Вступ до мікробіоти кишечника людини

Елізабет Четбі

Програма охорони здоров'я кишечника та безпека харчових продуктів, Інститут досліджень харчових продуктів, Норвічський дослідницький парк, Норвіч NR4 7UA, Великобританія.

Наталі Юдж

Анотація

Шлунково-кишковий тракт людини містить складну та динамічну популяцію мікроорганізмів - мікробіоти кишечника, які справляють помітний вплив на господаря під час гомеостазу та захворювань. Множинні фактори сприяють встановленню мікробіоти кишечника людини в дитинстві. Дієта вважається одним з головних факторів формування мікробіоти кишечника протягом усього життя. Кишкові бактерії відіграють вирішальну роль у підтримці імунного та метаболічного гомеостазу та захисті від патогенних мікроорганізмів. Змінений бактеріальний склад кишечника (дисбіоз) асоціюється з патогенезом багатьох запальних захворювань та інфекцій. Інтерпретація цих досліджень ґрунтується на кращому розумінні міжособистісних варіацій, неоднорідності бактеріальних спільнот вздовж та поперек тракту ШКТ, функціональної надмірності та необхідності розрізнення причини та наслідків у станах дисбіозу. Цей огляд підсумовує наше сучасне розуміння розвитку та складу мікробіоти GI людини та її впливу на цілісність кишечника та здоров'я господаря, що лежить в основі необхідності механістичних досліджень, зосереджених на взаємодії хазяїн-мікроб.

Вступ

Шлунково-кишковий тракт людини (ШКТ) являє собою один з найбільших інтерфейсів (250–400 м 2) між хазяїном, факторами навколишнього середовища та антигенами в організмі людини. За середній час життя через шлунково-кишковий тракт людини проходить близько 60 тонн їжі разом з великою кількістю мікроорганізмів із навколишнього середовища, які становлять величезну загрозу для цілісності кишечника [1]. Колекція бактерій, архей та еукарії, що колонізує шлунково-кишковий тракт, називається «мікробіотою кишечника» і протягом тисячоліть спільно розвивалася з господарем, утворюючи складні та взаємовигідні стосунки [2,3]. За оцінками, кількість мікроорганізмів, що населяють шлунково-кишковий тракт, перевищує 10 14, що охоплює в 10 разів більше бактеріальних клітин, ніж кількість клітин людини, і в 100 разів більше геномного вмісту (мікробіома) як геном людини [2,4 ]. Однак нещодавно переглянута оцінка припустила, що співвідношення клітина людина: бактерія насправді ближче до 1: 1 [5]. В результаті величезної кількості бактеріальних клітин в організмі, хазяїн і мікроорганізми, що населяють його, часто називають «суперорганізмом» [4,6].

Мікробіота пропонує багато переваг для господаря завдяки ряду фізіологічних функцій, таких як посилення цілісності кишечника або формування епітелію кишечника [7], збирання енергії [8], захист від патогенних мікроорганізмів [9] та регулювання імунітету господаря [10]. Однак ці механізми можуть бути порушені внаслідок зміни мікробного складу, відомого як дисбіоз. Завдяки дедалі вдосконаленим методам профілювання та характеристики складних екосистем, що розробляються, роль мікробіоти у великій кількості кишкових та позакишкових захворювань стає стабільно очевидною [11,12]. Цей огляд узагальнює наше сучасне розуміння розвитку та складу мікробіоти GI людини та її впливу на цілісність кишечника та здоров'я господаря.

Склад і будова мікробіоти шлунково-кишкового тракту людини

Мікробіота кишечника не така різноманітна, як мікробні спільноти з деяких інших ділянок тіла, і виявляє високий ступінь функціональної надмірності [19–21]. Нещодавно був отриманий великий каталог функціональної здатності мікробіома кишечника людини, де було виявлено 9 879 896 генів за допомогою комбінації 249 нових секвенуваних та 1018 опублікованих зразків [18]. Дослідження виявило наявність специфічних для країни мікробних ознак, припускаючи, що склад мікробіоти кишечника визначається чинниками навколишнього середовища, такими як дієта, а також, можливо, і генетика господаря [18]. Однак слід також зазначити, що мікробіоти, що відрізняються за складом, можуть мати певний ступінь функціональної надмірності, отримуючи подібні профілі білка або метаболіту [22]. Ця інформація є вирішальною для розробки терапевтичних стратегій модифікації та формування мікробної спільноти при захворюваннях.

Розвиток мікробіоти ШКТ людини

Біогеографія мікробіоти людини в шлунково-кишковому тракті

Склад мікробіоти в шлунково-кишковому тракті відображає фізіологічні властивості даної області і розшарований як на поперечній, так і на поздовжній осі [39]. На щільність і склад мікробіоти впливають хімічні, харчові та імунологічні градієнти вздовж кишечника. У тонкому кишечнику, як правило, високий рівень кислот, кисню та протимікробних препаратів, а також короткий час транзиту [40]. Ці властивості обмежують ріст бактерій, так що вважається, що виживають лише швидко зростаючі факультативні анаероби зі здатністю прилипати до епітелію/слизу [40]. У мишей у мікробному співтоваристві тонкої кишки переважно переважають Lactobacillaceae [41]. На відміну від цього, стан товстої кишки підтримує щільну і різноманітну спільноту бактерій, переважно анаеробів, які здатні утилізувати складні вуглеводи, які не перетравлюються в тонкому кишечнику. В товстій кишці було показано, що домінують Prevotellaceae, Lachnospiraceae та Rikenellaceae [40,41].