Адам терісі мен биосұйықтықтарындағы микроорганизмдер

Кіріспе

Адам микробиомасы – адам тіндері мен биосұйықтықтарында және олардың анатомиялық орналасқан жерлерінде қоныстанған барлық микробиоталардың жиынтығы, алайда, адам метагеномы термині де осы мағынаны білдіреді. Адам денесінде көптеген микроорганизмдер бар, олардың саны адам жасушаларының санымен шамамен бірдей. Адамдарда қоныстанған кейбір микроорганизмдер – комменсал, яғни олар адамға зиян келтірмей бірге өмір сүреді; ал басқалары адам иесімен өзара тиімді қарым-қатынаста болады. Керісінше, кейбір патогенді емес микроорганизмдер өндіретін метаболиттер арқылы адам иесіне зиян келтіруі мүмкін, мысалы, триметиламин, оны адам денесі FMO3 ферменті арқылы тотықтырып триметиламин N оксидіне айналдырады. Кейбір микроорганизмдер адам иесі үшін пайдалы екені белгілі жұмыстарды атқарады, бірақ олардың көпшілігінің рөлі толыққанды түсініксіз. Қалыпты жағдайларда ауру тудырмайтын және болуы күтілетін микроорганизмдер кейде қалыпты флора немесе қалыпты микробиота деп аталады. Зерттеулер көрсеткендей, нәресте кезіндегі ішек микробиотасының құрамына босану жолы, ана сүтімен тамақтану және қоршаған орта факторларының әсері сияқты түрлі факторлар ықпал етеді. Ана сүтінде пайдалы бактериялардың бірнеше түрлері және потенциалды пробиотиктер бар. Зерттеулер ерте жастағы сау микробиотаның иммундық жүйенің дамуын қолдау, метаболизмді реттеу және патогенді микроорганизмдерден қорғау сияқты пайдалы әсерлерін көрсетті. Адам микробиотасы мен ерте жастағы денсаулық арасындағы күрделі өзара әрекеттестікті түсіну, микробиотаның оңтайлы дамуын қолдау және жеке тұлғалардың жалпы денсаулық деңгейін жақсарту үшін араласулар мен стратегияларды әзірлеу үшін маңызды. Адам микробиомасы жобасы (АМЖ) адам микробиомасының геномын тізбектеуге кірісті, әсіресе теріде, ауызда, мұрында, ас қорыту жолында және қынапта қоныстанған микробиомаларға баса назар аударды.

Терминология

Флора немесе микрофлора деп кеңінен танылғанымен, бұл техникалық жағынан қате атау, себебі "флора" сөзінің түбірі өсімдіктерге қатысты, ал "биота" – белгілі бір экожүйедегі барлық организмдердің жиынтығын білдіреді. Жақында ғылыми айналымда "микробиота" термині жиі қолданыла бастады, алайда бұл бактериялар және басқа микроорганизмдерге қатысты "флора" терминінің орнықты қолданылуын және танылуын толығымен ығыстырған жоқ. Екі термин де түрлі ғылыми еңбектерде қолданылып келеді. Бактериялық гендердің саны шамамен 2 миллионға жетеді, бұл 20 мыңға жуық адам генінің санынан 100 есе артық.

