Състав и функции на чревната флора - сп. Galenus
Д-р Клаудия Михаела Василиу, специалист по гастроентерология,
Градска болница Panciu,
Клиника Реджина Мария, Букурещ
Последните проучвания подчертават ключовата роля на чревната флора не само по отношение на храносмилането, но и за метаболизма. Изглежда, че микробиотата участва в редица състояния, от затлъстяване до улцерозен колит, така че по-доброто разбиране на функциите на микробиотата може да отвори нови терапевтични възможности.
Ключови думи: чревна флора, микробиота, микробиом
Последните проучвания подчертават ключовата роля на чревната флора не само по отношение на храносмилането, но и върху метаболизма. Изглежда, че микробиотата участва в редица заболявания, от затлъстяване до улцерозен колит, така че разбирането на функциите на микробиотата може да отвори нови терапевтични възможности.
Ключови думи: чревна флора, микробиота, микробиом
Определение
Чревната флора или стомашно-чревната микробиота е сложна общност от микроорганизми, които живеят в храносмилателния тракт на хората [1] и животните. Чревната флора на човека съдържа най-голям брой бактерии в сравнение с други области на тялото. Чревната флора се развива напълно на възраст около 2 години [2], заедно с епитела и лигавичната бариера, като последните два са толерантни и дори поддържат микробиотата, която действа като бариера срещу патогени [4,5]. Микроорганизмите се възползват от гостоприемника чрез ферментиране на енергийни субстрати като растителни фибри в храната и чрез обучение на имунната система чрез крайните метаболитни продукти като пропионат и ацетат [3].
Чревните бактерии са полезни и при синтеза на витамини В и К, както и в ролята им в метаболизма на жлъчните киселини, стерините и ксенобиотиците [2]. Кратковерижните мастни киселини и други вещества, произведени под действието на чревната флора, действат като хормони, а самата чревна флора се държи като ендокринен орган [7]; Доказано е, че нарушението на флората е отговорно за развитието на възпалителни и автоимунни заболявания [1,6].
Микробиотата предотвратява растежа на вредни видове бактерии в червата [4], допринася за развитието на червата и произвежда хормони, които се намесват в стимулирането на съхранението на мазнини в тялото [2]. Тежката промяна и дисбаланс на микробиотата (или нейния геном) и микробиома са свързани със затлъстяването [9]. При определени условия някои видове чревна флора могат да разболеят организма гостоприемник, причинявайки инфекции или увеличавайки риска от рак на гостоприемника [7,12].
Съставът на чревната флора
а) в зависимост от сегмента на храносмилателния тракт
Съставът на чревната микробиота се променя през целия живот, повлиян от промени, настъпващи в диетата, но и в здравето [3,7]. Този състав също варира в зависимост от сегмента на храносмилателния тракт. Малък брой бактериални видове присъстват в стомаха и тънките черва [1,3]. Поради киселата стомашна среда повечето микроорганизми не могат да оцелеят. Основните бактериални видове, които колонизират стомаха, са стрептококи, стафилококи, лактобацили, пептострептококи и някои видове дрожди [2] .
Тънкото черво съдържа само следи от микроорганизми, тъй като се намира в близост до стомаха. Бактериите, срещани предимно на това ниво, са коки и грам-положителни бацили [2]. В дисталното тънко черво обаче алкалната среда позволява съществуването на грам-отрицателни бактерии като Enterobacteriaceae [3]. Флората на тънките черва подкрепя функциите му, като осигурява регулаторни сигнали, които позволяват развитието му.
На нивото на дебелото черво откриваме най-богатата микробна екосистема в човешкото тяло, с до 10 клетки на грам чревно съдържание [12] и с 300 до 1000 различни бактериални видове [1,2]. Около 99% от флората на дебелото черво е представена от 30-40 вида [7], като Faecalibacterium prausnitzii е най-често срещаният вид при здрави възрастни [3]. Чревните бактерии съставляват до 60% от теглото на изпражненията [2].
Някои примери за бактерии, често срещани в дебелото черво: Klebsiella sp.: 40-80%, Clostridium perfrigens: 25-35%, Bifidobacterium bifidum: 30-70%, Lactobacillus: 20-60%, Enterococcus faecalis: 100%, Peptococcus, Peptostretococcus, Staphylococcus aureus: 30-50%, Enterobacter sp.: 40-80%, Bacteroides fragilis.
Въпреки че гъбичките, вирусите (бактериофагите) и археите са част от чревната флора, малко се знае за тяхната активност [1]. 99% от микробиотата на дебелото черво и фекалиите се състоят от строго анаеробни бактерии като Bacteroides и Bifidobacterium [3]. Факторите, които нарушават тази микробна популация, са представени от антибиотици, стрес и паразити [2]. Дори ако 99% от микробиотата е анаеробна, в проверката има висока плътност на аеробни бактерии [2]. Смята се, че чревната флора съдържа стотици пъти повече гени от човешкия геном [12]. Микробните популации варират при отделните индивиди [5,12].
