Bakteriefloran i matsmältningskanalen / gastroenterologi och hepatologi

mikrofloran eller mikrobioten är kollektiviteten hos mikrobiella samhällen som befolkar slemhinnorna hos en värdindivid, även kallad värd. Varje mänsklig individ är hem för cirka 100 miljarder bakterier från cirka 400 olika arter.1,2 i magsaft är innehållet av bakterier relativt lågt, cirka 1000 bakterier per milliliter, och detta beror på mediets surhet. Koncentrationen av bakterier växer längs tunntarmen, från 104 bakterier / ml i proximal duodenum till 107 bakterier/ml i terminal ileum. Den framdrivande rörligheten i tunntarmen rensar periodiskt bakterierna som sprider sig i ljuset. Däremot är populationen av mikroorganismer i tjocktarmen mycket högre, eftersom koncentrationer på upp till 1011 eller 1012 bakterier per milliliter innehåll1 uppnås. Tillsammans kan den levande kolonpopulationen nå en variabel vikt på 300-600 g och står för mer än 95% av värdmikrobioten.

den stora biologiska mångfalden av arter inom tarmekosystemet underlättar livet och utvecklingen av helheten, som inte bara omfattar mikrobioten utan också den mänskliga värden. För ett stort antal bakteriearter är helheten väsentlig för livet: encelliga organismer behöver kollektivitet och biologisk mångfald för att utvecklas normalt. Olika bakteriella släkter och arter använder de metaboliska produkterna som genereras av andra för deras proliferation. Den mänskliga tarmen är den naturliga livsmiljön för dessa bakterier, som har utvecklats och anpassats för att leva med människan i årtusenden, så många av dem sprider sig inte spontant utanför den livsmiljön.

symbios hänvisas till när förhållandet mellan två eller flera levande arter ger fördelar för minst en av dem, utan att det påverkar någon av de andra3. För värdindividen är närvaron av mikrobiota inte nödvändig för livet, men det har en viktig inverkan på deras fysiologi. Däggdjur uppvuxna under experimentella förhållanden av total asepsis och förvärvar därför inte sin naturliga flora har onormal utveckling. Tabell i visar skillnaderna mellan djuret som odlas i total asepsis, bakteriefri och djuret som har en konventionell flora, det vill säga spontant förvärvad. Vi vet inte tydligt de mekanismer som ger upphov till var och en av dessa skillnader, men den stora anatomofysiologiska återverkan av symbiosen mellan värden och dess flora är uppenbar.

dynamiken i förhållandet mellan levande varelser har inte en gräns definierad och stabil mellan symbios och patogenicitet, så att balansen kan förändras och under vissa omständigheter är vissa delar av floran orsaken till sjukdomen till huusped3.

sammansättning av floran

bakterieflora förvärvas omedelbart efter födseln. Ursprungligen koloniserar olika aeroba släkter matsmältningskanalen, särskilt enterobakterier typ Escherichia coli och även olika arter av släktet Lactobacillus. Dessa förbrukar syre från miljön och gradvis etableras ett mikrosystem där det finns en överväldigande övervägande av tvingade anaeroba arter, särskilt bakteroider, clostridier, eubakterier och bifidobakterier. Vid 2 års ålder är den etablerade floran redan praktiskt definitiv, medan den vanligtvis är mycket stabil under individens liv1.

mycket intresse har givits till händelser som kan påverka initial kolonisering.4,5 den nyfödda förvärvar floran i sin omedelbara miljö. Skillnader har observerats mellan barn födda av kejsarsnitt och barn födda vaginalt. Det finns skillnader i den nyfödda floran från fattiga länder och rika länder. Amning verkar spela en viktig roll vid överföring av bakterieflora, i motsats till näring genom artificiell mjölk. Mamman överför sina egna bakterier, samtidigt som de överför de nödvändiga immunförsvarselementen mot samma bakterier genom amning (specifika antikroppar av IgA-typ, medfödda immunitetsmolekyler etc.) 6. Eftersom den nyfödda har en mycket dålig immunitet på grund av systemets omogenhet och frånvaron av mekanismer associerade med immunminne anses det vara mycket viktigt att förvärvet av bakterier och försvarsmekanismer kommer från samma källa. Det har observerats att barn som tillbringar de första nätterna i livet separerade från sina mödrar har en högre förekomst av allergier. Skillnaden mellan bakterier och immunbristelementen som förvärvats av den nyfödda kan spela en viktig roll i patogenesen av vissa immuninflammatoriska sjukdomar i vuxenlivet.7

