Pohľad genetika na mikroorganizmy v čreve človeka spolurozhodujúce o jeho zdraví

24. jún. 2019 • Biologické vedy

Pohľad genetika na mikroorganizmy v čreve človeka spolurozhodujúce o jeho zdraví

Človek od nepamäti žije spoločne s nespočetným množstvom mikroorganizmov, predovšetkým baktérií. Niektoré sú podobné ako tie, ktoré vyvolávajú tuberkulózu, pre človeka škodlivé, iné, napríklad ako baktérie mliečneho kvasenia, sú užitočné. Baktérie majú významnú úlohu pri udržiavaní optimálneho ekosystému našej planéty Zem. Pokiaľ by baktérie neplnili svoje „ekologické“ funkcie, nebol by život na planéte Zem možný, pretože mikróby umožňujú prežiť mnohobunkovým organizmom, vrátane človeka. Mikróby sú však dôležité pre človeka nielen ako súčasti ekosystému Zeme, ale sú aj významnými indikátormi zdravotného stavu každého človeka na Zemi. 

Vedeli ste, že v tele človeka sa nachádza desaťnásobne viac mikroorganizmov než ľudských buniek? Napríklad na každý štvorcový centimeter pokožky pripadá vyše 500 druhov baktérií. Odborníci používajú v súčasnosti pre mikrobiálne osídlenie ľudského tela termín mikrobióm. Čo to vlastne mikrobióm je? Tvorí ho unikátne spoločenstvo všetkých mikroorganizmov ľudského organizmu vrátane baktérií, kvasiniek, vírusov, prvokov a roztočov (tzv. mikroflóra) a ich génygenómy. Predpokladá sa, že pozostáva z biliónov jedincov/organizmov, ktorých súhrnná genetická informácia, tzv. metagenóm, 150-násobne prevyšuje genetickú informáciu človeka. Zatiaľ čo ľudský genóm obsahuje 25 000 funkčných génov, mikroorganizmy ich majú vyše niekoľkých miliónov.

Viete, že ľudský mikrobióm predstavuje významný orgán a tzv. „druhý genómom“ človeka?

Paradoxne je to práve mikrobióm, ktorý je oveľa univerzálnejší a plastickejší v porovnaní s genómom človeka. Vďaka tomu si „vyslúžil“ pomenovanie „druhý ľudský genóm“. Podľa najnovších výsledkov získaných pri realizácii medzinárodného výskumu v rámci „Projektu ľudského mikrobiómu“ (skr. HMP; Human Microbiome Project), mikrobióm hrá významnú úlohu pri zabezpečovaní zdravého a kvalitného života človeka a predstavuje jeden z najvýznamnejších orgánov ľudského tela. Podobne, ako sa ľudia navzájom líšia odtlačkami prstov, líšia sa aj zložením mikrobiómu. Znamená to, že každý človek má svoj unikátny mikrobióm, ktorého dôležitosť pri jeho identifikovaní možno porovnať s odtlačkami prstov alebo štruktúrou DNA.

Kto prvý raz použil termín mikrobióm?

Joshua Lederberg; zdroj: StanfordAko prvý použil odborný termín „ľudský mikrobióm“ v roku 2001 americký molekulárny biológ a nositeľ Nobelovej ceny za medicínu Joshua Lederberg. Tento významný vedec tak pomenoval ekologické spoločenstvo komenzálnych (spolu žijúcich), symbiotických a patogénnych mikróbov, t. j. mikrobiálnu mikroflóru, ktorá osídľuje päť súčastí ľudského tela, a to nosovú sliznicu, ústnu dutinu, pokožku, tráviaci a močovo-pohlavný trakt. Každá z nich sa vyznačuje špecifickou mikroklímou. Zloženie telesného mikrobiómu je čiastočne podmienené geneticky a počas života sa mení. Napriek tomu, že sa mikrobióm dedí, resp. jestvuje vzťah medzi mikrobiómom a genotypom človeka, je však ďalej ovplyvňovaný celým radom ďalších faktorov, akými sú napríklad typ pôrodu, dojčenie, výživa, vek, prostredie, atď. Ak sa dieťa narodí pomocou cisárskeho rezu, znamená to, že je ochudobnené o „dobré“ baktérie, ktoré by mohlo získať pri prechode pôrodnými cestami od matky. Podobná situácia nastane, ak dieťa nie je dojčené, pretože umelá výživa nemôže nahradiť materskú bakteriálnu mikroflóru obsiahnutú v matkinom mlezive a materskom mlieku.

