată rezervorul natural al tulpinilor patogene în infecțiile extraintestinale și, prin urmare, este considerată ca făcând parte din populația de tulpini comensale. Distribuția filogenetică a izolatelor de E. coli comensale de la oameni sănătoși ar putea oferi o comparație importantă și o perspectivă asupra răspândirii potențialului neam patogen (Foxman). Organismele comensale sunt de obicei dominate de tulpini din grupele A și B1, cu puține tulpini B2. Cu toate acestea, prin observație, diferența în distribuția grupurilor filogenetice de E. coli între populațiile de E. coli patogene și comensale s-a bazat pe compararea izolatelor fecale și de urină de la diferite populații gazdă. Amaral și colegii săi au identificat grupurile filogenetice ale izolatelor de E. coli de la femei de vârstă universitară și au comparat distribuția acestora între colecții pentru a compara mai bine relațiile genetice dintre populațiile de E. coli patogene și comensale. Cercetătorii au descris distribuția a 93 de tulpini uropatogene și a 88 de tulpini rectale comensale de la femei sănătoase între cele patru grupuri filogenetice principale de E.coli (Foxman). Rezultatele au arătat că tulpinile din grupul B2 au dominat în colectarea de probe UTI și mai puțin frecvent în colectarea de probe rectale și au fost, de asemenea, cel mai frecvent grup printre toate rezultatele de la femeile studiate. Aceștia au examinat, de asemenea, variabilitatea genetică în cadrul fiecărui grup filogenetic cu ajutorul tipizării ERIC și au arătat că tulpinile din grupul B2 și D de origine UTI au fost mai puțin diverse din punct de vedere genetic decât cele de origine rectală. ERIC-PCR, care reprezintă analiza PCR consensuală intergenică repetitivă enterobacteriană, a fost utilizată pentru a examina în continuare diversitatea genetică a tulpinilor din cadrul fiecărui grup filogenetic din fiecare colecție, așa cum se arată în rezultatele de mai sus. Pe baza tuturor informațiilor menționate, se poate spune sau estima cu siguranță că tulpinile B2 reprezintă o mare parte din toate infecțiile extraintestinale cu E. coli, dar reprezintă doar un mic procent din tulpinile umane comensale examinate. Deoarece grupul B2 se regăsește atât în grupurile patogene, cât și în cele comensale, aceasta dovedește că există diversitate genetică. Este posibil ca o populație umană sănătoasă să aibă o tulpină B2 cu rată ridicată, dar să fie și mai puțin virulentă. Aceste date arată că bacteriile sau E. coli se pot adapta la diferite nișe și pot trece și evolua de la un stil de viață comensal la unul patogen. Potențial, evoluția unor astfel de organisme de la strămoșul lor comensal nu necesită doar obținerea de gene suplimentare, de exemplu cele care codifică determinanți de virulență, ci și modificarea funcțiilor existente. Un exemplu de utilizare a variabilității genetice de către agenții patogeni pentru a scăpa de supravegherea imunitară și de terapia medicamentoasă este reprezentat de HIV-1 rezistent la 3TC, ceea ce înseamnă că HIV este rezistent la 3TC, care este o lamivudină, o nucleozidă puternică și care este utilizată pentru tratamentul hepatitei cronice B. HIV poate dezvolta rapid rezistență la 3TC dacă încărcătura virală nu este suprimată sub limita de detecție, ceea ce înseamnă că tratamentul nu va funcționa.
