מיקרוביוטה: הרכב, פונקציות והיכן הוא נמצא - ביולוגיה - 2025

החיידקים הרגילים של בני אדם הוא הקבוצה של מיקרואורגניזמים המאכלסים את הגוף באופן רגיל, מבלי לגרום למחלה. כיום המונח פלורת חיידקים נחשב לא הולם.

טקסונומית, המיקרוביוטה מורכבת מאורגניזמים מגוונים מאוד, החל מחיידקים, ארכאאה ואוקריוטות ועד נגיפים. קהילות מיקרוביאליות משתנות משמעותית באזורים שונים בגוף. במילים אחרות, הרכב החיידקים בפה אינו תואם לזה שנמצא במעי.

מקור: pixabay.com

כאשר אנו חושבים על חיידקים - ומיקרואורגניזמים בכלל - אנו נוטים לעורר תחושות משונות לגבי נוכחותם של ישויות אלה בגופנו. למרות שנכון שחיידקים שונים גורמים למחלות קשות, הכללת תפיסה זו אינה נכונה.

המיקרואורגניזמים בגופנו הם הכרחיים ויוצרים קשרים הדדיים וקהילתיים עם האורגניזם שלנו. המיקרוביוטה שלנו משפיעה באופן משמעותי על הפיזיולוגיה שלנו - באופן ישיר ועקיף - תורמת למספר תפקודים מטבוליים, מגנה עלינו מפני פתוגנים, מחנכת את מערכת החיסון, בין יתר הפונקציות.

גורמים שונים משפיעים על הרכב המיקרוביוטה האנושית. בין הבולטים ביותר הם הדיאטה - הן בילדות והן בבגרות - אופן הלידה, שימוש באנטיביוטיקה, מצבים רפואיים מסוימים, סוג הגנוטי של המארח, בין היתר.

נכון לעכשיו, יש סדרה של שיטות מולקולריות חדשות המאפשרות אפיון המיקרוביוטה בטכניקות רצף מתקדמות ומהירות. השימוש הנפוץ ביותר הוא הגן המקודד ל- RNA ריבוליטרי 16S ומשווה למאגר נתונים.

מהי המיקרוביוטה?

המיקרוביוטה מוגדרת כהרכבה של מיקרואורגניזמים שנמצאים בסביבה מוגדרת. במקרה זה, המיקרואורגניזמים הקשורים לגוף האדם. את המונח הוצע על ידי לדרברג ומקרי, שהדגישו את ההשלכות והיתרונות של ישויות ביולוגיות אלה לבריאות האדם.

יש מונח דומה מאוד: המיקרוביומה. בספרות, מיקרוביומה ומיקרוביוטה הם לרוב מושגים הניתנים להחלפה. עם זאת, אם אנו רוצים לדייק, המיקרוביומה היא קטלוג המיקרובים, יחד עם הגנים שלהם.

מונח נלווה הוא "פלורה" חיידקית, מיקרופלורה או פלורת מעיים. שניהם שימשו במשך כמה עשורים והיו רלוונטיים במיוחד בספרות הרפואית והמדעית.

עם זאת, מונח זה שמתוארך משנת 1900 אינו הולם, מכיוון שהצומח הוא מונח הנגזר מהפרח הלטיני, הקשור לצמחים המאכלסים אזור מסוים. ומכיוון שלא מתייחסים לסט הצמחים המאוכלסים את גוף האדם, יש לזנוח את המונח ולהחליף אותו במיקרוביוטה, או במיקרוביומה לפי העניין.

הרכב המיקרוביוטה הרגיל

מספר

המיקרוביוטה מורכבת ממספר מיקרואורגניזמים המאכלסים את גופו של כל אדם. במונחים מספריים ישנם בין 10 ל 100 טריליון (העולה על מספר התאים המארחים) של אורגניזמים סימביוטיים אלה, שנמצאים בעיקר בדרכי העיכול.

גורמים המשפיעים על הרכב המיקרוביוטה

המיקרוביוטה מתחילה להיווצר מלידת התינוק, שם גופה מייצג סביבה חדשה להתיישבות מיקרוביאלית. קולוניזציה זו תלויה במצב הלידה - כלומר לידה טבעית או ניתוח קיסרי (האחרון משפיע באופן משמעותי על המיקרוביוטה).

