Zloženie a funkcie črevnej flóry - časopis Galenus
Claudia Mihaela Vasiliu, špecialistka na gastroenterológiu,
Mestská nemocnica Panciu,
Klinika Regina Maria, Bukurešť
Posledné štúdie zdôrazňujú kľúčovú úlohu črevnej flóry nielen z hľadiska trávenia, ale aj z hľadiska metabolizmu. Zdá sa, že mikrobiota sa podieľa na mnohých stavoch, od obezity po ulceróznu kolitídu, takže lepšie pochopenie funkcií mikrobioty by mohlo otvoriť nové terapeutické možnosti.
Kľúčové slová: črevná flóra, mikrobiota, mikrobióm
Posledné štúdie zdôraznili kľúčovú úlohu črevnej flóry, nielen pokiaľ ide o trávenie, ale aj pre metabolizmus. Zdá sa, že mikrobiota sa podieľa na mnohých chorobách, od obezity po ulceróznu kolitídu, takže pochopenie funkcií mikrobioty by mohlo otvoriť nové terapeutické možnosti.
Kľúčové slová: črevná flóra, mikrobiota, mikrobióm
Definícia
Črevná flóra alebo gastrointestinálna mikrobiota je zložité spoločenstvo mikroorganizmov, ktoré žijú vo vnútri tráviaceho traktu ľudí [1] a zvierat. Črevná flóra človeka obsahuje najväčší počet baktérií v porovnaní s inými oblasťami tela. Črevná flóra sa úplne vyvíja okolo 2. roku veku [2] spolu s epitelom a slizničnou bariérou, pričom posledné dve sú tolerantné a dokonca podporujú mikroflóru, ktorá pôsobí ako bariéra proti patogénom [4,5]. Mikroorganizmy prospievajú hostiteľovi fermentáciou energetických substrátov, ako sú rastlinné vlákna, v strave a trénovaním imunitného systému prostredníctvom konečných metabolických produktov, ako sú propionát a acetát [3].
Črevné baktérie sú tiež užitočné pri syntéze vitamínov B a K, ako aj pri ich úlohe v metabolizme žlčových kyselín, sterolov a xenobiotík [2]. Mastné kyseliny s krátkym reťazcom a ďalšie látky produkované pôsobením črevnej flóry pôsobia ako hormóny a samotná črevná flóra sa chová ako endokrinný orgán [7]; Ukázalo sa, že narušenie flóry je zodpovedné za vznik zápalových a autoimunitných chorôb [1,6].
Mikrobiota zabraňuje množeniu škodlivých druhov baktérií v čreve [4], prispieva k rozvoju čreva a produkuje hormóny, ktoré zasahujú do stimulácie ukladania tukov v tele [2]. Ťažká zmena a nerovnováha mikrobioty (alebo jej genómu) a mikrobiómu sú spojené s obezitou [9]. Za určitých podmienok môžu niektoré druhy črevnej flóry ochorieť na hostiteľský organizmus, čo môže spôsobiť infekcie alebo zvýšiť riziko rakoviny hostiteľa [7,12].
Zloženie črevnej flóry
a) v závislosti od segmentu tráviaceho traktu
Zloženie črevnej mikrobioty sa mení počas celého života a je ovplyvňované zmenami, ku ktorým dochádza v strave, ale aj v zdraví [3,7]. Toto zloženie sa tiež líši v závislosti od segmentu tráviaceho traktu. Malý počet bakteriálnych druhov je prítomných v žalúdku a tenkom čreve [1,3]. Vďaka kyslému žalúdočnému prostrediu nemôže väčšina mikroorganizmov prežiť. Hlavné bakteriálne druhy, ktoré kolonizujú žalúdok, sú Streptococcus, Staphylococcus, Lactobacillus, Peptostreptococcus a niektoré druhy kvasiniek [2] .
