Vývoj mikrobiómu dieťaťa - Trillium GmbH Medizinischer Fachverlag

Vývoj mikrobiómu dieťaťa

Mikrobiota gastrointestinálneho traktu hrá dôležitú úlohu pri vývoji imunitného systému a metabolických funkcií, ako aj pri neskoršom vývoji chorôb. Rozhodujúce sú materské faktory v perinatálnej fáze, ako aj zmeny životného prostredia v prvých troch rokoch života.

Kľúčové slová: mikrobióm, mikrobiota, NGS

Skúmanie možných súvislostí medzi jednotlivými profilmi mikroorganizmov v ľudskom tele a určitými chorobami je v súčasnosti nepochybne jednou z najdynamickejších oblastí výskumu v oblasti biologických vied. Najmä uvedenie vysoko výkonných metód sekvenovania DNA a RNA na trh v roku 2005 umožnilo systematickú a na kultúre nezávislú analýzu „mikrobiómu". Tento pojem popisuje celú genetickú informáciu obsiahnutú v baktériách, archeaách a eukaryotoch - takzvaných mikrobiotoch - našich čriev, súčasťou je pokožka a ďalšie časti tela.

Priekopnícke práce na štúdiu zdravého ľudského mikrobiómu sa začali v roku 2008 v USA projektom Human Microbiome Project (HMP) a v Európe ako súčasť konzorcia MetaHIT. Stále intenzívnejší výskum viedol k poznaniu, že vzájomný vzťah medzi človekom a mikroorganizmami má zásadný význam pre fyziologické, imunologické a neurologické procesy.

Od alergií až po depresie

Porušenie zloženia mikroorganizmov sa nazýva dysbióza. Je potenciálne pôvodcom najrôznejších chorôb - od alergií a autoimunitných chorôb cez zápalové ochorenia čriev a rakovinu hrubého čreva až po obezitu a cukrovku 2. typu.

Výrazne zmenené mikrobiálne profily sa našli aj u pacientov trpiacich depresiou. Toto zistenie podporili štúdie na zvieracích modeloch, v ktorých prenos fekálnej mikrobioty pacientov s depresiou na myši bez zárodkov vyvolali depresívne správanie, zatiaľ čo črevný obsah zdravých kontrolných osôb nemal žiadne účinky.

V dojčenskom a batolivom veku je organizmus obzvlášť citlivý na rozvoj dysbiózy, zatiaľ čo zloženie mikroorganizmov v dospelosti sa ukazuje ako relatívne stabilné a odolné. Ako sa mikrobiota vyvíja po narodení a aký vplyv má jej zloženie na vývoj neskorších chorôb, je predmetom mnohých štúdií, vrátane zdravotnej štúdie KUNO-Kids vedenej vedcami z Regensburgskej univerzity (http://kunokids.de).

Vývoj mikrobioty

Mikrobiálna kolonizácia organizmu pravdepodobne už začína v maternici a dosahuje čoraz vyšší stupeň diverzity v peri- a postnatálnej fáze (obr. 1).

Štúdie mikróbneho mikrobiómu na špeciálne kolonizovaných myšiach naznačujú, že baktérie môžu preniknúť do krvi plodu translokáciou buniek z materského čreva. Predpokladal sa tiež priamy prenos baktérií z maternice na dieťa, ale existencia životaschopnej vnútromaternicovej mikrobioty sa zatiaľ nepochybne nepreukázala kvôli problémom s kontamináciou kože a pošvových zárodkov [6]. .

Priekopníkmi v kolonizácii gastrointestinálneho traktu dieťaťa sú baktérie, ktoré sa dokážu prispôsobiť pôvodne prostrediu bohatému na kyslík (Enterobacteriaceae). Vďaka svojej metabolickej aktivite je črevo do niekoľkých dní po narodení takmer bez kyslíka; Potom dominujú zástupcovia materskej kože a vaginálnej mikrobioty (Bifidobacteriaceae, Clostridiaceae, Enterococcaceae, Lactobacillaceae).