Concluzie
Porfirinele sunt sintetizate în mod natural în celulele umane și sunt, de asemenea, produse de bacteriile comensale umane, cum ar fi P. acnes în pielea umană. Ca bacterie comensală, P. acnes este o parte componentă a fiecărei ființe umane; prezența sa constantă și consecventă pe pielea umană o poate face o excelentă biochimie endogenă de iradiere. Microbiota reprezintă un ansamblu de microorganisme care rezidă într-un mediu stabilit în prealabil, iar dezvoltarea microbiotei intestinale începe la naștere și evoluează de-a lungul întregii noastre vieți, de la naștere până la bătrânețe, fiind rezultatul diferitelor influențe de mediu. Un exemplu în acest sens este bifidobacterium, care îmbunătățește bariera mucoasei intestinale și scade nivelurile de lipopolizaharide din intestin și descurajează creșterea agenților patogeni gram-negativi la sugari. Laptele matern tinde să conțină concentrații ridicate de lactoză și cantități mai mici de fosfat, care este un tampon de pH. Prin urmare, atunci când laptele de mamă este fermentat de bacteriile lactice, care includ Bifidobacteriile din tractul gastrointestinal al sugarului, pH-ul din scaun poate fi redus, ceea ce face mai dificilă dezvoltarea bacteriilor gram-negative la sugarii alăptați la sân. E. coli în majoritatea tulpinilor sunt inofensive și trăiesc liniștite în intestinele noastre ronțăind bucățele de alimente și nu provoacă niciun rău sau chiar creează beneficii pentru gazde prin faptul că ajută la digestie, dar unele tipuri pot provoca otrăviri alimentare grave la gazdele lor, determinând oamenii să aibă vărsături, diaree și dizenterie; iar în cazuri rare, bacteria poate duce la insuficiență renală sau chiar la deces. E. coli poate fi împărțită în patru grupe filogenetice principale, A, B1, B2 și D. Aceste grupe oferă o mai bună caracterizare a înțelegerii modului în care bacteriile comensale sau E. coli comensale pot deveni un agent patogen dăunător. Fiecare dintre aceste trei organisme arată modul în care organismele comensale ajută la iluminarea filogeneticii umane prin diversitatea lor. Fiecare dintre ele ajută organismul într-un mod diferit, iar câteva dintre ele au reușit, în cele din urmă, în timp, să dobândească trăsături patogene, cum ar fi E. coli. Organismele comensale sunt organisme care sunt utile pentru organism, descompunând alimentele, luptând împotriva bolilor, expunându-se la radiații, ajutând sistemul imunitar și alte câteva lucruri; dar poate, de asemenea, să dăuneze organismului prin aducerea de agenți patogeni, boli și afecțiuni în organism. Acest lucru se întâmplă în timp și, de obicei, numai cu schimbări de mediu.
1. Bartova, Jirina, David P. Funda și Ludmila Tuckova. „The Role of Gut Microbiota (Bacteria comensală) and the Mucosal Barrier in the Pathogenesis of Inflammatory and Autoimmune Diseases and Cancer” (Rolul microbiotei intestinale (bacteriile comensale) și al barierei mucoasei în patogeneza bolilor inflamatorii și autoimune și a cancerului): Contribution of Germ-free and Gnotobiotic Animal Models of Human Diseases”. Nature.com. Nature Publishing Group, 31 ianuarie 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., s.n. Web. 28 apr. 2015.
3. Kotzampassi, Katerina, Evangelos J. Giamarellos-Bourboulis, și George Stavrou. „Obesity as a Consequence of Gut Bacteria and Diet Interactions” (Obezitatea ca o consecință a interacțiunilor dintre bacteriile intestinale și alimentație). ISRN Obesity. Hindawi Publishing Corporation, s.d. Web. 28 apr. 2015.
4. 5. Moore, Aimee M., Christian Munck, Morten O. A. Sommer și Gautam Dantas. „Functional Metagenomic Investigations of the Human Intestinal Microbiota” (Investigații metagenomice funcționale ale microbiotei intestinale umane). Frontiers in Microbiology. Frontiers Research Foundation, 17 octombrie 2011. Web. 28 apr. 2015.
5. Filtre de rezultate”. Centrul Național pentru Informații Biotehnologice. U.S. National Library of Medicine, s.n. 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 și Jin-Woo Bae. „Caracterizarea filogenetică a două noi bacterii comensale implicate în homeostazia imunității înnăscute la Drosophila Melanogaster”. Microbiologie aplicată și de mediu. American Society for Microbiology (ASM), s.n. Web. 28 Apr. 2015.
7. Shu, M., S. Kuo, Y. Wang, Y. Jiang, Y.-T. Liu, R.L. Gallo, și C.-M. Huang. „Porphyrin Metabolisms in Human Skin Commensal Propionibacterium Acnes Bacteria: Potential Application to Monitor Human Radiation Risk”. Current Medicinal Chemistry. U.S. National Library of Medicine, 2 ian. 2014. Web. 28 apr. 2015.
8. „Examinarea lampa lui Wood”. Healthline. N.p., s.n. Web. 28 Apr. 2015.
9. Zhang, Lixin, Betsy Foxman și Carl Marrs. „Both Urinary and Rectal Escherichia Coli Isolates Are Dominated by Strains of Phylogenetic Group B2” („Atât izolatele de Escherichia Coli urinare, cât și cele rectale sunt dominate de tulpini din grupul filogenetic B2”). Journal of Clinical Microbiology (Jurnalul de microbiologie clinică). American Society for Microbiology, noiembrie 2002. Web. 28 apr. 2015.
10. 11. Zheng, Tao, Jinho Yu, Min Hee Oh și Zhou Zhu. „The Atopic March: Progression from Atopic Dermatitis to Allergic Rhinitis and Asthma”. Allergy, Asthma & Immunology Research. The Korean Academy of Asthma, Allergy and Clinical Immunology; the Korean Academy of Pediatric Allergy and Respiratory Disease, s.n. Web. 28 Apr. 2015.