Introducere în microbiota intestinului uman
Elizabeth Thrby
Programul de sănătate intestinală și siguranță alimentară, Institutul de cercetare a alimentelor, Norwich Research Park, Norwich NR4 7UA, Marea Britanie.
Nathalie Juge
Programul de sănătate intestinală și siguranță alimentară, Institutul de cercetare a alimentelor, Norwich Research Park, Norwich NR4 7UA, Marea Britanie.
Abstract
Tractul gastrointestinal uman (GI) adăpostește o populație complexă și dinamică de microorganisme, microbiota intestinală, care exercită o influență marcată asupra gazdei în timpul homeostazei și al bolii. Mai mulți factori contribuie la stabilirea microbiotei intestinului uman în timpul copilăriei. Dieta este considerată drept unul dintre principalii factori care influențează microbiota intestinală de-a lungul vieții. Bacteriile intestinale joacă un rol crucial în menținerea homeostaziei imune și metabolice și în protejarea împotriva agenților patogeni. Compoziția bacteriană intestinală alterată (disbioză) a fost asociată cu patogeneza multor boli inflamatorii și infecții. Interpretarea acestor studii se bazează pe o mai bună înțelegere a variațiilor interindividuale, eterogenitatea comunităților bacteriene de-a lungul și de-a lungul tractului gastrointestinal, redundanța funcțională și necesitatea de a distinge cauza de efect în stările de disbioză. Această revizuire rezumă înțelegerea noastră actuală a dezvoltării și compoziției microbiotei GI umane și a impactului acesteia asupra integrității intestinului și a sănătății gazdei, care stă la baza necesității unor studii mecaniciste axate pe interacțiunile gazdă - microb.
Introducere
Tractul gastrointestinal uman (GI) reprezintă una dintre cele mai mari interfețe (250-400 m 2) dintre gazdă, factorii de mediu și antigenii din corpul uman. Într-o durată medie de viață, aproximativ 60 de tone de alimente trec prin tractul gastro-intestinal uman, împreună cu o abundență de microorganisme din mediu care impun o imensă amenințare asupra integrității intestinului [1]. Colecția de bacterii, arhee și eucarii care colonizează tractul gastrointestinal este denumită „microbiota intestinală” și a co-evoluat cu gazda de-a lungul a mii de ani pentru a forma o relație complicată și reciproc avantajoasă [2,3]. S-a estimat că numărul de microorganisme care locuiesc în tractul GI depășește 10 14, care cuprinde de aproximativ 10 ori mai multe celule bacteriene decât numărul de celule umane și de peste 100 de ori cantitatea de conținut genomic (microbiom) ca genomul uman [2,4 ]. Cu toate acestea, o estimare recent revizuită a sugerat că raportul dintre celulele umane și bacteriene este de fapt mai aproape de 1: 1 [5]. Ca urmare a numărului mare de celule bacteriene din organism, gazda și microorganismele care îl locuiesc sunt adesea denumite „superorganisme” [4,6].
Microbiota oferă numeroase beneficii gazdei, printr-o serie de funcții fiziologice, cum ar fi consolidarea integrității intestinului sau modelarea epiteliului intestinal [7], recoltarea energiei [8], protecția împotriva agenților patogeni [9] și reglarea imunității gazdei [10]. Cu toate acestea, există potențialul ca aceste mecanisme să fie perturbate ca urmare a unei compoziții microbiene modificate, cunoscută sub numele de disbioză. Cu metodele din ce în ce mai sofisticate de profilare și caracterizare a ecosistemelor complexe, un rol pentru microbiotă într-un număr mare de boli intestinale și extraintestinale a devenit evident [11,12]. Această revizuire rezumă înțelegerea noastră actuală a dezvoltării și compoziției microbiotei GI umane și a impactului acesteia asupra integrității intestinului și a sănătății gazdei.
Compoziția și structura microbiotei GI umane
Microbiota intestinală nu este la fel de diversă ca și comunitățile microbiene din alte situri corporale și relevă un grad ridicat de redundanță funcțională [19-21]. Recent a fost obținut un catalog extins al capacității funcționale a microbiomului intestinal uman, unde 9.879.896 gene au fost identificate printr-o combinație de 249 de probe nou secvențiate și 1018 publicate [18]. Studiul a identificat prezența semnăturilor microbiene specifice fiecărei țări, sugerând că compoziția microbiotei intestinale este modelată de factori de mediu, cum ar fi dieta și, eventual, și de genetica gazdei [18]. Cu toate acestea, trebuie remarcat și faptul că microbiota care diferă în ceea ce privește compoziția poate avea un anumit grad de redundanță funcțională, producând profiluri similare de proteine sau metaboliți [22]. Aceste informații sunt cruciale pentru dezvoltarea strategiilor terapeutice de modificare și modelare a comunității microbiene în boală.
Dezvoltarea microbiotei GI umane
Biogeografia microbiotei umane în tractul GI
Compoziția microbiotei din tractul GI reflectă proprietățile fiziologice într-o anumită regiune și este stratificată atât pe axa transversală, cât și pe axa longitudinală [39]. Densitatea și compoziția microbiotei sunt afectate de gradienții chimici, nutriționali și imunologici de-a lungul intestinului. În intestinul subțire, există de obicei niveluri ridicate de acizi, oxigen și antimicrobiene și un timp de tranzit scurt [40]. Aceste proprietăți limitează creșterea bacteriană, astfel încât numai anaerobii facultativi cu creștere rapidă, cu capacitatea de a adera la epitelii/mucus, se presupune că vor supraviețui [40]. La șoareci, comunitatea microbiană a intestinului subțire este dominată în mare măsură de Lactobacillaceae [41]. În schimb, condițiile colonice susțin o comunitate densă și diversă de bacterii, în principal anaerobe cu capacitatea de a utiliza carbohidrați complecși care nu sunt digerați în intestinul subțire. În colon Prevotellaceae, Lachnospiraceae și Rikenellaceae s-au dovedit a domina [40,41].