Микробиота человека.. Лекция 4 Патогены Нормобиота Внутри каждого микробиома есть свои сообщества, называемые микробиотой
 Скачать 1.32 Mb.
|
|
Микробиота человека. Возрастные особенности. Дисбиоз Кафедра микробиологии Лекция № 4 Патогены Нормобиота Внутри каждого микробиома есть свои сообщества, называемые «микробиотой». Микробиом и микробиота: что такое и в чем разница? Человек - это целая система, в которую входят не только собственные органы, ткани и клетки, но и многокомпонентное сообщество бактерий, археев, вирусов, грибов и простейших. Называется такая система «микробиом». В понятие микробиом входят и все гены микроорганизмов. Микробиота – это все микроорганизмы обитающие в условно нестерильных участках макроорганизма Дисбактериоз – превалирование патогенной флоры над нормобиотой Патогены Нормобиота На определённых этапах жизни, является важным фактором защиты, роста и развития организма. Так, например, Akkermansia muciniphila – это главный деструктор О- гликанов материнского молока у детей, а во взрослом периоде – фактор развития болезни Альцгеймера. Патогенная (условно) флора Постоянная, важная структурная единица макроорганизма. Микробиота живёт своей жизнью, но способна синтезировать ряд веществ, опосредованно влияющих на защиту, рост и развитие организма человека. Нормобиота Баланс в микробиоте – залог жизни человека. Виды микробиоты Облигатная, 95 % (постоянная = резидентная = аутохтонная) Микроорганизмы максимально приспособлены к существованию в организме хозяина . Транзиторная, 5% ( случайная = аллохтонная) Микроорганизмы не способны к длительному существованию в макро- организме. Их присутствие определяется поступлением микробов из окружающей среды и состоянием иммунной системы. Вся систем находится в балансе: бактерий настолько много и они так хорошо знают свои функции, что мирно сосуществуют вместе друг с другом и человеком, в том числе. Патогены Нормобиота Заселяемые биотопы ( в этих биотопах бактерии живут, размножаются и выполняют определенные функции): Кожа Воздухоносные пути ЖКТ Наружные половые органы, уретра Наружный слуховой проход Конъюктива Стерильные ткани и полости (в этих биотопах в норме бактерии отсутствуют, выделение бактерий из них имеет диагностическое значение ): Кровь, ликвор, лимфа Перитонеальная и плевральная жидкости Полость матки, трубы, мочевой пузырь Суставная, плевральная жидкости Сердце, паренхима печени и почек Головной мозг В организме человека выделяют биотопы, населённые микроорганизмами, а также стерильные ткани и полости. Патогены Нормобиота Микробиом распределен в нашем организме неравномерно. Распределение микробиома по топографии: 18-20% – кожа 20 % – полость рта 15-16% –дыхательные пути до 40% – ЖКТ 2- 4% – урогенитальный тракт у мужчин и примерно 10 % – вагинальный биотоп у женщин Свыше 43 триллионов клеток Более 3 миллионов генов Более 1000 видов только бактерий Мощнейший геном, превосходящий человеческий в 150 раз, и способный формировать эпигенетический контроль. Геном Микробиота состоит из бактерий, грибов, вирусов, прионов и других микроорганизмов Видовое разнообразие Микробиота количественно превосходит в 1,3 раза число клеток человека Численность Наиболее значимая часть микробиоты расположена в ЖКТ Доминируют в микробиоте – бактерии, закреплённые здесь с помощью биопленки Вес её в данном ареале составляет около 3 – 3,5 кг. Патогены Нормобиота Микробиота кишечника проходит определенные этапы развития и созревания Ранее считалось, что плод рождается полностью стерильным. Однако, проведенные исследования показали, что в плаценте, околоплодных водах, пуповинной крови, меконии имеются бактерии родов Enterococcus, Escherichia, Lactococcus, Streptococcus, Lactobacillus Патогены Нормобиота Активное заселение кишечника происходит после рождения. В этом процессе выделяют четыре временны́е фазы: 1-я фаза длится от момента рождения до 2 нед. Спектр микроорганизмов представлен в основном стрептококками и кишечной палочкой 2-я фаза зависит от вида вскармливания и длится до введения в рацион прикорма. Происходит заселение бифидо- и лактобактериями , а также в небольших количествах представителями родов Clostridium и Bacteroides 3-я фаза начинается с момента введения прикорма и длится до завершения грудного вскармливания. Возрастает численность представителей рода Bacteroides . При введении в рацион твердой пищи и снижении грудного молока растет количество бактероидов и анаэробных грамположительных кокков ( пептококков и пептострептококков ). 