a humán mikrobiom

Az emberi szervezetben minden humán sejtre átlagosan tíz mikroba sejt jut, azaz a sejtek 90-95%-a nem is emberi sejt! Genomi szinten ezekre a mikrobaközösségekre is ... evolúciós erők hatnak, így a humán metagenomot is relatíve kevés, becslések szerint 1-3 millió gén alkotja. Ez még így is sokszorosa az embernek tulajdonított mintegy 25 000 génnek. A későbbiekben látni fogjuk, hogy ezen mikrobák számára testünk nem csak egy kellemes környezetet jelent, hanem nagyon sokrétű kapcsolat valósul meg a mikroba és a gazda között.

A velünk élő mikroorganizmusokkal számunkra előnyös, vagy semleges viszonyt ápolunk, csak kicsiny részük viselkedik opportunista patogénként. Az utóbbi években széles körben elterjedt újgenerációs szekvenálási technikák révén számos új fajt azonosítottak. Ez arra utal, hogy ezek a konzorciumok egyrészt sokkal fajgazdagabbak annál, mint amit korábban sejtettünk, másrészt ezek hagyományos, kitenyésztéses úton nem vizsgálhatók, mert életképtelenek a közösség többi tagja, illetve a gazdaszervezet nélkül.

Habár a humán mikrobiom alatt leggyakrabban a bélflóra ökoszisztémáját értjük, nem szabad elfeledkeznünk a többi testüregben, és a teljes testfelszínen fellelhető különböző alközösségekről. Más-más összetételű konzorciumok találhatók a tenyéren, a talpon, az egyes testhajlatokban és a külső hatásoknak jobban kitett felszíneken. Más közösségek élnek a bőr felszínén, a szarurétegben, vagy a szőrtüszők mélyén, és még a gyomorban is átlagosan kétszázféle baktériumtörzs azonosítható.
A humán mikrobiom állapotával már eddig is számos külső és belső környezeti faktort hoztak összefüggésbe. A táplálkozáson túl az egyéni különbségek kialakulásában szerepet játszik a gazdaszervezet genetikai, illetve epigenetikai háttere, immunrendszerének, tápcsatornájának állapota, sőt, egyes kutatók szerint a mentális állapota is.
A mikrobiom kialakulása már újszülött korban megkezdődik, és körülbelül a 3. életévre „épül ki". Alapvetően meghatározza ezt a folyamatot a korai táplálás módja; az emlőből táplált csecsemők mikrobiomja más dinamikával alakul ki. Mivel éppen ezen időszak alatt „tanulja meg" a kialakuló immunrendszer, hogy tolerálja a mikrobiótát, a csecsemőkori táplálás módja valószínűleg az egyén életére szóló hatással bír. A kisgyermekkori krónikus alultápláltság mellett a normálisnál sokkal kevésbé hatékonyan működő mikrobaközösség alakul ki. Ennek eredményeképpen ezek az egyének később megfelelő táplálékbevitel mellett sem képesek hasznosítani a tápanyagokat.

Mindemellett a legkülönfélébb életmódbeli tényezők is kapcsolatot mutatnak a mikrobaközösségeink szerkezetével. Az alvásmennyiségtől a földrajzi helyzeten át a higiénés körülményekig, a háziállatoktól a várandósságon át az egyénnel közös tereket használó emberek állapotáig számtalan tényező hatásáról jelennek meg időről-időre újabb tanulmányok. Fontos belátni, hogy ezek és a mikrobiom változási között talált kapcsolatokban rendkívül nehéz elkülöníteni az okokat a következményektől.
Az emberi mikrobióta tehát testtájanként és időben is változó összetételt mutat, és mai ismereteink alapján a legkülönfélébb tényezők befolyásolhatják. Ugyanakkor elmondható, hogy ökológiai szempontból stacionárius rendszereknek tekinthetők, tehát stabilitásuk mellett rendkívül gyorsan (napok, de akár órák alatt is) képesek egy új állapotba átjutni. Jellemzően néhány, nagy tömegben jelen levő taxon adja a mikrobióta „magját", amely alapvetően meghatározza a közösség felépítését. A „core" taxonok és jellemző arányaik alapján három, jól elkülöníthető, úgynevezett enterotípus került leírásra, amelyekbe földrajzi helyzettől függetlenül az emberiség minden egyede besorolható.

