Microbiomul - rol esential in mentinerea sanatatii organismului

In timp ce astronautii sondeaza spatiul cosmic si viseaza sa ajunga cat mai departe, cercetatorii din domeniul medical descopera cate lucruri fascinante sunt inca de inteles aici – chiar in noi insine. Pe harta noilor descoperiri care schimba felul in care privim sanatatea, „incognita regia” – taramul necunoscut pana acum cateva decenii – este microbiomul.

CE ESTE MICROBIOMUL

Organismul uman este un ecosistem complex care gazduieste trilioane – mii de miliarde – de bacterii si alte microorganisme.

Microbiota umana este formata din microorganismele comensale, simbiotice sau patogene din interiorul si de pe suprafata corpului. Acestea pot fi bacterii, arhee, protozoare, fungi si virusuri.

Microbiota umana este formata din trilioane de celule microbiene. Estimarile initiale sustineau ca ar fi de 10 ori mai multe celule microbiene decat celule umane, dar studii recente demonstreaza ca rata ar fi de 1,3 pana la maximum 3 celule microbiene la 1 celula umana, cele mai multe dintre ele traind in intestine.

Spre exemplu, un barbat cu varsta intre 20 si 30 de ani, cu o greutate de aproximativ 70 kg si o inaltime de 1,70 metri, are 39 de miliarde de cellule bacteriene, care traiesc printre 30 de miliarde de celule umane. Microbiota include peste 1.000 de specii diferite de bacterii cunoscute si are o greutate totala de aproximativ 1-3% din greutatea corpului. Microbiota este considerata un „organ” cu activitate metabolica si imuna distincta, simbioza dintre microbiota si celulele umane dand nastere unui veritabil „super-organism”.
In functie de localizare, se disting: microbiota pielii, a cailor respiratorii, a tractului gastro-intestinal, a tractului genito-urinar, a ochilor si a urechii externe.

Microbiomul, pe de alta parte, desemneaza totalitatea elementelor genetice ale microbilor si interactiunile acestora intr-un mediu. Conceptul de microbiom a fost elaborat in anul 2001 de Joshua Lederberg, laureat in 1958 al Premiului Nobel pentru microbiologie. Microbiomul reprezinta un ecosistem vast, de o complexitate extraordinara, care, potrivit estimarilor specialistilor, contine milioane de gene, comparativ cu genomul uman, care are doar intre 20.000 si 25.000 de gene. Microbiomul este considerat „al doilea genom uman”, iar expertii sustin ca fiecare persoana are un microbiom unic, asemanator amprentei digitale.

DE CE MICROBIOMUL A FOST IGNORAT ATAT DE MULT TIMP?

Oamenii se gandesc la bacteriile din organism ca la agenti patogeni. De aceea, cercetarile s-au concentrat mult timp pe bacteriile daunatoare, ignorandu-le pe cele bune. Un alt motiv a fost lipsa tehnologiilor moderne. Desi primele observatii asupra microbiomului au fost facute de Antonie von Leewenhoek inca din anii 1680, metodele folosite in trecut nu au fost adecvate pentru a investiga pe deplin microbiomul. Microbiologia traditionala a studiat speciile individuale ca unitati izolate. Cu toate acestea, majoritatea speciilor microbiene nu au fost niciodata isolate cu succes ca exemplare viabile pentru analiza, deoarece cresterea lor este dependenta de un mediu specific, care nu poate fi reprodus experimental.

Tehnologiile avansate de secventiere a ADN-ului au creat un nou domeniu de cercetare, numit metagenomica, care permite examinarea genomurilor comunitatilor microbiene prelevate din mediile naturale fara a fi nevoie de cultivare. Metagenomica si bioinformatica microbiotei intestinale contribuie astfel la identificarea de noi microorganisme si la intelegerea functiilor acestora.

Proiectul Microbiomului Uman (HMP) a fost lansat in anul 2008 de Institutul National de Sanatate al SUA (NIH) ca o extensie a Proiectului Genomului Uman. In cadrul acestui proiect, cercetatorii caracterizeaza bacteriile, ciupercile, protozoarele si virusurile care se gasesc in corpul oamenilor sanatosi prin secventierea genelor lor.
Este un proiect fascinant, cu implicare mondiala, pentru analizarea rolului microbiomului in organismal sanatos, a relatiilor dintre modificarile microbiomului si aparitia bolilor, a metodelor de corectare a dezechilibrelor microbiene si a implicatiilor etice, legale si sociale ale cercetarii microbiomului uman.