anaerob släkt dominerar i den vuxna floran. Floraens sammansättning har traditionellt studerats genom mikrobiologisk odling av prover av heses8 (tabell II). Med odlingsmetoderna kan övergående förändringar i floraens sammansättning erkännas härledda från användningen av antibiotika eller i förhållande till kostförändringar, men de är reversibla förändringar1. En hög andel bakteriearter kan emellertid inte odlas, så de kan observeras under ett mikroskop, men deras fenotypiska egenskaper har inte beskrivits.9,10 molekylärbiologiska metoder erbjuder en ny teknik som kommer att vara mycket användbar för att övervinna dessa begränsningar och främja vår kunskap om flora. Nya studier baserade på analysen av bakteriegenomet har identifierat en stor andel bakteriestammar som aldrig har beskrivits och dessutom föreslås att varje individ har genetiskt unika stammar och skiljer sig från andra individer10, 11. Om några år kommer molekylärbiologi att tillhandahålla tillförlitliga metoder för identifiering och kvantifiering av bakterier, och vi kommer förmodligen att få ny och mycket mer fullständig information om sammansättningen av flora12 (tabell III).

av floran

det finns tre primära funktioner i tarmmikrofloran: a) funktioner av näring och metabolism, som ett resultat av floraens biokemiska aktivitet; b) skyddande funktioner som förhindrar invasion av patogena mikroorganismer och c) trofiska funktioner på proliferation och differentiering av tarmepitelet och på utveckling och modulering av immunsystemet (tabell IV).

Kolonljuskolonisering ger ett stort antal gener som kodar för olika proteiner och enzymer och tillhandahåller biokemiska resurser som inte finns i det mänskliga genomet. Sammantaget utgör bakterierna i tjocktarmen ett metaboliskt organ, som liknar levern, där bakteriella enzymer verkar på substrat i tarmlumen och genererar en stor mångfald av produkter. Floraens huvudsakliga metaboliska funktion är jäsning av icke-smältbara dietrester och slem som produceras av tarmepitelet. Metabolisk energi återvinns och vissa vitaminer syntetiseras. 13,14 Fermentering av kolhydrater kan gynna absorptionen av joner i cecum, särskilt kalcium, som nämnts i artikeln av Bongers och Van den Heuvel publicerad i samma nummer av tidskriften. Vi vet att jäsning av kolhydrater leder till generering av kortkedjiga fettsyror som har trofiska effekter på tarmepitelet.13 Smörsyraproduktion är den huvudsakliga energikällan för kolonepitelet. Produktionen av ättiksyra och propionsyra är involverad i regleringen av leverglukosmetabolism, minskar postprandial glykemi och insulinrespons. Denna mekanism verkar gynna cellulär känslighet för insulin15 och kan förhindra utvecklingen av insulinresistens och typ 2 diabetes mellitus.

floran bosatt i matsmältningsorganet skyddar mot invasionen av patogena mikroorganismer genom den så kallade “barriäreffekten”. Denna egenskap hos floran är mycket relevant för förebyggande av infektionssjukdomar i värden. Det finns resistens mot kolonisering av exogena bakterier och överväxt av opportunistiska arter som bor i tjocktarmen men vars tillväxt styrs av jämvikt med andra arter förhindras också. Således kan till exempel användningen av vissa antibiotika förändra ekosystemet och gynna övervägande av subdominanta arter, såsom Clostridium difficile, associerad med en allvarlig sjukdom såsom pseudomembranös kolit.

barriäreffekten beror på det faktum att den inhemska floran upptar de tillgängliga ekologiska nischerna och hanterar, förbrukar och uttömmer alla resurser. Till exempel har Bacteroides thetaiotaomicron visat sig konsumera fukos producerad av värdepitelet men kan också kontrollera genuttryck i epitelceller och reglera fukosproduktion. Detta förhindrar överproduktion av denna resurs, som kan användas av andra patogena eller åtminstone opportunistiska bakterier. 16 Dessutom kan bakterier hämma tillväxten av andra bakterier genom att producera bakteriociner, som är naturliga ämnen med antimikrobiell effekt17,18. Många arter i mag-tarmkanalen kan producera bakteriociner. Dessa ämnen är känsliga för proteaser i matsmältningskanalen, så värdindividen kan kontrollera sin produktion.

den mikrobiella floran i matsmältningskanalen har viktiga funktioner för proliferation och differentiering av tarmepitelet. Djur som föds upp i bakteriefritt medium har en låg grad av kolonepitelreplikation19. Dessutom visar experiment med djur som är monoassocierade med en bakterie hur vissa stammar påverkar epitelcelldifferentiering.20 trofiska funktioner på epitelet kan vara viktiga för att studera floraens roll i patogenesen av kolorektal cancer.