ככל שהתינוק גדל ומתפתח, המגוון של המיקרוביוטה גדל באופן ליניארי, תלוי במושבות הראשונות. זה ישתנה בהתאם למגוון רחב של גורמים, כמו האכלת חלב אם, צריכת מזונות מסוימים, התפתחות מחלות, בין היתר.

מחקרים עדכניים מצביעים על כך שהתזונה היא הגורם החשוב ביותר המסייע לקבוע את סוג המיקרוביוטה שתתקיים אצל כל אדם.

טקסונומיה

טקסונומית מיקרואורגניזמים אלה שייכים לשלושת תחומי החיים: אוקיוטרוטות, חיידקים וארכאאה.

זהותם של אורגניזמים אלה משתנה באופן נרחב בין אינדיבידואלים, אזורי הגוף של הפרט והאזור הגאוגרפי בו הם חיים. בחלק הבא נתאר ביתר פירוט את זהותו הטקסונומית של המיקרוביוטה האופיינית לכל אזור בגוף.

אז אנחנו באמת אנושיים?

כעת, בידיעת המגוון העצום של האורגניזמים המאכלסים את גופנו, עלינו לשאול את עצמנו מי אנחנו ואם נוכל באמת לראות את עצמנו אינדיבידואל.

השקפה נאותה יותר היא לראות את עצמנו סופר-אורגניזם או הולוביונט, מכיוון שאנו מורכבים מ -90% תאים מיקרוביאלים ו -99% גנים ממיקרובים.

איפה זה נמצא?

גופנו הוא מכלול עשיר של מיקרואורגניזמים, כאשר כל מבנה מספק נישה פוטנציאלית להתפתחותם. קשרים הדדיים אלה הם בדרך כלל ספציפיים לאתר, כאשר קבוצה מסוימת של מיקרואורגניזמים יוצרת מושבות באזורים ספציפיים בגוף. האזורים החשובים ביותר הם:

מיקרוביוטה בטן

בתוך הגומחות שמספק גוף האדם, אין ספק שהמחקר הטוב ביותר - מבחינת המיקרוביוטה שלו - הוא מערכת העיכול.

אלפי מינים נמצאים במעי של אדם בוגר, הנשלטים על ידי הפילה Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria ו- Verrucomicrobia.

קולוניזציה זו משתנה בכל דרכי העיכול. Lactobacillaceae, Erysiopelotrichaceae ו- Enterobacteriaceae שולטות במעי הדק, עשירות בסוגי Bacteroides spp., Clostridium spp., Bifidobacterium spp.

במעי הגס התושבים הנפוצים ביותר הם Bacteroideceae, Prevotellaceae, Rikenellaceae, Lachnospiraceae ו- Ruminococcaceae.

הבדל זה במשפחת החיידקים ברחבי המעי משקף את ההבדלים הפיזיולוגיים הקיימים בכל המעי.

במעי הדק, צמיחת החיידקים מוגבלת על ידי ריכוז החמצן, נוכחותם של פפטידים אנטי-מיקרוביאליים וערכי pH, ואילו במעי הגס עומס החיידקים גבוה יותר.

בנוסף, קיימת מגבלה של חיידקים במעי הדק בכדי להימנע מתחרות על ספיגת התזונה בין המיקרואורגניזמים והמארח.

בצואה, העיקריים שהתגלו שייכים לתחום החיידק, אם כי ישנם גם נציגים של ארכאאה (סדר מתנו-בקטריאליס) ואוקריוטים (סדר סקרומארומטאלים).

מיקרוביוטה דרך הפה

חלל הפה והרחבות רצופות מייצגים אזורי דיור מתאימים לסוגים מסוימים של מיקרואורגניזמים, כולל משטח השן, משטח הלשון ומבנים קרטיים אחרים ולא קרטין.

מרכיב בסיסי בחלל הפה הוא הרוק. במיליליטר אחד של נוזל זה אנו יכולים למצוא עד 100 מיליון תאים חיידקיים. מתוכם, כ -300 מינים זוהו ואילו 360 נוספים לא קיבלו זהות טקסונומית ספציפית.

הפילם השולט בחלל הפה הוא Firmicutes, ואחריו Proteobacteria, Bacteroides, Actinobacteria, Spirochaetes ו- Fusobacteria.

בנוגע למגוון של ארכאאה, הסוג מתנוברביבקטר התבודד פעמים רבות מחלל הפה.

