Mikrobiom

Mikrobiom, mikrobiota – ogół mikroorganizmów występujących w danym siedlisku. Obejmuje bakterie, grzyby, archeony czy wirusy (wirom)[1]. Termin mikrobiom zaproponował Joshua Lederberg na przełomie XX i XXI w., nawiązując zwłaszcza do słów genom i proteom[2]. Ponieważ większość organizmów mikrobioty (zwłaszcza bakterie, grzyby mikroskopijne i niektóre protisty) niegdyś zaliczano do roślin, termin ten jest bliskoznaczny z terminem mikroflora. Z kolei w przypadku mikrobioty glebowej odnosi się w znacznej mierze do mikrofauny[3]. W odróżnieniu od pojęcia mikroflory fizjologicznej, obejmuje on wszystkie mikroorganizmy, nie wyłączając chorobotwórczych[2]. W pewnych ujęciach przyjmuje się rozróżnienie pojęć mikrobiota i mikrobiom, ten pierwszy termin stosując do zespołu organizmów, a drugi do zespołu ich genomów[4][5].

Fałszywe wynikiEdytuj

Spadające koszty sekwencjonowania DNA umożliwiły badanie mikrobiomów bez namnażania w kulturach hodowlanych. Jednakże odczynniki i zestawy używane do wykrywania DNA zawierają DNA jako zanieczyszczenia. Zanieczyszczenia te dominują w wynikach badań próbek o niskiej biomasie mikrobów. Zanieczyszczenia różnią się między różnymi laboratoriami przeprowadzającymi sekwencjonowanie. W wielu publikacjach o mikrobiomach, opartych na sekwencjonowaniu DNA, brak ocen zawartości DNA w próbkach i procedur identyfikujących zanieczyszczenia, w tym sekwencjonowania prób kontrolnych[6].

Mikrobiom człowiekaEdytuj

 
Escherichia coli i Bacillus cereus – dwa gatunki mogące wchodzić w skład ludzkiego mikrobiomu, pierwszy zwykle nieszkodliwy, drugi często wywołujący zatrucia pokarmowe

Jednym ze środowisk zasiedlanych przez mikroorganizmy jest ciało człowieka oraz światło jego przewodu pokarmowego czy dróg oddechowych. Specyficzne mikrobiomy można wyróżnić m.in. dla jamy ustnej, jamy nosowej, uszu, pochwy, jelit, płuc[7], włosów i skóry[8]. Według szacunków mikrobiom u zdrowego dorosłego człowieka może osiągać masę 2-3 kg[9], a na jedną komórkę ludzką może przypadać 1-10 komórek mikroorganizmów[1].

ZnaczenieEdytuj

  • pomoc w trawieniu pokarmu[1],
  • produkcja witamin[1],
  • udostępnianie minerałów[1],
  • rozkładanie toksyn[1],
  • ochrona przed chorobami (wypieranie bądź zabijanie patogenów)[1],
  • wpływ na węch[1],
  • pomoc w sterowaniu wzrostem organów[1],
  • szkolenie komórek systemu immunologicznego[1],
  • wpływ na rozwój układu nerwowego (być może także na zachowanie)[1].

Czynniki od których zależy skład mikrobiomuEdytuj

Każdy człowiek ma charakterystyczny dla siebie mikrobiom[1]. Jego skład zależy od (przykłady):

Mikrobiom przewodu pokarmowegoEdytuj

Zobacz także: Flora bakteryjna jelita

Pionierem badań nad bakteriami bytującymi w przewodzie pokarmowym był Arthur Isaac Kendall[1].