Čo je dysbióza?

Mikrobióm je veľmi dôležitý pre človeka, pretože zásadne ovplyvňuje jeho zdravie, vývoj, správne fungovanie fyziologických procesov, imunitu, atď. Nepatogénne a patogénne bakteriálne kmene telesného mikrobiómu môžu byť buď v rovnováhe alebo v nerovnováhe. Ak dochádza napríklad k zmene zloženia črevného mikrobiómu, t. j. dysbióze, resp. mikrobiálnej nerovnováhe medzi dobrými a škodlivými mikróbami, začnú sa premnožovať patogénne druhy mikroorganizmov a rozvinú sa typické príznaky viacerých ochorení. Veľmi nebezpečné sú pre črevo premnožené patogény vylučujúce toxické látky, napríklad mykotoxíny, ktoré prechádzajú cez oslabenú črevnú stenu a krvným obehom sa dostávajú k rôznym orgánom. Niektoré z nich môžu pôsobiť ako karcinogény, iné znižovať celkovú imunitu. Je až neuveriteľné, že najcitlivejšie reaguje na mikrobiálnu disharmóniu ľudský mozog. Mikrobióm komunikuje s mozgom človeka prostredníctvom osi črevo – mozog (tzv. gut-brain axis), a tak ovplyvňuje jeho náladu a psychiku. Dysbióza zodpovedá za celý rad zdravotných ťažkostí človeka počnúc cukrovkou, obezitou až po úzkosť a depresie. Veď už staroveký lekár Hippokrates si všimol, že „Všetky choroby začínajú v črevách.“ 

Napriek tomu, že spoločnosť tradične považovala baktérie (samozrejme tie patogénne) len za pôvodcov rôznych chorôb a o tie nepatogénne sa akosi nezaujímala, dnes už nikto z odborníkov nepovažuje za prehnané konštatovanie, že skúmaním a optimalizáciou zloženia ľudského mikrobiómu, resp. unikátneho mikrobiálneho spoločenstva, sa otvárajú nové možnosti nielen pri liečbe, ale i prevencii viacerých chorôb. Nijaký iný orgán v ľudskom tele nemá vplyv na také veľké množstvo rôznorodých procesov, ako mikrobióm. Preto liečba akejkoľvek choroby bez toho, aby sa bral do úvahy stav mikrobiómu pacienta, nie je dostatočne účinná.

Zloženie črevnej mikroflóry ovplyvňuje imunitný systém človeka

Napriek tomu, že primárnou funkciou tenkého čreva je trávenie a vstrebávanie potravy po tom, ako opustí žalúdok, črevo je súčasne aj najväčším imunitným orgánom ľudského tela. Preto je potrebné zabezpečovať správnu funkciu čreva udržiavaním správneho, vyváženého zloženia črevného mikrobiómu, ktorý bežne pozostáva z vyše 500 bakteriálnych druhov a váži až neuveriteľných jeden a pol kilogramu. Aké sú základné funkcie imunitného systému čreva? Je to predovšetkým tzv. bariérová a antimikrobiálna úloha imunitného systému zabezpečujúca ochranu pred preniknutím nežiaducich patogénnych mikroorganizmov z povrchu do vnútra organizmu. Nezanedbateľná je aj schopnosť črevnej mikroflóry produkovať antimikrobiálne toxické látky, ktoré zabíjajú votrelcov/choroboplodné zárodky a potenciálne patogény. Vzťah mikrobiómu a imunitného systému je teda pre zdravie človeka veľmi dôležitý. Baktérie, s ktorými žije človek v symbióze, modulujú imunitný systém tak, že posielajú imunitnému systému čreva signály o tom, či a ako sú schopné kontrolovať lokálny alebo systémový zápal a či svojou činnosťou zabránia tomu, či sa v organizme objaví, alebo neobjaví alergia alebo vyskytne autoimunitné ochorenie.

tráviaci trakt

Aké sú ďalšie funkcie črevnej mikroflóry?