מחקרים מגלים כי נוכחות של ארכאאה קשורה להתפתחות מחלות חניכיים. לפיכך, תפקידם של אורגניזמים אלה בביסוס מערכות יחסים הממלכתיות עם האורחים אינו ברור עדיין.

הפטרייה הדומיננטית בחלל הפה שייכת לסוג קנדידה. כמו מינים של ארקאה, הם היו קשורים להתפתחות של מחלות מרובות. ז'אנרים נפוצים אחרים בחלל הם: Cladosporium, Aureobasidium, Saccharomycetales, Aspergillus ו- Fusarium.

לבסוף, הנגיפים השכיחים ביותר בפה הם הרפס ווירוסים. ההערכה היא כי 90% מהאוכלוסייה מחזיקה בבעלותם.

מיקרוביוטה אורוגנית

דרכי השתן הנקביות

החיידקים החיים בתוך הנרתיק נמצאים בחיבור דק ומאוזן מהסוג ההדדי, המגנים על מארחיהם ומחליפים חומרים מזינים, בתמורה לסביבה אנוקסית המתאימה לגדילתם.

בנשים בגיל הפוריות הנרתיק מכיל כמויות משמעותיות של חומצה לקטית וחומרים אנטי-מיקרוביאלים אחרים, המגבילים את צמיחת המיקרוביוטה. סביבה זו נשמרת בזכות נוכחותם של חיידקים המייצרים חומצה לקטית, במיוחד Lactobacillus spp.

למעשה, חיידקים השייכים לסוג זה נחשבים מאז 1892 כתושבים חיוניים לבריאות הנרתיק.

בנוסף ללקטובצילוס, הנרתיק מאופיין בהצגת מיקרואורגניזמים של הז'אנרים: סטפילוקוקוס, אוראלפלסמה, קורינבקטריום, סטרפטוקוקוס, פפטוסטרפטוקוקוס, גרדנרלה, בקטריודס, מיקופלסמה, אנטוקוקוס, אשצ'ריצ'יה, ויפילובריום, פיפובקטר.

ככל שנשים מתבגרות ורמות הורמונליות משתנות, המיקרוביוטה משתנה.

דרכי השתן האורוגניות

בהשוואה לדרכי השתן הנשיות, המיקרוביוטה הזכרית נחקרה מעט ולא ידועה בפרטי פרטים.

חלק מהז'אנרים שדווחו באיבר המין כוללים Staphylococus epidermidis, Corynebacterium spp., Lactobacillus spp., בין היתר.

מיקרוביוטה של ​​הריאות

הריאות היו איברים שמעניינים מאוד את המיקרוביוטה שלהם. עם זאת, ישנם מחקרים מוגבלים מאוד בנושא - יחד עם הקושי לקחת דגימות. אף כי בעבר נחשבו לאזורים סטריליים, כיום שוני חזון זה.

נמצאה נוכחות של סוגות הסטרפטוקוקוס, ובדגימות מסוימות Haemophilus, Rothia, Prevotella, Veillonella ו- Fusobacterium.

מיקרוביוטה של ​​העור

האיבר הגדול ביותר של בני אדם הוא העור, המכוסה במגוון רב של מיקרואורגניזמים ומושתת על ידם מרגע הלידה.

זוהו כ -200 ז'אנרים חיידקיים הנחשבים לתושבי העור. מרבית המינים הללו שייכים לשלוש תפילות, כלומר: אקטינובקטריה, פירמוטות ופרוטובקטריה.

הרכב המיקרוביוטה של ​​העור קשור קשר הדוק לסוג העור, להרגלים ולגנטיקה של המארח, מה שהופך אותו לשונה ביותר.

רוב החיידקים ניזונים מהפרשות עור, כך שהם יוצרים קשרים קרובים מאוד.

מאפיינים

עיכול וייצור ויטמינים

המיקרוביוטה ממלאת שורה של פונקציות בגוף האדם, ומדגישה את תפקידה בשיפור העיכול.

החיידקים החיים בסוף המעי הגס קשורים למחשוף של פוליסכרידים שלא ניתן לחילוף חומרים ביעילות במעי הדק, מה שמגדיל את ספיגת התזונה.

כמו כן הוכח כי חיידקים שונים מסוגלים לייצר ויטמינים חיוניים שיספגו על ידי המארח. דוגמה לכך היא אחד האורגניזמים הידועים ביותר למדענים: E. coli.