Datorita progreselor in tehnologiile de secventiere a genelor, datele despre microbiom se extind rapid.
In cadrul celei de-a 14-a Conferinte internationale de genomica (ICG-14), desfasurate in 2019 la Shenzen (China), a fost lansat oficial Million Microbiome of Humans Project (MMHP), un proiect care isi propune sa analizeze nu mai putin de un milion de probe bacteriene recoltate de la nivelul intestinului, gurii, pielii, sistemului reproducator si nu numai, pentru a crea cea mai mare baza de date din lume privind microbiomul uman.

MICROBIOTA INTESTINALA

Majoritatea microorganismelor care ne colonizeaza se afla in tractul gastrointestinal, diversitatea si densitatea lor crescand pe masura ce avansam distal, iar cele mai multe se afla in colon.

1. Functiile microbiotei intestinale

Organismul uman nu ar putea functiona fara microbiota, aceasta avand un rol bine definit in mentinerea sanatatii. Functiile microbiotei sunt datorate in mare parte metabolitilor microbieni, cum ar fi acizii grasi cu lant scurt-SCFA (acid acetic, propionic si butiric), produsi in intestinul gros prin fermentarea anaeroba a fibrelor dietetice. Propionatul este produs in principal de Bacteroidetes, iar butiratul de Firmicutes, doua tipuri de bacterii care reprezinta 90% din microbiota intestinala.

Microbiomul intestinal include peste 1.000 de specii diferite de bacterii avand peste 3 milioane de gene (de 150 de ori mai multe decat genele umane) si cantarind aproximativ 1-3% din greutatea corpului.

O treime din microbiomul intestinal este comun majoritatii oamenilor, in timp ce doua treimi sunt specifice fiecaruia dintre noi. Acest aspect face ca despre microbiome sa se discute ca despre un fel de carte de identitate sau amprenta digitala ce individualizeaza fiecare persoana.

Rolurile microbiotei intestinale sunt complexe:

* protejeaza organismul impotriva agentilor infectiosi (atenueaza translocarea bacteriana), in special prin imbunatatirea functiei de bariera mecanica si biologica a peretelui intestinal, stimuland regenerarea epiteliala intestinala;

* reduce dezvoltarea agentilor patogeni prin generarea de metaboliti toxici pentru acestia (H2O2, pH acid etc.);

* ajuta la digerarea reziduurilor si a substraturilor alimentare nedigerate si neabsorbite (transforma polizaharidele complexe – celuloza, hemiceluloza, pectina, amidon, lignina – in forme asimilabile);

* ajuta la sinteza vitaminelor B1, B2, B6, B12, K2, K, H si a aminoacizilor esentiali deoarece produce unele enzyme care nu se gasesc in organismal uman;

* furnizeaza pana la 10% din necesarul de energie al organismului: acidul acetic este folosit de muschi, acidul propionic de ficat, acidul butyric ofera energie celulelor intestinale;

* contribuie la producerea unor neurotransmitatori precum dopamina, serotonina, acetilcolina, GABA, melatonina si influenteaza activitatea axei hipotalamus-hipofiza-suprarenale (mai multe detalii, in articolul „Axa creier-intestin-microbiota” de la pag. 16)

* ajuta la mentinerea integritatii barierei hemato-encefalice prin reglarea proteinelor de jonctiune (ex. ocludina);

* ajuta la dezvoltarea sistemului imunitar, prin efect asupra tesutului limfoid asociat intestinului (GALT);

* ajuta la imbunatatirea metabolismului lipidelor.

Microbiota gastro-intestinala se mai numeste si flora intestinala.

2. Clasificarea florei intestinale

Bacteriile sunt clasificate in increngaturi, clase, ordine, familii, genuri, specii si tulpini. Flora microbiana intestinala este dominata de bacterii Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Proteobacteria, Fobobacterii si Verrucomicrobia.

Firmicutes si Bacteroidetes reprezinta 90% din microbiota intestinala a adultilor sanatosi.