Najczęściej podaje się, że liczba komórek mikroorganizmów (prokariotycznych i eukariotycznych) zasiedlających ludzki przewód pokarmowy jest mniej więcej dziesięciokrotnie większa niż liczba jego własnych, budujących organizm, komórek[10]. Jednak nowsze szacunki[11] sugerują, że uwzględniając komórki krwi i niejednolitą kolonizację przewodu pokarmowego należy przyjąć stosunek komórek ludzkich do bakteryjnych jako około jeden do jednego. Daje to w zależności od tego czy metoda szacowania przyjmuje równomierną kolonizację przewodu pokarmowego, czy uwzględnia znaczną różnicę pomiędzy jego początkowym, a końcowym odcinkiem od 3,8·1013 do 1014 mikroorganizmów o liczbie genów co najmniej stokrotnie większej niż liczba genów człowieka. Geny te są zaangażowane m.in. w metabolizm węglowodanów, aminokwasów, ksenobiotyków, wytwarzanie witamin i izoprenoidów, jak również metanogenezę. Według niektórych badaczy uzasadnia to stwierdzenie, że ludzki metabolizm należy traktować jako zespół, na który składa się zarówno metabolizm samego człowieka, jak i jego mikrobiomu, czyli stosować podejście metagenomowe, a więc odnoszące się do zespołu genomów[4].

Jednym z większych przedsięwzięć badawczych związanych z mikrobiomem jest Human Microbiome Project (HMP) finansowany przez amerykańskie Narodowe Instytuty Zdrowia. Bywa on metaforycznie określany jako drugi Projekt poznania ludzkiego genomu, gdyż jest w pewnym sensie jego uzupełnieniem. Ma on na celu zbadanie związków między mikrobiomami ludzi a ich stanem zdrowia (jako że jest projektem medycznym), a jednocześnie wypracowanie standardów tego typu badań. Ma to usprawnić projektowanie badań dotyczących zmienności mikrobiomu w zależności od miejscowej populacji, genotypu, chorób, wieku, odżywienia, leczenia i środowiska[12].

Różne trwałe układy mikrobiomów jelitowych różnicujące gospodarzy określane są jako enterotypy. Warunki, od których zależy ogólny skład enterotypu są nieznane – jest on niezależny od takich czynników jak wiek, BMI czy płeć, jednak niektóre jego składniki mogą być z nimi związane[13]. Przykładowo, jeden z elementów enterotypu zależy bezpośrednio od długoterminowej diety – u osób odżywiających się pokarmem o dużej zawartości białka i tłuszczu zwierzęcego (mięsnym) charakterystycznym elementem mikrobiomu kałowego jest bakteria Bacteroides, podczas gdy u osób odżywiających się pokarmem o dużej zawartości węglowodanów – Prevotella. Doraźna zmiana diety wpływa dość szybko (w ciągu doby) na szczegółowy skład mikrobiomu, podczas gdy charakterystyczny enterotyp pozostaje stały przez co najmniej 10 dni[14].

W przypadku zakażenia jelit przez Clostridium difficile jedną z metodą leczenia jest przeszczep fekalny polegający na wprowadzeniu do jelit właściwego mikrobiomu od zdrowego dawcy. W świetle aktualnej wiedzy medycznej, przeszczep mikroflory jelitowej od żywego, zdrowego dawcy jest najbardziej skuteczną i najbezpieczniejszą z opcji terapeutycznych w przypadku nawracających lub opornych na leczenie antybiotykami zakażeń Clostridium difficile[15]

Mikrobiom a immunoterapia nowotworowaEdytuj

Na stan zdrowia i choroby ludzkiego organizmu może mieć wpływ relacja między komórkami własnymi, a bytującymi w ciele mikroorganizmami. Metagenom reguluje proces zapoczątkowujący powstawanie nowotworów, ich rozwój i odpowiedź na terapię. Symbioza między nabłonkowymi barierami ludzkiego organizmu, a ekosystemem mikroorganizmów ma znaczący wpływ na system odpornościowy, wpływając na wyniki terapii nowotworów u pacjentów onkologicznych. Skuteczność immunoterapii z użyciem przeciwciał regulujących system odpornościowy może być zmniejszona przy stosowaniu antybiotyków[16].

Mikrobiom innych organizmówEdytuj

Przykłady znaczenia u zwierząt:

Przykłady znaczenia u roślin:

  • kukurydza potrafi wykorzystać mikrobiom gąsienic jej szkodnika (Spodoptera frugiperda) do spowodowania uszkodzeń jelita[23][24],
  • duża liczba bakterii na pszenicy ozimej poprawia jej plonowanie i ogranicza grzybice (septoriozy)[25],
  • grzyby (Cryptococcus, Rhodotorula) siewek pszenicy wspomagają jej odporność czynną[25].