תחרות והגנה מפני פתוגנים

תחרות מוגדרת כאינטראקציה אנטגוניסטית המערבת שני מינים או יותר המתחרים על משאב משותף.

קשת המיקרואורגניזמים המזיקים שאנו מחזיקים בגופנו נמצאת בתחרות מתמדת עם פתוגנים וברוב המקרים הם מצליחים לעקוף אותם - בזכות מה שבאקולוגיה ידוע כעיקרון ההדרה התחרותי.

הם מאמינים כי הם יוצרים את קו ההגנה הראשון מפני זיהום על ידי פתוגנים פוטנציאליים אלה.

כיצד נבדקים המיקרוביוטה?

מחקר המיקרוביוטה מתוארך לתקופתו של אנטוני ואן ליוונהוק, בראשית שנת 1680. חוקר זה חקר באופן השוואתי את המיקרואורגניזמים השונים שאכלסו את אזור הפה ובצואה וציין הבדלים משמעותיים בשני האזורים.

ההבדלים חרגו מאזור הגוף, מכיוון שחוקר זה כלל גם השוואה בין אנשים בריאים וחולים בתכנון הניסוי שלו. בדרך זו הוא הצליח להראות את חשיבות המיקרואורגניזמים בבריאות האדם.

מבחינה היסטורית מחקר המיקרוביוטה כלל השקעה של זמן ואנרגיה בייצור גידולים מרובים.

נכון לעכשיו, מתודולוגיה זו הוחלפה על ידי גישה מולקולרית המאפשרת לנתח את הרצפים הגנטיים של מיקרואורגניזמים (בדרך כלל הסמן המולקולרי המשמש הוא הגן עבור RNA 16S ו- 18S Ribosomal RNA.)

על ידי ניתוח רצפים אלה, ניתן להקצות את הטקסון (איקריוטות, חיידקים או ארכאאה) לרמות טקסונומיות שונות, עד שנגיע למין.

המונח metagenomics שימש במקור לצורך אפיון ה- DNA הכולל, וכיום הוא משמש ליתר דיוק כדי להתייחס למחקר של סמנים גנטיים, כמו למשל ה- DNA ה- ribosomal 16S.

מה קורה כאשר מתרחשים חוסר איזון במיקרוביוטה?

למרות שאין מתווה ברור ומדויק של כל האורגניזמים המאכלסים את גוף האדם, ידוע שהשינוי בשפע ובהרכבם משפיע על הבריאות, החל מהפרעות עיכול ועד התפתחות של התנהגויות חרדות.

נכון לעכשיו, טיפולים המתמקדים בהקמה מחדש של המיקרוביוטה הבריאה מנוהלים בחולים הסובלים מהפרעות מסוימות.

הפניות

1. דונלדסון, רופא כללי, לי, ס.מ., ומזמאניאן, SK (2016). ביוגאוגרפיה של המעי של המיקרוביוטה החיידקית. ביקורות טבע. מיקרוביולוגיה, 14 (1), 20–32.
2. לויד-פרייס, ג'יי, אבו עלי, ג 'והוטנהאואר, סי (2016). המיקרוביומה האנושית הבריאה. רפואת גנום, 8 (1), 51.
3. מרשי, ג'יי.אר (עורכת). (2014). המיקרוביוטה והמיקרוביומה האנושית. CABI.
4. Marchesi, JR ו- Ravel, J. (2015). אוצר המילים של מחקר מיקרוביומה: הצעה. מיקרוביומה, 3, 31.
5. Mimee, M., Citorik, RJ, & Lu, TK (2016). טיפולי מיקרוביומה - התקדמות ואתגרים. ביקורות מתקדמות בנושא מתן תרופות, 105 (Pt A), 44–54.
6. מוחג'רי, MH, Brummer, R., Rastall, RA, Weersma, RK, Harmsen, H., Faas, M., & Eggersdorfer, M. (2018). תפקיד המיקרוביומה לבריאות האדם: ממדע בסיסי ליישומים קליניים. כתב העת האירופי לתזונה, 57 (Suppl 1), 1–14.
7. Thursdayby, E., & Juge, N. (2017). מבוא למיקרוביוטה של ​​המעי האנושי. כתב העת הביוכימי, 474 (11), 1823–1836.
8. Ursell, LK, Metcalf, JL, Parfrey, LW, & Knight, R. (2012). הגדרת המיקרוביומה האנושית. ביקורות על תזונה, 70 Suppl 1 (Suppl 1), S38 - S44.