utveckling och mognad av immunsystemet

Däggdjur uppvuxna under experimentella förhållanden av total asepsis utvecklar normalt inte sin immunitet.21 De har en brist på immunoglobuliner, både i tarmlumen och i perifert blod. Det är uppenbart att immunsystemet mognar runt matsmältningskanalen, vilket är den stora kontaktytan med omvärlden. Hos en vuxen människa är 80-85% av de immunkompetenta cellerna belägna i slemhinnan i matsmältningsröret22. Det finns miljontals interaktioner mellan bakterier, epitel och underliggande immunvävnad, som gradvis programmerar och modulerar resurserna för ett mycket kraftfullt, mycket komplext och mycket komplett försvarssystem.19,23 Till exempel detekteras också bristen på mognad av immunsystemet eftersom toleransfenomenet normalt inte utvecklas hos bakteriefria djur. Exponering för antigener via matsmältningskanalen inducerar normalt tolerans mot dessa antigener. Denna egenskap hos slemhinnans immunsystem förekommer inte, eller verkar bristfällig, hos djur som föds upp under bakteriefria24 förhållanden. Dr. Borruel utvecklar detta ämne i stor utsträckning i ett annat kapitel i detta nummer av tidskriften.

floran som orsak till sjukdomar

vissa delar av floran eller deras aktiviteter kan orsaka sjukdomar för värden under vissa omständigheter.2 bakteriell translokation är passagen av livskraftiga bakterier genom epitelet i mag-tarmslemhinnan.25 efter att ha passerat barriären kan bakterier migrera genom lymfen och nå extra-intestinala platser, såsom mesenteriska noder, lever eller mjälte. Om bakterierna kan spridas genom blodomloppet i tillräcklig mängd kan de orsaka mycket allvarliga tillstånd, såsom sepsis, multiorgansvikt och död. Soriano och Guarner beskriver i ett annat kapitel i detta tillskott de kliniska tillstånden i samband med bakteriell translokation och huvudorsakerna till denna komplikation och granskar de terapeutiska alternativen. En annan sjukdom relaterad till floradysfunktion är diarre associerad med användning av antibiotika. Överväxten av vissa arter, såsom Clostridium difficile, kan vara källan till allvarliga tillstånd, såsom pseudomembranös kolit.26

under de senaste åren har särskild uppmärksamhet ägnats åt det möjliga förhållandet mellan flora och immunsystemdysfunktioner.27 I utvecklade samhällen har förekomsten av infektionssjukdomar minskat väsentligt under andra hälften av det tjugonde århundradet, och denna observation gäller både för sjukdomar av bakteriell etiologi (tuberkulos, reumatisk feber, tyfus, brucellos) och för sjukdomar av viralt ursprung (hepatit A, mässling, kusma). Parallellt har förekomsten av allergier och vissa sjukdomar med en autoimmun komponent, såsom multipel skleros, typ 1-diabetes mellitus och inflammatoriska tarmsjukdomar (Crohns sjukdom och ulcerös kolit) blivit så viktig. Även om dessa sjukdomar har en genetisk komponent är det uppenbart att miljöfaktorernas bidrag måste spela en mycket viktig roll för att förändra trender på kort sikt. Hypotesen om överdriven hygien tyder på att bristen på exponering för bakteriella medel från en tidig ålder kan ligga till grund för denna växande tendens till uppkomsten av immunsystemdysfunktioner, inklusive allergier, Crohns sjukdom, typ 1 diabetes mellitus, multipel skleros och icke-hodgkinian lymfom.27

vid inflammatoriska tarmsjukdomar tyder många kliniska och experimentella data på att tarminflammation beror på ett förvärrat svar på element i den autologa floran. Avledningen av fekalinnehållet eller steriliseringen av kolonljuset uppnår en viktig inflammatorisk remission, både i experimentella modeller och i interventionsstudier hos patienter28-31. Det har visats att immunsystemet är sensibiliserat för själva floran hos patienter med Crohns sjukdom eller ulcerös kolit, i motsats till kontrollpopulationen.32,33 det är mycket intressant att in vitro kan vissa bakterieelement inducera antiinflammatoriska mekanismer i inflammerad tarmvävnad hos patienter med Crohns Sjukdom34. Om de rätta förhållandena uppnås in vivo kan bakterieterapi ge viktiga fördelar för behandlingen av inflammatorisk tarmsjukdom, vilket redan har visats i “pouchitis”35.

tarmflora spelar en viktig roll i patofysiologin för koloncancer, som granskats i djupet i kapitlet Burns and Rowland inom detta tillägg. Det epidemiologiska förhållandet mellan diet och koloncancer har erkänts i flera år, men dessutom har det under det senaste decenniet erhållits bevis som tyder på att tarmfloran skulle vara den viktigaste miljöfaktorn på grund av dess förmåga att generera ämnen med cancerframkallande potential från resterna av kosten. Å andra sidan har vissa bakterier identifierats som hämmar utvecklingen av maligna kolontumörer inducerade experimentellt av kemiska cancerframkallande ämnen. Dessutom har vissa kliniska studier på frivilliga visat effekten av en bifidobakteriestam för att minska enzymaktiviteterna i feces som är relaterade till generering av cancerframkallande ämnen.36 därför kommer användningen av fördelaktiga bakterier sannolikt att spela en viktig roll i förebyggandet av koloncancer, särskilt i grupper av människor som har riskfaktorer associerade med koloncancer (polypos, familjehistoria etc.).