4-я фаза окончания грудного вскармливания. Характеризуется стабильностью микробного состава, который сохраняется в течение всей жизни индивида. Патогены Нормобиота На формирование микробиоты кишечника большое влияние оказывает способ родоразрешения Кишечная микробиота при естественном родоразрешении представлена бактериями Escherichia coli , другими энтеробактериями, энтерококками и стафилококками. При оперативном родоразрешении новорожденный в первую очередь встречается с микрофлорой кожных покровов матери и медицинского персонала; это в основном бактерии рода Propionibacterium, Corynebacterium и Streptococcus. Бактериальный состав микробиоты разнообразен, но самыми стойкими и доминирующими типами являются: Нормобиота Их количественное соотношение меняется в течении жизни Bacteroidetes Actinobacteria Firmicutes Значимый представитель - Bifidobacterium . Actinobacteria You can simply impress your audience and add a unique zing and appeal to your Presentations. Firmicutes Text Here Bacteroidetes Text Here Наиболее значимые – B. fragilis, B. vulgatum и т. д. Наиболее значимые – класс Bacilli – Lactobacillus; класс Clostridia. Отражение изменения количества в процессе роста организма. Колебания микробиоты Доминирующий тип бактерий в микробиоте BACTEROIDES (Грам- анаэробы, 30 %) FIRMICUTES (Грам+, более 50%) До прихода к «власти» Bacteroides, этот тип занимал значительную нишу в кишечнике с помощью ряда метаболических особенностей. ACTINOBACTERIA (Грам +, более 1 %) Главный представитель в этом типе - Bifidobacterium. Это один из первичных микробных пластов в кишечнике. КАЧЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ МИКРОБИОТЫ ЖКТ Bacteroides Thetaiotaomicrom Bacteroides Uniformis Bacteroides Vulgatus Bacteroides Caccae Bacteroides Faecis Bacteroides Dorei Bacteroides Nordii ДАННЫЕ С БИОПТАТОВ Bacteroides Первичный доминант микробиоты кишечника Vaga, S., Lee, S., Ji, B. et al. Compositional and functional differences of the mucosal microbiota along the intestine of healthy individuals. Sci Rep 10, 14977 (2020). 1 2 3 1 2 3 Прямая кишка Подвздошная кишка Поперечная ободочная кишка: Actinobacteria Это один из первичных микробных пластов в кишечнике ребенка, который обеспечивает почти полный функциональный набор от взрослой нормобиоты. С течением жизни их количественный состав почти не изменяется, что не скажешь о качественном. Wong, Chyn Boon & Odamaki, Toshitaka & Xiao, Jin-Zhong. (2020). Insights into the reason of Human-Residential Bifidobacteria (HRB) being the natural inhabitants of the human gut and their potential health-promoting benefits. FEMS microbiology reviews. 44. 10.1093/femsre/fuaa010. Трансформация микробиоты - постоянный процесс Происходит заселение новых бактерий, смена доминирующих типов или внутриструктурного состава Снижение уровня бутирата вызывает угнетение роста Firmicutes, и вместе с тем, расцвет типа Bacteroidetes. (Формула F/B – число падает). Твёрдая пища Еще в утробе матери у ребёнка закладывается основа микробиоты. Первый слой - Escherichia coli, второй – Bifidobacterium bifidum. Первичный покров Микробиота активно заполняется типом Firmicutes через конкурентный фактор – бутират, полученный через деградацию О- гликанов Akkermansia muciniphila. Материнское молоко (HMO) Колебания Сохранение баланса в микробиоте – сложный процесс, который в любой момент может быть нарушен! Питание, патологии, препараты и т.д. Трансформация микробиоты из детской во взрослую связана со множеством факторов (питание, антибиотики и т.д.). Стабилизация Функции микробиоты обширны и значимы для человека. Она способна управлять как собственной структурой, так и регулировать функции макроорганизма. Метаболический цикл Регулирование эндокринного гомеостаза Регулирование иммунологического гомеостаза Эпигенетический контроль Топическая защита (мукозный иммунитет) Изменение функций органов (оказывает протективное влияние на структуру кишечного барьера) (контроль активности сигнальных путей и измениние скорости экспрессии генов) (метаболиты оказывают влияние на макроорганизм) (обмен миллионами сигналов ведёт к изменению функционирования как врожденной, так и приобретенной иммунной системы) оказывает протекторное или губительное действие (уровень глюкозы и инсулина и многое другое - под властью бактерий) Изменение функций органов Микробиота способна тесно взаимодействовать со всеми системами нашего организма, и в зависимости от её состояния, оказывать протекторное или губительное действие. Пример: влияние микробиоты на