Mikrobiomy innych poziomów organizacjiEdytuj

Przedsięwzięcie naukowe polegające na zebraniu danych z zakresu mikrobiologii środowiskowej określane jest jako Earth Microbiome Project (dosłownie: Projekt ziemskiego mikrobiomu). Został on zaproponowany w lipcu 2010 roku na konferencji Terabase Metagenomics w amerykańskim kurorcie Snowbird. Pierwsze spotkanie tego projektu miało miejsce w Argonne National Laboratory 6 października 2010 roku i miało na celu przedyskutowanie priorytetów wyboru próbek do analizy (sekwencjonowania materiału genetycznego i analiz metagenomu)[26].

Zobacz też: Biom.

PrzypisyEdytuj

  1. a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab ac Ed Yong, Mikrobiom. Najmniejsze organizmy, które rządzą światem, wyd. I, Kraków: Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, 2018, s. 11, ISBN 978-83-233-4358-5.
  2. a b Joshua Lederberg, Alexa T. McCray. 'Ome Sweet 'Omics – A Genealogical Treasury of Words. „The Scientist”. 15 (7), s. 8, 2 kwietnia 2001 (ang.). [zarchiwizowane z adresu]. 
  3. Mikrobiota (pol.). W: Słownik terminów biologicznych [on-line]. pwn.pl. [dostęp 2012-03-28].
  4. a b Steven R. Gill i inni, Metagenomic Analysis of the Human Distal Gut Microbiome, „Science”, 312 (5778), 2006, s. 1355–1359, DOI10.1126/science.1124234, ISSN 0036-8075, PMID16741115, PMCIDPMC3027896 (ang.).
  5. Margit Kossobudzka "Człowiek na bakterie. Jak czerpać energię i zdrowie z jelit"., 2018 Warszawa, ​ISBN 978-83-268-2690-0​, str. 29 (ramka pt. Mikrobiom czy mikrobiota? Jaka to różnica?)
  6. Susannah J Salter, Michael J Cox, Elena M Turek, Szymon T Calus, William O Cookson, Miriam F Moffatt, Paul Turner, Julian Parkhill, Nicholas J Loman, Alan W Walker. Reagent and laboratory contamination can critically impact sequence-based microbiome analyses. „BMC Biology”. 12 (87), 2014. DOI: 10.1186/s12915-014-0087-z. 
  7. Faner R, Sibila O, Agustí A, et al. The microbiome in respiratory medicine: current challenges and future perspectives. „Eur Respir J”, 2017. DOI: 10.1183/13993003.02086-2016 (ang.). 
  8. Kellyn S. Betts, A Study in Balance: How Microbiomes Are Changing the Shape of Environmental Health, „Environmental Health Perspectives”, 119 (8), National Institute of Environmental Health Science, 2011, a340–a346, DOI10.1289/ehp.119-a340, PMID21807598, PMCIDPMC3237378 (ang.).
  9. Czym jest mikrobiom i jak wpływa na zdrowie naszych dzieci? - Lactoral, www.lactoral.pl [dostęp 2017-03-16] (pol.).
  10. Dwayne C. Savage. Microbial Ecology of the Gastrointestinal Tract. „Annual Review of Microbiology”. 31, s. 107–133, październik 1977. DOI: 10.1146/annurev.mi.31.100177.000543. ISSN 0066-4227 (ang.). 
  11. Ron Sender, Shai Fuchs, Ron Milo, Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body, „PLOS Biology”, 14 (8), 2016, e1002533, DOI10.1371/journal.pbio.1002533, ISSN 1545-7885 [dostęp 2018-02-20] (ang.).
  12. The NIH HMP Working Group i inni, The NIH Human Microbiome Project, „Genome Research”, 19, 2009, s. 2317–2323, DOI10.1101/gr.096651.109, PMID19819907, PMCIDPMC2792171 (ang.).
  13. Manimozhiyan Arumugam i inni, Enterotypes of the human gut microbiome, „Nature”, 473, 2011, s. 174–180, DOI10.1038/nature09944, ISSN 0028-0836, PMID21508958, PMCIDPMC3728647 (ang.).