Зерттеу

Адам микробиомын зерттеу мәселесі – бактериялар, эукариоттар және вирустарды қамтитын микробтық қауымдастықтың құрамын анықтау болып табылады. Бұл негізінен дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНК) негізіндегі зерттеулер арқылы жүзеге асырылады, бірақ рибонуклеин қышқылы (РНК), ақуыз және метаболиттерге негізделген зерттеулер де жүргізіледі. ДНК-ға негізделген микробиом зерттеулері әдетте мақсатты ампликондық зерттеулер немесе, соңғы кезде, толық геномдық (shotgun metagenomic) зерттеулер ретінде жіктеледі. Алғашқысы белгілі маркерлік гендерге назар аударады және негізінен таксономиялық ақпарат береді, ал екіншісі – қауымдастықтың функционалдық мүмкіндіктерін зерттеуге де қолданылатын толық геномдық тәсіл. Адам микробиомының құрамын анықтаудан өзге, осы микробиомға қатысты маңызды сұрақтардың бірі – барлық адамдар арасында ортақ болатын, яғни «орындық» қауымдастық бар ма деген сұрақ. Егер орындық болса, онда белгілі бір қауымдастық құрамын аурулармен байланыстыру мүмкін болады, бұл HMP жобасының мақсаттарының бірі. Адам микробиомының (мысалы, ішек микробиотасы) бір адам ішінде де, әртүрлі адамдар арасында да өте өзгермелі екені белгілі, және осы құбылыс егешқұйрықтарда да байқалады. Сонымен қатар, бұл зерттеулердің нәтижелері Public Library of Science (PLoS) журналында бір күні жарияланды. Геномдық секвенирлеу әдістерін қолдана отырып, сау адамдардың қалыпты микробтық құрамын анықтау арқылы HMP зерттеушілері анықтамалық дерекқор жасады және адамдардағы қалыпты микробтық өзгерістердің шегін белгіледі. 242 сау АҚШ еріктісінен ауыз, мұрын, тері, ішек (дәрет), және қынап сияқты 15 (еркектер) және 18 (әйелдер) дене бөлігінен 5000-нан астам үлгі алынды. Барлық ДНК, адам және микробтық ДНК, ДНК секвенирлеу машиналарымен талданды. Микробтық геномдық деректер бактерияға тән рибосомалық РНК, 16S рРНК-ны анықтау арқылы бөліп алынды. Зерттеушілер адам экожүйесінде 10 000-нан астам микробтық түр бар екенін және олар тұқымдардың 81-99% -ын анықтағанын есептеді.

The problem of elucidating the human microbiome is essentially identifying the members of a microbial community, which includes bacteria, eukaryotes, and viruses. This is done primarily using deoxyribonucleic acid (DNA) based studies, though ribonucleic acid (RNA), protein and metabolite based studies are also performed. DNA based microbiome studies typically can be categorized as either targeted amplicon studies or, more recently, shotgun metagenomic studies. The former focuses on specific known marker genes and is primarily informative taxonomically, while the latter is an entire metagenomic approach which can also be used to study the functional potential of the community. Aside from simply elucidating the composition of the human microbiome, one of the major questions involving the human microbiome is whether there is a "core", that is, whether there is a subset of the community that is shared among most humans. If there is a core, then it would be possible to associate certain community compositions with disease states, which is one of the goals of the HMP. It is known that the human microbiome (such as the gut microbiota) is highly variable both within a single subject and among different individuals, a phenomenon which is also observed in mice. and several journals in the Public Library of Science (PLoS) on the same day. By mapping the normal microbial make up of healthy humans using genome sequencing techniques, the researchers of the HMP have created a reference database and the boundaries of normal microbial variation in humans. From 242 healthy U. S. volunteers, more than 5,000 samples were collected from tissues from 15 (men) to 18 (women) body sites such as mouth, nose, skin, lower intestine (stool), and vagina. All the DNA, human and microbial, were analyzed with DNA sequencing machines. The microbial genome data were extracted by identifying the bacterial specific ribosomal RNA, 16S rRNA. The researchers calculated that more than 10,000 microbial species occupy the human ecosystem, and they have identified 81–99% of the genera.

Өңдеуден кейінгі талдау

Статистикалық талдау алынған нәтижелерді тексеру үшін қажет (ANOVA топтар арасындағы айырмашылықты анықтау үшін қолданылуы мүмкін); егер ол графикалық құралдармен бірге қолданылса, нәтиже оңай көрініс табады және түсінікті болады. Метагеном құрастырылғаннан кейін, микробиомның функционалдық мүмкіндіктерін болжауға болады. Осы талдау түрінің есептеулік қиындықтары жеке геномдарға қарағанда жоғары, себебі әдетте метагеномдарды құрастырушылардың сапасы нашар болады, сондай-ақ көптеген анықталған гендер толық емес немесе фрагменттелген болып келеді. Генді анықтау кезеңінен кейін, алынған деректерді мақсатты гендерді ортологтар базасына көп рет сәйкестендіру арқылы функционалдық түсіндіру үшін пайдалануға болады.