Firmicutes este compus din peste 200 de genuri diferite, cum ar fi Lactobacillus, Bacillus, Clostridium, Enterococcus si Ruminicoccus. Genurile Clostridium reprezinta 95% din Firmicutes. Bacteroidetes este format din genuri predominante, cum ar fi Bacteroides si Prevotella.

Actinobacteria phylum este mai putin abundent si este reprezentat in principal de genul Bifidobacterium.

3. Compozitia florei intestinale

A. In functie de segmental de tract digestive

In stomac, din cauza mediului acid, este prezent un numar redus de specii bacteriene. Principalele specii bacteriene care colonizeaza stomacul sunt Staphylococcus, Lactobacillus, Peptostreptococcus si unele tipuri de drojdii.

Intestinul subtire contine putine microorganisme. Bacteriile predominant intalnite la acest nivel sunt asemanatoare celor din stomac. In ultima parte a intestinului subtire, mediul alcalin permite existenta unei microbiote mai diversificate.

In colon, datorita mediului anaerob, este prezenta cea mai bogata si diversificata flora intestinala. Speciile cele mai intalnite sunt Bifidobacterium, Peptostreptococcus, Lactobacillus, Clostridium, Faecalibacterium prausnitzii.
Colonul contine pana la 1.000 de specii bacteriene, care constituie aproximativ 60% din greutatea materiilor fecale.

B. In functie de tipurile de bacterii

Microbiota umana este impartita, in functie de bacteriile dominante, caracteristicile functionale si modul de generare a energiei din substraturile fermentabile disponibile in colon, in trei enterotipuri.

In enterotipul 1 predomina bacteriile de tip Bacteroides, mai eficiente in descompunerea proteinelor si grasimilor. Acestea favorizeaza sinteza vitaminelor B2, B5, C, H, reduc inflamatiile, sunt „consumatoare” de grasimi, stimuleaza metabolismul, ajuta la reducerea riscului de obezitate.

In enterotipul 2 predomina bacteriile de tip Prevotella, mai eficiente in digerarea carbohidratilor si fibrelor. Acestea favorizeaza sintetiza vitaminei B1 si a acidului folic.

In enterotipul 3 predomina bacteriile de tip Ruminococcus, care descompun mucina intestinala, faciliteaza absorbtia zaharului si favorizeaza cresterea in greutate.

Enterotipul dominant este influentat de tipul de dieta.

C. In functie de varsta

Desi, initial, s-a considerat ca intestinal nou-nascutilor este steril la nastere, studiile din ultimii ani au aratat ca acesta incepe sa fie colonizat inca inainte de nastere. In timpul nasterii si imediat dupa aceea, bacteriile de la mama si din mediul inconjurator colonizeaza intestinal sugarului. Colonizarea intestinala a nou-nascutului este influentata de mai multi factori, printre care felul nasterii (naturala sau prin cezariana) si tipul de hranire. Organizatia Mondiala a Sanatatii recomanda alaptarea exclusiva a copilului pana la 6 luni, cu suplimentare pana la 12 luni. Unul dintre beneficiile evidente este reprezentat de riscul mai scazut de enterocolita necrozanta la copiii alaptati.

In primul an de viata, microbiomul se maturizeaza ajungand sa fie unul dintre cele mai complexe ecosisteme. Compozitia microbiotei evolueaza pana in jurul varstei de 2 ani, cand se presupune ca ajunge sa fie foarte asemanatoare cu cea a adultului.

Microflora digestiva, in special diversitatea ei, este afectata de imbatranire prin scaderea Bifidobacteriilor si cresterea proportiei de Clostridia, Lactobacilli, Streptococi si Enterobacteria.

4. Factorii care perturba microbiota intestinala

Disbioza inseamna scaderea numarului, diversitatii si actiunii bacteriilor sanatoase („prietenoase”) si cresterea celor potential patogene.
Disbioza intestinala este implicata in numeroase afectiuni: alergii, astm, cancer, obezitate, diabet, depresii, tulburari din spectrul autist, boli autoimune, intestin permeabil, suprapopulare bacteriana intestinala (SIBO), boli cardiovasculare si altele.