  14. Gary D. Wu i inni, Linking Long-Term Dietary Patterns with Gut Microbial Enterotypes, „Science”, 334 (6052), 2011, s. 105–108, DOI10.1126/science.1208344, PMID21885731, PMCIDPMC3368382 (ang.).
  15. Dimitri Drekonja, Jon Reich, Selome Gezahegn, Nancy Greer, Aasma Shaukat, Roderick MacDonald, Indy Rutks, Timothy J. Wilt. Fecal Microbiota Transplantation for Clostridium difficile Infection: A Systematic Review. „Annals of Internal Medicine”. 162 (9), s. 630-638, 2015. DOI: 10.7326/M14-2693 (ang.). 
  16. Laurence Zitvogel i inni, The microbiome in cancer immunotherapy: Diagnostic tools and therapeutic strategies, „Science”, 359 (6382), 2018, s. 1366-1370, DOI10.1126/science.aar6918, PMID29567708.
  17. J.J. Soler i inni, Symbiotic Association between Hoopoes and Antibiotic-Producing Bacteria That Live in Their Uropygial Gland, „Functional Ecology”, 22 (5), 2008, s. 864–871, ISSN 0269-8463, JSTOR20142881 [dostęp 2020-03-28].
  18. Matías J. Cafaro i inni, Specificity in the symbiotic association between fungus-growing ants and protective Pseudonocardia bacteria, „Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences”, 278 (1713), 2011, s. 1814–1822, DOI10.1098/rspb.2010.2118, ISSN 0962-8452, PMID21106596, PMCIDPMC3097832 [dostęp 2020-03-28] (ang.).
  19. Rocky Chau, John A. Kalaitzis, Brett A. Neilan, On the origins and biosynthesis of tetrodotoxin, „Aquatic Toxicology”, 104 (1-2), 2011, s. 61–72, DOI10.1016/j.aquatox.2011.04.001 [dostęp 2020-03-28] (ang.).
  20. S.H. Chung i inni, Herbivore exploits orally secreted bacteria to suppress plant defenses, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”, 110 (39), 2013, s. 15728–15733, DOI10.1073/pnas.1308867110, ISSN 0027-8424, PMID24019469, PMCIDPMC3785742 [dostęp 2020-03-28] (ang.).
  21. Paul V. Dunlap, Masaru Nakamura, Functional morphology of the luminescence system of Siphamia versicolor (Perciformes: Apogonidae), a bacterially luminous coral reef fish, „Journal of Morphology”, 272 (8), 2011, s. 897–909, DOI10.1002/jmor.10956 [dostęp 2020-03-28] (ang.).
  22. Naofumi Yoshida i inni, Chaperonin turned insect toxin, „Nature”, 411 (6833), 2001, s. 44–44, DOI10.1038/35075148, ISSN 0028-0836 [dostęp 2020-03-28] (ang.).
  23. Rośliny bronią się przed owadami, uszkadzając im jelita, Nauka w Polsce, 2 sierpnia 2019 [dostęp 2020-03-28].
  24. Charles J. Mason i inni, Plant defenses interact with insect enteric bacteria by initiating a leaky gut syndrome, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”, 116 (32), 2019, s. 15991–15996, DOI10.1073/pnas.1908748116, ISSN 0027-8424, PMID31332013, PMCIDPMC6689943 [dostęp 2020-03-28] (ang.).
  25. a b Katarzyna Kucharska, Urszula Wachowska, Mikrobiom liści roślin uprawnych, „Postępy Mikrobiologii”, 53 (4), 2014, s. 352–359 [dostęp 2020-03-28].
  26. Jack A. Gilbert i inni, The Earth Microbiome Project: Meeting report of the “1st EMP meeting on sample selection and acquisition” at Argonne National Laboratory October 6th 2010, „Standards in Genomic Sciences”, 3 (3), Genomic Standards Consortium, 2010, s. 249–253, DOI10.4056/aigs.1443528, PMID21304728, PMCIDPMC3035312 (ang.).