б) в зависимост от видовете бактерии
Четирите доминиращи бактериални клъстери в човешките черва са Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria и Proteobacteria [2]. Повечето бактерии принадлежат към родовете Bacteroides, Clostridium, Faecalibacterium [7,3], Eubacterium, Ruminococcus, Peptococcus, Peptostreptococcus и Bifidobacterium. Присъстват и други родове като Escherichia и Lactobacillus, но в по-малък брой [7]. Родът Bacteroides съставлява около 30% от всички бактерии в червата, което предполага, че той ще играе важна роля за човешкото тяло [3].
Откритите в червата родове на гъби са представени от Candida, Saccharomyces, Aspergillus, Penicillium, Rhodotorula, Trametes, Pleospora, Sclerotinia, Bullera и Galactomyces [1,2]. Rhodotorula често се наблюдава при пациенти с възпалителни заболявания на червата, а Candida при тези с хепатит и чернодробна цироза с вирус В [1]. Организмите от тип архея са важни за метаболизма на бактериалните ферментационни продукти. Изследването на чревната флора се използва за извличане на нуклеинови киселини от бактериални проби от изпражненията, особено 16S rRNA генни последователности.
в) в зависимост от възрастта
Разнообразието на състава на микробиотата във фекалните проби е значително по-голямо при възрастни, отколкото при деца [3]. В микробиома за възрастни има голямо разпространение на ензимите, участващи във ферментацията и метаболизма на аргинин, глутамат, аспартат и лизин. За разлика от това, в микробиома на бебето доминиращите ензими са тези, които участват в метаболизма на цистеин и ферментационните процеси [5].
Проучванията установяват връзката между различните бактериални родове в микробиотата и приема на хранителни вещества. Микрофлората се състои главно от три ентеротипа: Prevotella, Bacteroides и Ruminococcus. Наблюдава се връзка между концентрацията на всяка микробна общност и диетата. Например, Prevotella е свързана с консумацията на прости въглехидрати и захари, докато Bacteroides - с протеини, аминокиселини и наситени мазнини. Специализираните бактерии, които разграждат муцина, оцеляват чрез отделянето на въглехидрати от гостоприемника [3]. Определен ентеротип ще доминира в зависимост от диетата [2].
Недохранените деца ще имат по-малко диверсифицирана чревна флора в сравнение със здравите, а промените в микробиома поради недостиг на хранителни вещества може да са причина за недохранване [5,3]. Недохранените деца са склонни да имат потенциално патогенна флора, както и повече мая в устата и гърлото.
г) в зависимост от географския произход на пациента
Съставът на микробиома зависи и от географския произход на пациентите. Вариациите в съдържанието на Prevotella, теглото на гена на уреазата и гените, кодиращи синтеза и разграждането на глутамат, както и други ензими, участващи в разграждането на аминокиселините или биосинтезата на витамини, показват значителни разлики между пациентите в САЩ, Малави и индианците. [7].
Например, американското население има представителен процент ензими, които разграждат глутамина и ензимите, участващи в биосинтеза на витамини и липоева киселина в микробиотата; Популациите на Малави и индианците имат по-висок процент ензими, участващи в синтеза на глутамат, както и свръхпредставяне на алфа-амилаза. Тъй като хората в Съединените щати имат диета с по-високо съдържание на мазнини, диетата вероятно е основният фактор, определящ чревния бактериален състав [3].
Някои проучвания показват разлики в микробиотата на европейските деца спрямо тези в селските райони на Африка. Диетата на африканските деца е бедна на животински протеини и мазнини, но богата на растителни протеини и полизахариди, като чревната флора е доминирана от Bacteroidetes, докато микробиотата на европейските деца е доминирана от рода Firmicutes и показва значително намаляване на биологичното разнообразие. Различният състав и увеличеното биоразнообразие на чревната флора на африканските популации допринасят за храносмилането на растителните полизахариди и за намаляването на честотата на неинфекциозни заболявания на дебелото черво.
Колонизация на чревния тракт
Стомашно-чревният тракт на плода е стерилен, въпреки че може да настъпи микробна колонизация, както е доказано от проучване, при което Lactobacillus и Bifidobacterium видове са присъствали в плацентарните биопсии [2,4]. По време и непосредствено след раждането бактериите от майката и околната среда колонизират червата на бебето [5]. Първоначалните бактериални популации обикновено са факултативно анаеробни организми, които понижават концентрацията на кислород в червата и по този начин позволяват изключително анаеробни бактерии като Bacteroides, Actinobacteria и Firmicutes да колонизират червата и да растат на това ниво [7].
Кърмените бебета имат флора, доминирана от бифидобактерии, вероятно поради съдържанието на кърма в растежните фактори за тези бактерии и в пребиотиците. Микробиотата на кърмачета има по-голямо разнообразие, с по-високи концентрации на Enterobacteriaceae, ентерококи, бифидобактерии, Bacteroides и клостридии [2].