Маркерлік гендік талдау

Бұл – белгілі бір генетикалық аймақты нысанаға алу үшін праймерлерді пайдаланатын және микроорганизмдердің филогенетикасын анықтауға мүмкіндік беретін әдіс. Генетикалық аймақ, толық сәйкестендіруді қамтамасыз ететін жоғары өзгергіш аймақпен сипатталады; ол ПТР-да қолданылатын праймерлер үшін байланыс орындары ретінде қызмет ететін консервацияланған аймақтармен шектеледі. Бактериялар мен археяларды сипаттау үшін негізгі ген – 16S рРНК гені, ал саңырауқұлақтарды анықтау – Ішкі Транскрипцияланған Аралық (ITS) негізінде жүзеге асырылады. Бұл әдіс жылдам және көп шығын талап етпейді, микробиологиялық үлгілерді төмен ажыратымдылықпен жіктеуге мүмкіндік береді; бұл, иесінің ДНК-сымен ластанған үлгілер үшін тиімді. Праймердің ДНК тізбектеріне деген туыстығы әртүрлі болуы мүмкін, бұл күшейту реакциясы кезінде қателіктерге алып келуі мүмкін; шындығында, аз мөлшердегі үлгілер күшейту қателіктеріне осал, себебі басқа ластанушы микроорганизмдер ПТР циклдерінің саны артқан жағдайда артық өкілдік етеді. Сондықтан, праймерді таңдауды оңтайландыру мұндай қателіктерді азайтуға көмектеседі, бірақ бұл үлгідегі микроорганизмдер мен олардың салыстырмалы мөлшерін толық білуді қажет етеді. Маркерлік гендік талдау праймер таңдауына тәуелді болуы мүмкін; мұндай талдау үшін жақсы расталған протоколды (мысалы, Жер Микробиомы Жобасында қолданылатын) пайдалану ұсынылады. Маркерлік гендік ампликонды талдаудың алғашқы қадамы – секвенирлеу қателіктерін жою болып табылады; көптеген секвенирлеу платформалары өте сенімді, бірақ көрінетін тізбектердің әртүрлілігінің көп бөлігі әлі де секвенирлеу процесіндегі қателіктерге байланысты. Бұл құбылысты азайту үшін алғашқы тәсіл – тізбектерді Операциялық Таксономиялық Бөлімшелерге (OTU) топтастыру: бұл процесс ұқсас тізбектерді (әдетте 97% ұқсастық шегі қолданылады) қосымша талдау қадамдарында қолданылатын бір ерекшелікке біріктіреді; алайда, бұл әдіс SNP-ларды жояды, себебі олар бір OTU-ға топтастырылады. Тағы бір тәсіл – олиготиптеу, ол 16S рРНК тізбегінен кіші нуклеотидтік өзгерістерді анықтау үшін орналасуға қатысты ақпаратты қамтиды және жақын туысқан таксондарды ажыратады. Бұл әдістер OTU-дан гөрі ДНК тізбектерінің кестесін және әр үлгідегі әртүрлі тізбектердің санын шығарады.

It is a technique that exploits primers to target a specific genetic region and enables to determine the microbial phylogenies. The genetic region is characterized by a highly variable region which can confer detailed identification; it is delimited by conserved regions, which function as binding sites for primers used in PCR. The main gene used to characterize bacteria and archaea is 16S rRNA gene, while fungi identification is based on Internal Transcribed Spacer (ITS). The technique is fast and not so expensive and enables to obtain a low resolution classification of a microbial sample; it is optimal for samples that may be contaminated by host DNA. Primer affinity varies among all DNA sequences, which may result in biases during the amplification reaction; indeed, low abundance samples are susceptible to overamplification errors, since the other contaminating microorganisms result to be over represented in case of increasing the PCR cycles. Therefore, the optimization of primer selection can help to decrease such errors, although it requires complete knowledge of the microorganisms present in the sample, and their relative abundances. Marker gene analysis can be influenced by the primer choice; in this kind of analysis, it is desirable to use a well validated protocol (such as the one used in the Earth Microbiome Project). The first thing to do in a marker gene amplicon analysis is to remove sequencing errors; a lot of sequencing platforms are very reliable, but most of the apparent sequence diversity is still due to errors during the sequencing process. To reduce this phenomenon a first approach is to cluster sequences into Operational taxonomic unit (OTUs): this process consolidates similar sequences (a 97% similarity threshold is usually adopted) into a single feature that can be used in further analysis steps; this method however would discard SNPs because they would get clustered into a single OTU. Another approach is Oligotyping, which includes position specific information from 16s rRNA sequencing to detect small nucleotide variations and from discriminating between closely related distinct taxa. These methods give as an output a table of DNA sequences and counts of the different sequences per sample rather than OTU.