Dojčenie s materským mliekom vedie k šíreniu baktérií mliečneho kvasenia (najmä Bifidobacterium), ktoré sa znižujú zavedením kašovitej stravy, aby sa ustupovali druhy s lepšou adaptáciou na zmenené spektrum sacharidov (Bacteroides, Clostridium a Ruminococcus).

Vonkajšie vplyvy, ako je kontakt pokožky s matkou a „uchopenie“ predmetov rukami, nohami a ústami, ovplyvňujú postnatálnu kolonizáciu kože a čriev mikroorganizmami. Dôležitú úlohu pri vývoji individuálneho spektra zárodkov samozrejme majú aj infekcie a antibiotické terapie.

Vplyv materských faktorov na imunitný systém dieťaťa sa začína už počas tehotenstva: V štúdii s myšami preukázala prechodná kolonizácia tehotných matiek kmeňom E. coli, že jeho metabolické produkty v potomkoch môžu exprimovať gény pre antibakteriálne peptidy a podporoval metabolizmus bakteriálnych metabolitov. Svoju úlohu tu zohrávajú aj materské protilátky, ktoré podporujú prenos metabolických produktov z matky na potomka [5]. .

Popôrodné bakteriálne metabolity sú stále nevyhnutné pre vývoj črevnej špecifickej bariérovej funkcie a pre diferenciáciu a proliferáciu T-pomocných buniek a regulačných T-buniek (TReg) v kontexte imunitnej obrany.

Dnes sa predpokladá, že trvalé narušenie konštelácie mikrobiómov v prvých niekoľkých rokoch života môže mať za následok celý rad imunologických chorôb. Medzi tieto poruchy patria aj výdobytky civilizácie, ako je hygiena, zvyšujúci sa počet cisárskych rezov alebo používanie antibiotík. Všetky tieto faktory súvisia so štatisticky dokázaným nárastom imunologických chorôb v priemyselných krajinách.

Metabolické a neurobiologické poruchy však môžu byť podporované aj intrauterinnou alebo rannou detskou dysbiózou. Napríklad obezita matiek počas tehotenstva je spojená so zvýšeným rizikom porúch nervového vývoja a porúch autistického spektra. V myšom modeli boli mastnou stravou samíc preukázané dlhotrvajúce zmeny v metabolizme dopamínu v mezolimbickom systéme potomstva. Perorálne podanie Lactobacillus reuteri eliminovalo synaptické dysfunkcie aj sociálne deficity [2] .

V inej pôsobivej štúdii sa mikrobiota preniesla z myší na diéte s vysokým obsahom tukov do konvenčne chovaných zvierat. Druhy z rôznych čeľadí kmene firmicutes klesali pri diéte s vysokým obsahom kalórií; Je zaujímavé, že zmenené mikrobiálne zloženie viedlo k odlišnému fenotypu špecifickému pre pohlavie: Zatiaľ čo u samíc sa vyvinula významná nadváha, u samcov sa prejavili poruchy kognitívnych funkcií, ako aj zmenené prieskumné a kompulzívne správanie [1]. .

U ľudí bola črevná dysbióza pred a po pôrode tiež spojená s detskou chorobou. Patria sem nekrotizujúca enterokolitída a zápalové ochorenia čriev, syndrómy obezity a podvýživy, ako aj astma a atopia [7] .

Podľa Spolkového štatistického úradu sa takmer každé tretie dieťa v Nemecku narodilo cisárskym rezom. Tento spôsob podávania vedie k významným rozdielom v mikrobiote novorodencov iba niekoľko dní po narodení: Ihneď po vaginálnom narodení dominujú v rode nosa, ústnej dutiny, nosohltanu a črevných priestorov druhy rodu Lactobacillus, hlavný predstaviteľ pošvovej mikroflóry. Narodenia cisárskym rezom sú na druhej strane osídlené na všetkých stanovištiach typickými kožnými druhmi rodu Streptococcus, Staphylococcus a Propionibacterium. Aj po jednom roku od narodenia sa rozmanitosť mikrobioty po cisárskom reze výrazne zníži.