Tenké črevo obsahuje iba stopy mikroorganizmov, pretože sa nachádza v blízkosti žalúdka. Na tejto úrovni sa vyskytujú predovšetkým baktérie koky a grampozitívne bacily [2]. V distálnom tenkom čreve však alkalické prostredie umožňuje existenciu gramnegatívnych baktérií, ako sú Enterobacteriaceae [3]. Flóra tenkého čreva podporuje jeho funkcie a poskytuje regulačné signály, ktoré umožňujú jeho vývoj.
Na úrovni hrubého čreva nájdeme najbohatší mikrobiálny ekosystém v ľudskom tele s až 10 bunkami na gram črevného obsahu [12] a s 300 až 1 000 rôznymi bakteriálnymi druhmi [1,2]. Asi 99% flóry hrubého čreva predstavuje 30-40 druhov [7], pričom Faecalibacterium prausnitzii je najbežnejším druhom u zdravých dospelých [3]. Črevné baktérie tvoria až 60% hmotnosti výkalov [2].
Niektoré príklady baktérií bežne sa vyskytujúcich v hrubom čreve: Klebsiella sp.: 40-80%, Clostridium perfrigens: 25-35%, Bifidobacterium bifidum: 30-70%, Lactobacillus: 20-60%, Enterococcus faecalis: 100%, Peptococcus, Peptostretococcus, Staphylococcus aureus: 30-50%, Enterobacter sp.: 40-80%, Bacteroides fragilis.
Aj keď sú plesne, vírusy (bakteriofágy) a archea súčasťou črevnej flóry, o ich aktivite sa vie len málo [1]. 99% hrubého čreva a mikroflóry vo výkaloch sú tvorené striktne anaeróbnymi baktériami, ako sú Bacteroides a Bifidobacterium [3]. Faktory, ktoré narúšajú túto mikrobiálnu populáciu, sú antibiotiká, stres a paraziti [2]. Aj keď je 99% mikroflóry anaeróbne, pri kontrole existuje vysoká hustota aeróbnych baktérií [2]. Odhaduje sa, že črevná flóra obsahuje stokrát viac génov ako ľudský genóm [12]. Mikrobiálne populácie sa líšia od jednotlivca k jednotlivcovi [5,12].
b) v závislosti od druhov baktérií
Štyri dominantné bakteriálne zhluky v ľudskom čreve sú Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria a Proteobacteria [2]. Väčšina baktérií patrí do rodov Bacteroides, Clostridium, Faecalibacterium [7,3], Eubacterium, Ruminococcus, Peptococcus, Peptostreptococcus a Bifidobacterium. Prítomné sú aj iné rody, napríklad Escherichia a Lactobacillus, ale v menšom počte [7]. Rod Bacteroides tvorí asi 30% všetkých baktérií v čreve, čo naznačuje, že by mal hrať dôležitú úlohu pre ľudské telo [3].
Rodmi húb, ktoré boli objavené v čreve, sú Candida, Saccharomyces, Aspergillus, Penicillium, Rhodotorula, Trametes, Pleospora, Sclerotinia, Bullera a Galactomyces [1,2]. Rhodotorula sa bežne vyskytuje u pacientov so zápalovým ochorením čriev a Candida u pacientov s hepatitídou a cirhózou pečene vírusom B. [1]. Archaea podobné organizmy sú dôležité pri metabolizme produktov bakteriálnej fermentácie. Štúdium črevnej flóry sa používa na extrakciu nukleových kyselín z bakteriálnych vzoriek z výkalov, najmä 16S rRNA génových sekvencií.
c) v závislosti od veku
Diverzita zloženia mikroflóry vo vzorkách stolice je významne vyššia u dospelých ako u detí [3]. V mikrobióme pre dospelých je vysoká prevalencia enzýmov zapojených do fermentácie a metabolizmu arginínu, glutamátu, aspartátu a lyzínu. Naopak, v mikrobióme dieťaťa sú dominantnými enzýmami tie, ktoré sa podieľajú na metabolizme a fermentácii cysteínu [5].