probiotika och prebiotika

många vetenskapliga bevis har visat att vissa bakteriestammar kan ge specifika hälsofördelar37. Med detta har ett nytt koncept införts: probiotika är levande mikroorganismer som, när de intas i tillräckliga mängder, ger fördelaktiga hälsoeffekter, som läggs till deras rent näringsvärde.38 Det finns omfattande dokumentation om användningen av många bakteriestammar för att inducera fördelaktiga effekter i djurmodeller, och utsikterna att identifiera deras tillämpningar för att främja människors hälsa öppnas. Ett annat begrepp som framträder är prebiotika39. Prebiotika är icke-smältbara livsmedelsingredienser som selektivt främjar tillväxten och aktiviteten hos ett begränsat antal bakteriearter. På ett karakteristiskt sätt är prebiotika icke-smältbara kolhydrater som, efter deras transitering genom tunntarmen, når tjocktarmen praktiskt taget utan någon modifiering. Bakterierna i den inhemska floran som har lämpliga metaboliska enzymer för att konsumera dessa kolhydrater har möjlighet att proliferera selektivt tack vare det specifika energibidrag de får från dessa substrat. Konceptet är mycket attraktivt och flera ämnen har identifierats som gynnar spridningen av laktobaciller eller bifidobakterier. Dr. Sastre studerar djupt möjligheterna med detta koncept i en annan artikel i detta tillägg.

effekten av probiotika och prebiotika för att främja specifika aspekter av människors hälsa bör demonstreras i kontrollerade studier. När det gäller probiotika baseras varje studie på en specifik bakteriestam och dess resultat bör inte extrapoleras till andra stammar. När det gäller prebiotika är det också mycket viktigt att kontrollera att de främjar tillväxten av bakteriearter som anses vara fördelaktiga för kroppen.

ett betydande antal kliniska studier har visat nyttan av flera probiotika vid förebyggande och behandling av diarre. De publicerade verken avser främst barndomsdiarre orsakad av rotavirus, som kan förebyggas eller till och med behandlas med probiotika,40, 41 Men data om akut diarre orsakad av andra smittämnen har också publicerats. Flera kontrollerade kliniska studier har visat att vissa probiotika kan förhindra diarre i samband med antibiotikaanvändning42. Artikeln av Tojo Sierra, Leis Trabazo och Tojo Gonz Jacoblez i detta nummer av tidningen ägnar särskild uppmärksamhet åt denna fråga. Effekten av de levande bakterierna i yoghurt vid behandling av tecken och symtom som följer med laktosintolerans är också väl demonstrerad, 43 som är föremål för det speciella bidraget till detta tillskott av Labayen och Marttuberniz.

det faktum att Däggdjur uppvuxna under bakteriefria förhållanden uppvisar höga kolesterolnivåer i perifert blod tyder på att lipidmetabolism kan påverkas av förändringar i flora. Dr Ros har noggrant granskat dessa aspekter för detta tillägg.

slutsatser

Flora har en viktig inverkan på värdens fysiologi och patologi. Probiotika och prebiotika förbättrar floraens ekologiska balans, förbättrar dess fördelaktiga funktioner och kontrollerar dess eventuella skadliga influenser. För närvarande är detta ett område som fortfarande kräver mycket grundläggande och klinisk forskning för att verifiera konsistensen i det stora utbudet av potentiella applikationer som förutses. Tillkomsten av ny molekylärbiologisk teknik för mikrobiologisk studie av flora och framsteg i vår kunskap om mekanismerna som är involverade i tarmimmunitet kommer utan tvekan att vara avgörande.

mikrofloran eller mikrobioten är kollektiviteten hos mikrobiella samhällen som befolkar slemhinnorna hos en värdindivid, även kallad värd. Varje mänsklig individ är hem för cirka 100 miljarder bakterier från cirka 400 olika arter.1,2 i magsaft är innehållet av bakterier relativt lågt, cirka 1000 bakterier per milliliter, och detta beror på mediets surhet. Koncentrationen av bakterier växer…

mikrofloran eller mikrobioten är kollektiviteten hos mikrobiella samhällen som befolkar slemhinnorna hos en värdindivid, även kallad värd. Varje mänsklig individ är hem för cirka 100 miljarder bakterier från cirka 400 olika arter.1,2 i magsaft är innehållet av bakterier relativt lågt, cirka 1000 bakterier per milliliter, och detta beror på mediets surhet. Koncentrationen av bakterier växer…

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.