Склад і функції кишкової флори - Журнал Galenus
Доктор Клаудія Михаела Василю, фахівець з гастроентерології,
Міська лікарня Панчю,
Клініка Регіни Марії, Бухарест
Недавні дослідження підкреслюють ключову роль кишкової флори не тільки з точки зору травлення, але і для метаболізму. Здається, мікробіота бере участь у ряді станів, від ожиріння до виразкового коліту, тому краще розуміння функцій мікробіоти може відкрити нові терапевтичні можливості.
Ключові слова: кишкова флора, мікробіота, мікробіом
Недавні дослідження наголошували на ключовій ролі кишкової флори не лише у травленні, а й у метаболізмі. Здається, мікробіота бере участь у ряді захворювань, від ожиріння до виразкового коліту, тому розуміння функцій мікробіоти може відкрити нові терапевтичні можливості.
Ключові слова: кишкова флора, мікробіота, мікробіом
Визначення
Кишкова флора або шлунково-кишкова мікробіота - це складна спільність мікроорганізмів, які живуть усередині травного тракту людини [1] та тварин. Кишкова флора людини містить найбільшу кількість бактерій порівняно з іншими ділянками тіла. Кишкова флора повністю розвивається у віці до 2 років [2], разом з епітелієм та слизовим бар’єром, останні два толерантні і навіть підтримують мікробіоту, яка діє як бар’єр проти патогенних мікроорганізмів [4,5]. Мікроорганізми приносять користь господареві, ферментуючи в раціоні енергетичні субстрати, такі як рослинна клітковина, та тренуючи імунну систему за допомогою кінцевих продуктів метаболізму, таких як пропіонат та ацетат [3].
Кишкові бактерії також корисні для синтезу вітамінів групи В і К, а також для їх ролі в метаболізмі жовчних кислот, стеринів та ксенобіотиків [2]. Коротколанцюгові жирні кислоти та інші речовини, що утворюються під дією кишкової флори, діють як гормони, сама кишкова флора поводиться як ендокринний орган [7]; Показано, що порушення флори відповідає за розвиток запальних та аутоімунних захворювань [1,6].
Мікробіота перешкоджає росту шкідливих видів бактерій у кишечнику [4], сприяє розвитку кишечника та виробляє гормони, які втручаються в стимуляцію накопичення жиру в організмі [2]. Важкі зміни та дисбаланс мікробіоти (або її геному) та мікробіома пов’язані з ожирінням [9]. За певних умов деякі види кишкової флори можуть хворіти на організм господаря, викликаючи інфекції або збільшуючи ризик раку господаря [7,12].
Склад кишкової флори
а) залежно від сегмента травного тракту
Склад кишкової мікробіоти змінюється протягом усього життя, під впливом змін, що відбуваються в харчуванні, а також у стані здоров’я [3,7]. Цей склад також змінюється залежно від сегмента травного тракту. Невелика кількість видів бактерій присутні в шлунку та тонкому кишечнику [1,3]. Через кисле шлункове середовище більшість мікроорганізмів не можуть вижити. Основними бактеріальними видами, що колонізують шлунок, є стрептококи, стафілококи, лактобактерії, пептострептококи та деякі види дріжджів [2] .
Тонка кишка містить лише сліди мікроорганізмів, оскільки вона знаходиться в безпосередній близькості від шлунка. Бактерії, які переважно зустрічаються на цьому рівні, це коки та грампозитивні бацили [2]. Однак у дистальному відділі тонкої кишки лужне середовище дозволяє існувати грамнегативні бактерії, такі як Enterobacteriaceae [3]. Флора тонкої кишки підтримує свої функції, забезпечуючи регуляторні сигнали, що дозволяють її розвиток.
На рівні товстої кишки ми знаходимо найбагатшу мікробну екосистему в організмі людини, що містить до 10 клітин на грам вмісту кишечника [12] і з 300 до 1000 різних видів бактерій [1,2]. Близько 99% флори товстої кишки представлено 30-40 видами [7], Faecalibacterium prausnitzii є найпоширенішим видом у здорових дорослих [3]. Кишкові бактерії становлять до 60% ваги калу [2].
Деякі приклади бактерій, які зазвичай зустрічаються в товстій кишці: Klebsiella sp.: 40-80%, Clostridium perfrigens: 25-35%, Bifidobacterium bifidum: 30-70%, Lactobacillus: 20-60%, Enterococcus faecalis: 100%, Peptococcus, Пептостретокок, золотистий стафілокок: 30-50%, Enterobacter sp.: 40-80%, Bacteroides fragilis.
Хоча гриби, віруси (бактеріофаги) та археї є частиною флори кишечника, про їх діяльність відомо мало [1]. На 99% мікробіота і кал товстої кишки складаються з суто анаеробних бактерій, таких як Bacteroides та Bifidobacterium [3]. Фактори, що порушують цю мікробну популяцію, представлені антибіотиками, стресом та паразитами [2]. Навіть якщо 99% мікробіоти є анаеробною, при перевірці спостерігається висока щільність аеробних бактерій [2]. За підрахунками, кишкова флора містить у сотні разів більше генів, ніж геном людини [12]. Мікробні популяції варіюються в залежності від особини [5,12].