Štúdie identifikovali súvislosť medzi rôznymi bakteriálnymi rodmi v mikrobiote a príjmom živín. Mikroflóra sa skladá hlavne z troch enterotypov: Prevotella, Bacteroides a Ruminococcus. Bola pozorovaná súvislosť medzi koncentráciou každej mikrobiálnej komunity a stravou. Napríklad Prevotella súvisí s konzumáciou jednoduchých sacharidov a cukrov, zatiaľ čo Bacteroides - s bielkovinami, aminokyselinami a nasýtenými tukmi. Špecializované baktérie, ktoré štiepia mucín, prežívajú z vylučovania sacharidov z hostiteľa [3]. Určitý enterotyp bude dominovať v závislosti od stravy [2].
Podvyživené deti budú mať v porovnaní so zdravou menej diverzifikovanú črevnú flóru a zmeny v mikrobióme spôsobené nedostatkom živín môžu byť príčinou podvýživy [5,3]. Podvyživené deti majú zvyčajne potenciálne patogénnu flóru a viac kvasiniek v ústach a hrdle.
d) v závislosti od geografického pôvodu pacienta
Zloženie mikrobiómu tiež závisí od geografického pôvodu pacientov. Rozdiely v obsahu Prevotelly, hmotnosti génu ureázy a génov kódujúcich syntézu a degradáciu glutamátu, ako aj ďalších enzýmov podieľajúcich sa na degradácii aminokyselín alebo biosyntézy vitamínov, preukázali významné rozdiely medzi pacientmi v USA, Malawi a domorodými Američanmi. [7].
Napríklad americká populácia má reprezentatívne percento enzýmov, ktoré degradujú glutamín, a enzýmov zúčastňujúcich sa na biosyntéze vitamínov a kyseliny lipoovej v mikrobiote; Populácie Malawi a pôvodných Američanov majú vyššie percento enzýmov zapojených do syntézy glutamátu, ako aj nadmerné zastúpenie alfa-amylázy. Pretože ľudia v USA majú stravu s vyšším obsahom tukov, je strava pravdepodobne hlavným determinantom zloženia črevných baktérií [3].
Niektoré štúdie preukázali rozdiely v mikrobiote európskych detí oproti tým vo vidieckej Afrike. Strava afrických detí je chudobná na živočíšne bielkoviny a tuky, ale je bohatá na rastlinné bielkoviny a polysacharidy, v črevnej flóre dominujú Bacteroidetes, zatiaľ čo v mikrobiote európskych detí dominuje rod Firmicutes a vykazuje výrazné zníženie biodiverzity. Rozdielne zloženie a zvýšená biodiverzita črevnej flóry afrických populácií prispievajú k tráveniu rastlinných polysacharidov a k zníženiu výskytu neinfekčných chorôb hrubého čreva.
Kolonizácia črevného traktu
Gastrointestinálny trakt plodu je sterilný, aj keď môže dôjsť k mikrobiálnej kolonizácii, čo dokazuje štúdia, v ktorej boli v placentárnych biopsiách prítomné druhy Lactobacillus a Bifidobacterium [2,4]. Počas a bezprostredne po narodení osídľujú črevá dieťaťa baktérie matky a životného prostredia [5]. Počiatočné bakteriálne populácie sú zvyčajne fakultatívne anaeróbne organizmy, ktoré znižujú koncentráciu kyslíka v čreve a umožňujú tak výlučne anaeróbne baktérie, ako sú Bacteroides, Actinobacteria a Firmicutes, kolonizovať črevo a rásť na tejto úrovni [7].
Dojčené deti majú flóru, v ktorej dominujú bifidobaktérie, pravdepodobne kvôli obsahu materského mlieka v rastových faktoroch pre tieto baktérie a v prebiotikách. Mikrobiota dojčených detí má väčšiu rozmanitosť s vyššími koncentráciami Enterobacteriaceae, enterokokov, bifidobaktérií, Bacteroides a clostridia [2].