Felvetődik a kérdés: vajon a gazda immunrendszere miért tolerálhat ilyen mennyiségű idegen sejtet? A gazdaszervezet számára nyújtott legfontosabb előnyök:

- tápanyagok lebontása
- antinutriens anyagok lebontása
- szerves savak termelése
- vitaminok, kofaktorok termelése
- morfogén hatású anyagok termelése
- epigenetikai hatások
- neuroendokrin hatások
- antimikrobiális anyagok termelése
- kompetitív hatás

„Nyugati" étrendünk energiatartalmának mintegy 10%-át a bélcsatorna mikrobiális özösségének segítségével szerezzük meg. Számos összetett szénhidrát emésztéséhez ugyanis a mi génkészletünk nem tartalmazza az adott anyagcsere-útvonalhoz szükséges enzimek génjeit. Megfelelő bélflóra nélkül az ember nem képes megemészteni például a pektint, illetve olyan egyszerű cukrokat, mint az arabinóz, vagy a xilóz. Ugyanakkor az egészséges bél mikrobiom fenntartásához is hozzájárulhat ezen tápanyagok bevitele. A pektinfogyasztás például támogatja a Faecalibacterium prasnitzii növekedését, melynek bélgyulladás elleni terápiás hatását is leírták.
A lebontó folyamatok során keletkező szerves savak főként kis szénatomszámú karbonsavak (ecetsav, vajsav, tejsav), valamint rövid szénláncú zsírsavak. Ezek egyrészt hozzájárulnak a közeg megfelelő kémhatásának kialakulásához, másrészt táplálékul szolgálnak a vékonybél epithel sejtjei számára. A butirát (vajsav) emellett globális epigenetikai hatással rendelkezik: egy ismeretlen mechanizmuson keresztül gátolja a hiszton deacetilázok működését, ugyanakkor paradox módon a bél tumorok kifejlődését is.

A humán mikrobiom kutatásának egy különlegesen izgalmas területe az úgynevezett agy-bél tengely vizsgálata. Egyre több vizsgálati eredmény támasztja alá azt a feltételezést, mely szerint a mikrobaközösségek tagjai között zajló kémiai kommunikáció hatással van a gazdaszervezet endokrin rendszerére, illetve az idegrendszerére is. Az Alzheimer-kór elleni gyógyszerként is alkalmazott IPA-t (indol-3-propionsav) az egészséges mikrobiom előállítja: a vérben mért IPA mennyisége a vékonybélben élő Clostridium sporogenes mennyiségével arányos.

A gazdaszervezet hasznosítja a mikrobák által termelt B12-vitamint, K-vitamint, illetve folsavat. A mikrobióta tagjai különféle antimikrobiális hatású molekulák előállítására is képesek: a bőr mikrobaközösségei peroxi-lipidek termelésével akadályozzák meg a „betolakodók" megtelepedését.

Összefoglalva tehát elmondható, hogy a gazdaszervezet és a mikrobaközösség anyagcsere útvonalai sokkal szorosabban összekapcsolódnak, mint ahogy azt korábban feltételezték. Mi több, az emésztőrendszerben, és testünk felszínein uralkodó körülmények jelentős része az ott élő mikrobaközösségek jelenlétének következménye. A humán mikrobióta biokémiai és ökológiai hatásai révén a gazda immunrendszerrel szoros kapcsolatban áll, sőt, akár szerves részeként is értelmezhető.

Képek forrása:
https://www.genengnews.com/topics/omics/nih-microbiome-project-triples-number-of-previously-identified-bacterial-genes/
https://snowman.genome.tugraz.at/snowman/manual/SnoWMAn_Documentationch1.html

Folytatjuk!