Črevná mikroflóra ovplyvňuje pohyblivosť črevných stien a ich prekrvenie, ako aj pohyb všetkých látok, ktoré prenikajú z čreva do krvi alebo dokonca až do mozgu. Naviac črevný mikrobióm produkuje vzácny vitamín K, ktorý prispieva k zrážanlivosti krvi, ako aj vitamíny zo skupiny B, ktoré sú potrebné pre správne fungovanie celého organizmu. Popri aminokyselinách, ktoré tvoria základné stavebné jednotky bielkovín, črevná mikroflóra je zodpovedná za tvorbu hormónov regulujúcich ukladanie tukov. Je to neuveriteľné, ale v črevách vzniká väčšina endorfínov (tzv. hormónov šťastia), ktoré ovplyvňujú činnosť nervovmozgu. Neuropeptidy, ktoré sú tiež produktmi črevného mikrobiómu sú súčasťou mechanizmov, ktorými mikrobióm pôsobí na ľudský mozog. Podľa posledných výskumov črevné mikróby zásadne ovplyvňujú ľudskú psychiku a náladovosť človeka.

Čo sa stane s črevnou imunitou, ak je mikrobióm narušený?

Črevný mikrobióm často narušujú hnilobné baktérie pochádzajúce z nekvalitných potravín, ale aj infekcie, zmeny stravovacích návykov, poruchy pri vyprázdňovaní, nedostatok vlákniny v strave, stres, alkohol, fajčenie, hormonálna antikoncepcia, chemoterapia a rádioterapia, a niektoré lieky, napr. antibiotiká. Môžu to byť aj prehnané hygienické opatrenia zabraňujúce kontaminácii potravín, čo síce zabraňuje infekčným chorobám, ale na druhej strane zoslabuje imunitný systém, ktorý prakticky nemá čo stimulovať. Ukázalo sa, že na zloženie mikrobiómu má vplyv metabolizmus/spracovanie konkrétnej potraviny, ktorá môže negatívne ovplyvniť nielen imunitu, ale aj ukladanie tukov a vyvolať problémy tráviaceho traktu. Ešte vážnejšie sú dôsledky destabilizácie črevnej flóry nesprávnou životosprávou, ktorá sa stáva spoluvinníkom zodpovedným za ochorenia človeka na cukrovku 2. typu, srdcovo-cievne choroby, rakovinu, artritídu, výskyt depresii a aj autizmu u detí. Často majú tieto závažné diagnózy spoločný znak, a to chronický zápal v organizme, za ktorým „stojí“ disharmónia telesného mikrobiómu človeka.

Čo prospieva črevnému mikrobiómu?

Pri udržiavaní zdravej/„priateľskej“ črevnej mikroflóry je dôležité dodržiavať zásady správneho životného štýlu, a to zdravej výživy a náležitej pohybovej aktivity. Znamená to, že v jedálnom lístku je potrebné obmedziť niektoré potraviny (napr. biely cukor, lúpanú ryžu a výrobky z bielej múky obsahujúce lepok) a tiež znížiť konzumáciu mastného mäsa a potravín obsahujúcich nasýtené mastné kyseliny a nahradiť ich potravinami obsahujúcimi vlákninu. Nájdeme ju v ovocí, zelenine a celozrnných výrobkoch. Prospešné sú aj fermentované potraviny, obsahujúce laktobacily. Ak je strava čerstvá a konzumuje sa len v primeranom množstve bez prejedania sa, zvýši sa paleta „dobrých“ črevných baktérií s protizápalovými a metabolicky prospešnými účinkami, a tým aj náležité fungovanie tráviacich procesov. V prípade liečby antibiotikami, ktoré priateľskú mikroflóru oslabujú, je potrebné podávanie probiotík (živých bakteriálnych kmeňov, napr. laktobacilov a bifidobaktérií). Probiotické baktérie udržujú fyziologickú rovnováhu v tráviacom trakte, potláčajú rozmnožovanie hnilobných baktérií, ovplyvňujú vstrebávanie a tvorbu niektorých vitamínov a v konečnom dôsledku majú pozitívny účinok na imunitný systém človeka. Občas je vhodné prijímať aj prebiotiká (nestráviteľné zložky potravy, napríklad vlákninu), ktoré stimulujú rast a aktivitu prirodzeného črevného mikrobiómu človeka.