Экологиялық желілерді талдау

Микробтық қауымдастықтар өте күрделі динамикада дамиды, оларды экожүйе ретінде қарастырып, талдауға болады. Микробтар арасындағы экологиялық өзара әрекеттесу олардың өзгеруін, тепе-теңдігін және тұрақтылығын анықтайды және оны популяциялық динамикалық модельмен бейнелеуге болады. Микробиоманың экологиялық ерекшеліктерін зерттеу қарқынды түрде дамып, микробиоманың негізгі қасиеттерін түсінуге мүмкіндік береді. Микробтық қауымдастықтардың жатқандағы принциптерін түсіну, тұрақсыз микробтық қауымдастықтармен байланысты ауруларды емдеуге көмектеседі. Маңызды мәселе – әртүрлі микробтық қауымдастықтарға ие әртүрлі адамдардағы микробтық динамиканың бірдей болатыны. Көбейіп келе жатқан деректер мен көрсеткіштер осы динамиканың шын мәнінде жалпыға ортақ екенін дәлелдейді. Бұл сұрақ – ғалымдарға адам микробиомының күрделі динамикасына негізделген емдеу стратегияларын жасауға мүмкіндік беретін алғышқы қадам. Адам микробиомының динамикасын бақылауға бағытталған араласу стратегияларын әзірлеу үшін ескеру қажетті маңызды қасиеттер де бар. Микробтық қауымдастықтарды бақылауға қол жеткізу өте ауыр және зиянды ауруларды жеңуге әкелуі мүмкін.

Бактериялар

Микробтар (бактериялар мен ашытқылар сияқты) дененің әртүрлі бөліктеріндегі тері мен шырышты қабаттарда қоныстанған. Олардың атқаратын рөлі қалыпты, салауатты адам физиологиясының бір бөлігі болып табылады. Алайда, микробтардың саны әдеттегі көрсеткіштен асып кетсе (көбінесе иммундық жүйенің нашарлауына байланысты) немесе микробтар (мысалы, нашар гигиена немесе жарақат салдарынан) әдетте қоныстанбаған немесе стерильді емес дене аймақтарын (мысалы, қан, төменгі тыныс жолдары немесе іш қуысы) мекендесе, ауру туындауы мүмкін (сәйкесінше, бактериемия/сепсис, пневмония және перитонит). Адам микробиомы жобасы адам организмінде мыңдаған бактерия түрлері бар екенін анықтады, сонымен қатар әртүрлі дене бөліктерінде өзіндік ерекше қауымдастықтар қалыптасады. Тері мен кіндік қуысы микробиомы ауыз және ішек микробиомына қарағанда азырақ түрлілікке ие, ал олардағы түрлілік ең жоғары деңгейде. Денедегі белгілі бір аймақтағы бактериялар әр адамда әртүрлі болады, олардың саны ғана емес, түрлері де өзгеше. Ауыз қуысының барлық жерінде кездесетін бір түрдегі бактериялардың бірнеше субтипі бар, олар ауыздың әртүрлі бөліктерінде өмір сүруге бейім. Тіпті адам ішегіндегі энтеротиптер, бұрын жақсы зерттелген деп есептелген, кең спектрлі қауымдастықтардан тұрады және таксономдық шекаралары шашыраңқы. Адам ішегінде 500-ден 1000-ға дейін бактерия түрлері бар деген болжам бар, бірақ олар негізінен бірнеше ғана типке жатады: Bacillota және Bacteroidota басым, сонымен қатар Pseudomonadota, Verrucomicrobiota, Actinobacteriota, Fusobacteriota және "Cyanobacteria" да кездеседі. Actinomyces viscosus және A. naeslundii сияқты бактериялардың бірнеше түрі ауызда тіршілік етеді, олар жабысқақ зат – тіс қабығының құрамына кіреді. Егер тіс қабығы тазартылмаса, ол қатаңдалып, тасқа айналады. Бұл бактериялар тіс эмалін ерітетін қышқылдарды да бөліп шығарады, соның салдарынан тіс шіріп кетеді. Кіндік қуысы микрофлорасы негізінен лактобацилла түрлерінен тұрады. Бұл түрлердің ішінде ең көп таралғаны Lactobacillus acidophilus деп ұзақ уақыт саналып келді, бірақ кейін L. iners шын мәнінде ең көп таралғаны, ал одан кейін L. crispatus екені анықталды. Кіндік қуысында тағы да L. jensenii, L. delbruekii және L. gasseri сияқты лактобациллалар табылады. Кіндік қуысы флорасының бұзылуы бактериялық вагиноз және кандиазис сияқты инфекцияларға алып келуі мүмкін.