Disbioza poate fi cauzata de consumul de antibiotice, varsta, reducerea motilitatii intestinale, dezechilibrul imunitar, pH-ul gastric si intestinal, dieta dezechilibrata, zona geografica, ereditate, sedentarism, stres, ritmul circadian dereglat, interventii chirurgicale, fumat, depresie, traiul in mediul urban/rural.

Antibioticele administrate fara precautie sau ca profilaxie sunt cea mai mare amenintare a microbiotei. Antibioticele nu fac distinctia intre bacteriile bune si cele rele!
Administrarea in exces a antibioticelor in copilarie poate modifica profilul florei intestinale spre un enterotip care favorizeaza obezitatea, tulburarile metabolice sau bolile autoimune.

Alimentatia cu exces de grasimi si carbohidrati si saraca in fibre poate duce la aparitia endotoxemiei metabolice, caracterizata prin nivelul sanguin crescut al lipopolizaharidelor bacteriene. S-a demonstrat ca endotoxemia metabolica este asociata cu disbioza, intestinale, inflamatii si sindromul metabolic.

Detalii si recomandari de dieta va invitam sa cititi in interviul cu Dr. Ionel Copaci, medic primar medicina interna si gastroenterologie la pag. 6-7.

INFLUENTA MICROBIOTEI ASUPRA SANATATII

In ultimele decenii, numeroase dovezi sustin rolul microbiotei in sanatate si in aparitia unor afectiuni.
Cercetarile au asociat dezechilibrele microbiotei cu multe boli cronice – de exemplu obezitatea, boala inflamatorie a intestinului, colita, boala celiaca, diabetul zaharat, sindromul metabolic, ateroscleroza, bolile cardio-vasculare, boala hepatica alcoolica, boala hepatica grasa nealcoolica, ciroza si carcinomul hepatocelular, scleroza multipla, bolile din spectrul autist, malabsorbtia, alergiile, astmul, infectia cu HIV, virusurile hepatice etc.

Studierea modificarilor microbiotei intestinale in diverse patologii a condus la schimbarea multor paradigm in ceea ce priveste diagnosticul si tratamentul unor afectiuni prea putin cunoscute. Unele boli digestive (de exemplu, sindromul de intestin iritabil) despre care se credea ca sunt exclusiv functionale sunt astazi considerate a avea ca punct de plecare perturbarea microbiotei intestinale si, ca urmare, au aparut noi tinte terapeutice.

Microbiota si sanatatea orala

Microbiota orala are un impact puternic asupra sanatatii si calitatii vietii, cu mult mai mare decat aspectul estetic al dintilor. Cavitatea bucala are o microflora specifica, compusa din peste 700 de specii de bacterii diferite, dintre care 20% apartin genului Streptococus. Aproximativ 60% dintre aceste microorganism sunt localizate pe suprafata limbii.

Pe suprafata dentara se formeaza un biofilm numit „placa dentara”. Fiecare miligram de placa dentara poate contine peste 100 de milioane de bacterii.

Mediul steril al gurii este colonizat in cateva ore dupa nastere, in cazul nasterii naturale. Pana la aparitia dintilor, Streptococus Salivarius este dominant, constituind 98% din flora totala bucala. Dupa aparitia dintilor gura este colonizata si de alte tulpini de streptococci si alte organisme aerobe.

Microbiomul oral este implicat in aparitia cariilor, gingivitelor, parodontopatiilor si a altor afectiuni locale ale gurii.
Deoarece tractul digestiv incepe in gura, produsele care ajuta la echilibrarea florei orale permit o abordare holistica a sanatatii digestive: de la cavitatea bucala la intestin!

Microbiota bucala este influentata de varsta, igiena, lucrari stomatologice sau diferite tratamente (radio/chimioterapie).

Microbiota si sanatatea sistemului digestiv

Microbiota intestinala contribuie la digestia alimentelor si la producerea unor vitamine, a aminoacizilor, acizilor grasi cu lant scurt (SCFA) si altor nutrienti necesari mentinerii sanatatii si bunei functionari a organismului.

Modificarile microbiotei intestinale pot fi asociate cu deficite nutritionale, dar si cu declansarea si evolutia mai multor boli gastro-intestinale, inclusiv sindromul de colon iritabil, boala Crohn, colita ulcerativa, boala celiaca, sindromul de intestine permeabil, hepatita, cancerele digestive, suprapopularea bacteriana a intestinului subtire (SIBO), diverticulita.