регулирование нейродегенеративных процессов (НДП) головного мозга Метаболиты микробиоты способствуют росту и развитию головного мозга и гематоэнцефалического барьера. (факторы , замедляющие развитие НДП - лактат, вторичные желчные кислоты и другие соединения ) Протекторное действие Патогены и условно-патогены микробиоты способны изменять трансформацию белков в головном мозге, приводя к развитию НДП. (факторы, приводящие к развитию НДП - аммиак, триметиламин N- оксид и другие соединения) Губительное действие Выше названные две функции регулируют Болезнь Альцгеймера – сенильные бляшки и нейрофибриллярные клубочки Болезнь Альцгеймера - бич XXI века Основные функции микробиоты кишечника 18 КЖК — короткоцепочечные жирные кислоты; NO — оксид азота; H2S — сероводород. Антибиотики Жизнь и смерть XXI века Распространенность антибиотиков действует на микробиоту двояко: с одной стороны это дестабилизация микробиоты, с другой – формирование устойчивости патогенов (ARG гены). Антибиотики нарушают баланс в микробиоте. Применение антибиотиков в возрасте до года, когда микробиота находится в стадии формирования, может вызывать необратимую дестабилизацию микробного состава, что в дальнейшем может проявится в виде хронических воспалительных заболеваний ЖКТ (например, колит). Резистентность Гибель микробиоты Антибиотики (беспорядочное применение) – фактор формирования резистентности у бактерий (ARG – ген антибиотикорезистентности). Это глобальная проблема XXI века, которая с высокой скоростью приближает человечество к вымиранию от простейших бактерий. ESCAPE – бактерии, которые теперь могут ускользать от всех видов АБ. ESKAPE – это такие бактерии, как Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa и Enterobacter. Все эти патогены смертельно опасны, ежегодно они заражают свыше двух миллионов человек, 23 тысячи из которых умирают. Питание – основа стабилизации микробиоты Рациональное питание – фундамент активности метаболизма бактерий, который отражается на организме человека. Микробиота способна в огромных количествах перерабатывать клетчатку, тем самым формируя активный синтез полезных веществ. Так достигается самая высокая активность ферментов. Зелёное = жизнь? Хоризмат-шикиматный путь - одна из самых главных колонок метаболизма бактерий по синтезу незаменимых аминокислот, которая имеет свойства заполняться. Интервалы голода в 5-7 часов способствуют разгону метаболического цикла бактерий. Интервальное голодание Для человека – спорно, а вот для бактерий, скорее всего, да. Волокна мясной пищи плохо перерабатываются и существенно замедляют активность ферментов. Мясная пища – вред? Хронобиология Бактерии обладают внутренними часами, которые, к тому же, связаны с биологическими колебаниями (часами) макроорганизма и совместно регулируются. Циркадные часы – это внутренняя система хронометража, которая предвидит ежедневные изменения и помогает поддерживать гомеостаз. Хронобиология Молекулярные часы состоят из колебаний экспрессии генов часов (Period1/2, Clock, Bmal1, Cry1, Rev- erba и т.д.) в клетках головного мозга и в периферических тканях, где они называются периферическими часами. Молекулярные часы Мутация или нокаут часовых генов приводит к нарушению цикла сна и бодрствования, повышая распространенность заболеваний, включая метаболический синдром, болезни сердца, рак и психические расстройства. Нарушение хронометража Циклы сна и бодрствования Активность систем Эмоции Периоды питания Риск патологий Дисбактериоз (дисбиоз) - любые количественные или качественные изменения типичной для данного биотопа нормальной микрофлоры человека, возникающие в результате воздействия на макро- или микроорганизм различных неблагоприятных факторов. Причины дисбактериоза Экзогенные 1. Применение антибактериальных и других лекарственных средств 2. Иммунодефицитные состояния 3. Операционное вмешательство 4. Стрессовые ситуации 5. Бактериальные и вирусные инфекции Эндогенные 1. Заболевания органов пищеварения неинфекционной природы 2. Гормональные нарушения, возрастные критические периоды Коррекция дисбактериоза 1. Подавление роста условно-патогенной микрофлоры: Бактериофаг – при одновидовом дисбактериозе Антибиотики - при ассоциативном дисбактериозе 2. Нормализация микрофлоры с помощью пробиотиков Пробиотики - препараты, изготовленные из живых представителей нормальной микрофлоры, высушенных лиофильно. Монокомпонентные Поликомпонентные (бификол, линекс) Комбинированные (бифилиз) Самоэлиминирующиеся антагонисты (бактисубтил) Спасибо за внимание |