Rozsah, v akom to vedie k neskorším zdravotným problémom u dieťaťa, nebol doteraz nepochybne objasnený. V jednej štúdii boli deti inkubované s vaginálnou tekutinou matky bezprostredne po operácii, aby sa simulovala fyziologická mikroflóra. To koniec koncov umožnilo upraviť mikrobiálne zloženie cisárskych rezov a prirodzene narodených detí [4].

trillium


Vplyv stravy

Je známe, že u dojčených detí je všeobecne menšia pravdepodobnosť vzniku infekcií alebo alergií. Niekoľko štúdií s materským mliekom v porovnaní s náhradnými prípravkami (pred jedlom) ukázalo, že kojenci každý deň prehĺtajú prostredníctvom materského mlieka milióny baktérií, ktoré formujú imunitný systém v tejto počiatočnej fáze života. Väčšina určite pochádza z mikrobioty kože matky, ale diskutuje sa tiež o entero-prsnej dráhe. Okrem toho by sa mohol preukázať prenos materských protilátok (IgA), laktoferínu a ďalších antimikrobiálne aktívnych faktorov dojčením.

Najmä komplexné nestráviteľné uhľohydráty v materskom mlieku (tzv. Oligosacharidy ľudského mlieka, HMO) uprednostňujú vyrovnanie zdraviu prospešných látok. Niektoré bifidobaktérie - zaujímavé iba z mikrobioty detí, ale nie dospelých - môžu fermentovať také HMO na kyselinu mliečnu a mastné kyseliny s krátkym reťazcom (acetát, propionát a butyrát).

Výsledné kyslé prostredie zabraňuje invázii enterických patogénnych baktérií. Vytvorené mastné kyseliny sú navyše dôležitými zdrojmi energie pre bunky hrubého čreva. To by mohlo byť klinicky dôležité v rozvojových krajinách; Napríklad v Malawi sa preukázala významná korelácia medzi zníženým obsahom sialylovaných HMO v materskom mlieku a podvýživou u detí. Toto zistenie by sa dalo dokázať aj na zvieracích modeloch: kŕmenie hovädzím sialylovaným HMO zvyšovalo telesnú hmotnosť, zlepšilo morfológiu kostí a viedlo k pozitívnym zmenám v anabolickom metabolizme svalov, mozgu a pečene [3] .

V detstve existuje zvýšená náchylnosť k infekciám, ktoré však môžu byť dôležité pre dozrievanie imunitného systému. Antibiotická liečba krátko po narodení môže natrvalo narušiť mikrobiálnu kolonizáciu novorodenca. V skutočnosti sa choroby spojené s dysbiózou, ako je cukrovka typu 2, chronické črevné zápaly alebo alergie, vyskytujú významne častejšie v dospelosti, ak sa deťom v prvých rokoch života podávali antibiotiká. Okrem toho sa nekrotizujúca enterokolitída u predčasne narodených detí a Crohnova choroba v detstve pozorovali častejšie, ak boli matky počas tehotenstva liečené antibiotikami. U novorodencov mohli byť gény bakteriálnej rezistencie v mekóniu detekované dokonca veľmi často.

Aj keď príčinná súvislosť medzi podaním antibiotika v ranom detstve a spomenutými príznakmi nie je do všetkých detailov istá, indikácia pre kojencov a batoľatá by mala byť obzvlášť prísna, pretože mikrobiota je v tomto veku stále veľmi citlivá. Reštriktívna regulácia chráni ich vývojovú stabilizáciu a prispieva tak k zdraviu v dospelosti.