б) залежно від видів бактерій
Чотири домінуючі бактеріальні скупчення в кишечнику людини - це Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria та Proteobacteria [2]. Більшість бактерій належать до родів Bacteroides, Clostridium, Faecalibacterium [7,3], Eubacterium, Ruminococcus, Peptococcus, Peptostreptococcus та Bifidobacterium. Інші роди, такі як Escherichia та Lactobacillus, присутні, але в меншій кількості [7]. Рід Bacteroides становить близько 30% усіх бактерій в кишечнику, що припускає, що він відіграватиме важливу роль для людського організму [3].
Виявлені в кишечнику роди грибів представлені Candida, Saccharomyces, Aspergillus, Penicillium, Rhodotorula, Trametes, Pleospora, Sclerotinia, Bullera та Galactomyces [1,2]. Родоторулу часто спостерігають у пацієнтів із запальними захворюваннями кишечника, а Candida - у хворих на гепатит та цироз печінки з вірусом В [1]. Подібні археї організми мають важливе значення в обміні продуктів бактеріального бродіння. Дослідження флори кишечника використовується для вилучення нуклеїнових кислот із зразків бактерій з калом, особливо послідовностей генів 16S рРНК.
в) залежно від віку
Різноманітність складу мікробіоти у зразках фекалій значно вища у дорослих, ніж у дітей [3]. У дорослому мікробіомі спостерігається велика поширеність ферментів, що беруть участь у ферментації та метаболізмі аргініну, глутамату, аспартату та лізину. Навпаки, у мікробіомі немовляти домінуючими є ті ферменти, які беруть участь у метаболізмі цистеїну та процесах бродіння [5].
Дослідження виявили зв'язок між різними родами бактерій у мікробіоті та споживанням поживних речовин. Мікрофлора в основному складається з трьох ентеротипів: Prevotella, Bacteroides та Ruminococcus. Спостерігалася зв'язок між концентрацією кожної мікробної спільноти та дієтою. Наприклад, Превотелла пов’язана із споживанням простих вуглеводів та цукрів, тоді як Бактероїди - з білком, амінокислотами та насиченими жирами. Спеціалізовані бактерії, які розщеплюють муцин, виживають завдяки виведенню вуглеводів з хазяїна [3]. Певний ентеротип буде домінувати залежно від дієти [2].
У дітей, які недоїдають, буде менш диверсифікована кишкова флора, порівняно зі здоровими, а зміни мікробіому через дефіцит поживних речовин можуть бути причиною неправильного харчування [5,3]. У дітей, які страждають від недоїдання, є потенційно патогенна флора, а також більше дріжджів у роті та горлі.
г) залежно від географічного походження пацієнта
Склад мікробіома також залежить від географічного походження пацієнтів. Варіації вмісту превотелли, ваги гена уреази та генів, що кодують синтез та деградацію глутамату, а також інших ферментів, що беруть участь у деградації амінокислот або біосинтезу вітамінів, показали значні відмінності між пацієнтами в США, Малаві та корінних американців. [7].
Наприклад, американське населення має репрезентативний відсоток ферментів, що розкладають глутамін та ферменти, що беруть участь у біосинтезі вітамінів та ліпоєвої кислоти в мікробіоті; Популяції Малаві та корінних американців мають вищий відсоток ферментів, що беруть участь у синтезі глутамату, а також надмірну кількість альфа-амілази. Оскільки люди в Сполучених Штатах мають дієту з підвищеним вмістом жирів, дієта, мабуть, є головним фактором, що визначає бактеріальний склад кишечника [3].
Деякі дослідження показали відмінності мікробіоти європейських дітей у порівнянні з дітьми в сільській Африці. Дієта африканських дітей бідна на тваринні білки та жири, але багата на рослинні білки та полісахариди, кишкова флора переважає Bacteroidetes, тоді як у мікробіоти європейських дітей домінує рід Firmicutes і демонструє помітне зменшення біорізноманіття. Різний склад та збільшення біорізноманіття кишкової флори африканських популяцій сприяють перетравленню рослинних полісахаридів та зменшенню частоти неінфекційних захворювань товстої кишки.
Колонізація кишкового тракту
Шлунково-кишковий тракт плода є стерильним, хоча може відбутися мікробна колонізація, як продемонструвало дослідження, в якому види Lactobacillus та Bifidobacterium були присутніми в біоптатах плаценти [2,4]. Під час та відразу після народження бактерії матері та навколишнього середовища колонізують кишечник дитини [5]. Початкові популяції бактерій, як правило, є факультативно анаеробними організмами, які знижують концентрацію кисню в кишечнику і, таким чином, дозволяють виключно анаеробним бактеріям, таким як Bacteroides, Actinobacteria і Firmicutes, колонізувати кишечник і рости на цьому рівні [7].
Немовлята на грудному вигодовуванні мають флору, в якій переважають біфідобактерії, можливо, через вміст у грудному молоці факторів росту цих бактерій та пребіотиків. Мікробіота немовлят на грудному вигодовуванні має більшу різноманітність, з вищими концентраціями ентеробактерій, ентерококів, біфідобактерій, бактеріодів та клостридій [2].