lieky

Liečba črevnej dysbiózy

V súčasnosti sa úspešne realizuje liečba dysbiózou podmienených chorôb tráviaceho traktu pomocou fekálnej mikrobiálnej transplantácie (FMT). FMT je pomerne nová metóda, ktorú vyvinuli odborníci v Austrálii. V podstate znamená transplantáciu mikrobiómu zdravej osoby prostredníctvom prenosu stolice do čreva pacienta. Táto metóda sa ukázala ako bezpečná a veľmi účinná pri liečbe opakovaného zápalu čreva vyvolaného klostrídiami, tzv. refraktérnej klostrídiovej kolitídy, pri ktorej liečba antibiotikami zlyháva. FMT sa od roku 1989 využíva aj na liečbu tzv. ulceróznej kolitídy, pričom úspešnosť liečby sa pohybuje okolo 50 %. 

Liečba pomocou FMT prebieha v niekoľkých krokoch. V prvom sa hľadá vhodný darca alebo viacerí darcovia. (Pacient si najčastejšie zvolí rodinného príslušníka). Darca musí podstúpiť vyšetrenia na vylúčenie infekčných ochorení, podobne ako pri darcovstve krvi. Ukázalo sa, že liečba, pri ktorej sa aplikuje stolica od viacerých darcov , tzv. „poolovaná“, je efektívnejšia ako liečba fekálnou transplantáciou stolice získanej od jedného darcu. Ak darca spĺňa požadované kritériá, prinesie do ambulancie vzorku stolice, ktorá sa špeciálnym spôsobom spracuje na transplantát a buď zamrazí, alebo sa priamo aplikuje pacientovi. Pri liečbe klostrídiovej kolitídy, t. j. zápalu steny hrubého čreva spôsobeného baktériou Clostridium difficile, sa obyčajne podáva hadičkou cez nos až do tenkého čreva, tzv. nazo-jejunálnou sondou. A pri liečbe ulceróznej kolitídy, t. j. choroby, ktorá spôsobuje zápal, opuch a bolesť vnútornej sliznice hrubého čreva alebo konečníka, sa aplikuje priamo do čreva pomocou kolonoskopu alebo rektálnych klyziem. Pri pokusoch využiť FMT aj pri liečbe Crohnovej choroby, t. j. nešpecifického črevného zápalu, sa nedosiahli jednoznačné výsledky, a preto zatiaľ nemožno považovať liečbu Crohnovej choroby, touto metódu za dostatočne účinnú.

V 20. storočí vedci objavili a preskúmali nový orgán človeka – mikrobióm, ktorý sa na rozdiel od mozgu, srdca, pľúc a ďalších anatomických štruktúr neskladá z ľudských buniek usporiadaných do tkanív, ale z biliónov mikroorganizmov, prevažne baktérií. Kvalitatívne a kvantitatívne vyrovnaný mikrobióm je akýmsi kontrolným zdravotným centrom človeka, ktorý rozhoduje o jeho dobrom zdraví. Kľúč k zachovaniu dobrého zdravia má však človek vo svojich rukách, pretože je to správna životospráva človeka, ktorá „odomyká dvere“ do kontrolného centra a v ňom zabezpečuje homeostázu ľudskej mikroflóry.

 

Autor: prof. RNDr. Eva Miadoková, DrSc. pre redakciu Veda na dosah, Katedra genetiky Prírodovedeckej fakulty Univerzity Komenského v Bratislave

Foto: z archívu prof. RNDr. Evy Miadokovej, DrSc.

Foto Joshua Lederberg:

https://news.stanford.edu/news/2008/february6/med-lederberg-020608.html

Uverejnila: VČ

 

Viac článkov o genetike od profesorky Evy Miadokovej na portáli VEDA NA DOSAH

Hore
Vedec roka 2018
QUARK
Prechod VK na VND - leto
fotografická súťaž TVT 2019
Noc výskumníkov 2019
kúpa časopisov jún 2016
Atmosféra počas TVT 2018
TVT 2019
Publikácie Veda v CENTRE
výtvarná súťaž TVT 2019
Aurelium - centrum vedy
TVT 2018 články
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
TAG Mládež
TAG QUARK
TAG Ženy vo vede
TAG Spektrum vedy
TAG Slovenská veda
TAG História
TAG Rozhovor
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Vyvolanie reakcie u detí hneď po pôrode zodpovedá „nastrašeniu“. Je to vrodený reflex, Morov reflex.
Zistite viac