Manifestarile acestora pot fi malnutritia, balonarea, constipatia, febra, durerile abdominale, diareea (care poate fi asociata cu antibioticele, calatoriile, infectia cu Clostridium difficile).

Mecanismele fiziopatologice care stau la baza acestor tulburari sunt multifactoriale, inclusiv alterarea axei creier-intestin, stresul, inflamatiile, raspunsul imun al gazdei impotriva microbiotei gastrointestinale. Toate acestea duc la o disbioza puternica, cu o reducere a diversitatii si a numarului de bacterii benefice.

Functia hepatica este de asemenea puternic influentata de dezechilibrele microbiotei intestinale. De exemplu, in steatoza hepatica (boala ficatului gras) s-a demonstrate ca este redus numarul bacteriilor producatoare de acid butiric. In cazul bolilor hepatice alcoolice, cirozelor si a complicatiilor acestora (peritonita bacteriana, encefalopatie hepatica), se observa o disbioza puternica, perturbarea functiei imunitare, cresterea permeabilitatii intestinale si a endotoxemiei (absorbtia prin mucoasa intestinala a lipopolizaharidelor produse de microbi).

Alterarea microbiotei intestinale ar putea participa si la promovarea tumorigenezei la nivelul digestiv, microbiota reprezentand doar un cofactor in aceasta afectiune complexa.

Microbiota si sanatatea vaginala

La femeile adulte sanatoase (postpubertate si pre-menopauza), care nu sunt insarcinate sau in perioada menstruatiei, flora vaginala, numita flora Doderleïn, este compusa in proportie de peste 80% din diferite specii de Lactobacilli. Flora vaginala este influentata de modificarile hormonale (in special de nivelul scazut de estrogeni), stres, infectii, alimentatie dezechilibrata.

Vaginoza bacteriana este caracterizata printr-o scadere a concentratiei de lactobacili si o crestere a concentratiei de bacterii in vagin, de tipul Gardnerella vaginalis, Prevotella, Mycoplasma hominis.

Candidoza se caracterizeaza printr-o supraaglomeratie de drojdii, cea mai frecventa fiind Candida albicans. Estradiolul stimuleaza colonizarea Candida albicans in vagin.

Disconfortul urinar este prezent la femei de pana la 30 de ori mai des decat la barbati. Mai mult de 50% dintre femei vor avea cel putin un disconfort urinar in viata lor.

Microbiota, obezitatea si diabetul zaharat tip2 (DZ tip2)

Dezechilibrele microbiotei intestinale pot contribui la dezvoltarea obezitatii, rezistentei la insulin si DZ tip2 prin cresterea absorbtiei nutrientilor din hrana si producerea energiei suplimentare din alimentele nedigerabile.

Expunerea cronica la endotoxine metabolice (ex.: lipopolizaharide), cauzata de consumul de alimente bogate in grasimi sau carbohidrati, reduce cu 35% sensibilitatea la insulina, ceea ce poate sa duca la DZ tip2, obezitate, steatoza hepatica, dislipidemie.

Cresterea permeabilitatii intestinale si endotoxemia metabolica se amplifica pe parcursul dezvoltarii obezitatii. In cazul persoanelor supraponderale se observa un raport al bacteriilor Firmicutes si Bacteroides crescut si o d iversitate scazuta a microbiomului intestinal, comparative cu persoanele normoponderale.
Se poate afirma ca anumiti microbe care traiesc in intestinul nostru nu sunt doar asociati cu obezitatea, ci pot fi una dintre cauzele acesteia.

referinte:

1. medichub.ro
2. academic.oup.com
3. microbiologynutsandbolts.co.uk
4. sciencedirect.com
5. ncbi.nlm.nih.gov
6. jnmjournal.org
7. frontiersin.org
8. hmpdacc.org
9. „Gut microbiome composition and diversity are related to human personality traits” – ibiome.co.uk
10. „Human gut microbiota and healthy aging: Recent developments and future prospective” – content.iospress.com
11. „What’s The Difference Between Microbiome And Microbiota?” – atlasbiomed.com
12. „You’re never alone thanks to your gut microbiome” (test) – atlasbiomed.com