Populations of microbes (such as bacteria and yeasts) inhabit the skin and mucosal surfaces in various parts of the body. Their role forms part of normal, healthy human physiology, however if microbe numbers grow beyond their typical ranges (often due to a compromised immune system) or if microbes populate (such as through poor hygiene or injury) areas of the body normally not colonized or sterile (such as the blood, or the lower respiratory tract, or the abdominal cavity), disease can result (causing, respectively, bacteremia/sepsis, pneumonia, and peritonitis). The Human Microbiome Project found that individuals host thousands of bacterial types, different body sites having their own distinctive communities. Skin and vaginal sites showed smaller diversity than the mouth and gut, these showing the greatest richness. The bacterial makeup for a given site on a body varies from person to person, not only in type, but also in abundance. Bacteria of the same species found throughout the mouth are of multiple subtypes, preferring to inhabit distinctly different locations in the mouth. Even the enterotypes in the human gut, previously thought to be well understood, are from a broad spectrum of communities with blurred taxon boundaries. It is estimated that 500 to 1,000 species of bacteria live in the human gut but belong to just a few phyla: Bacillota and Bacteroidota dominate but there are also Pseudomonadota, Verrucomicrobiota, Actinobacteriota, Fusobacteriota, and "Cyanobacteria". A number of types of bacteria, such as Actinomyces viscosus and A. naeslundii, live in the mouth, where they are part of a sticky substance called plaque. If this is not removed by brushing, it hardens into calculus (also called tartar). The same bacteria also secrete acids that dissolve tooth enamel, causing tooth decay. The vaginal microflora consist mostly of various lactobacillus species. It was long thought that the most common of these species was Lactobacillus acidophilus, but it has later been shown that L. iners is in fact most common, followed by L. crispatus. Other lactobacilli found in the vagina are L. jensenii, L. delbruekii and L. gasseri. Disturbance of the vaginal flora can lead to infections such as bacterial vaginosis and candiadiasis.

Археялар

Археялар адам ішегінде кездеседі, бірақ осы органдағы бактериялардың мол түрлілігіне қарағанда, архея түрлерінің саны айтарлықтай шектеулі. Басым топ – метаногендер, әсіресе Methanobrevibacter smithii және Methanosphaera stadtmanae. Дегенмен, метаногендермен қоныстану өзгереді және адамдардың шамамен 50% ғана осы организмдердің анықтауға оңай түсетін популяциясына ие. 2007 жылға дейін археялық патогендердің нақты мысалдары белгілі болған жоқ, алайда кейбір метаногендер мен адамның кездейсоқ иек ауруы арасында байланыс бар деген болжам бар. Метанға басымдық беретін ұсақ ішек бактерияларының (SIBO) шамадан тыс өсуіне көбінесе метаногендер, әсіресе Methanobrevibacter smithii себеп болады.

Саңырауқұлақтар

Саңырауқұлақтар, әсіресе ашытқылар, адам ішегінде болады. Бұл саңырауқұлақтардың ішінде Candida түрлері ең көп зерттелген, себебі олар иммундық жүйесі әлсіреген және тіпті дені сау адамдарда да ауру тудыруға қабілетті.

Вирустар

Вирустар, әсіресе бактериялық вирустар (бактериофагтар) денедегі әртүрлі аймақтарды қоныстандырады. Бұл қоныстанған аймақтарға тері, ішек, өкпе және ауыз қуысы кіреді. Вирустық қауымдастықтар кейбір аурулармен байланыстырылған және бактериялық қауымдастықтардың ғана көрінісі емес. 2024 жылдың қаңтарында биологтар адам микробиомында "обэлисктер" – вироидтарға ұқсас элементтердің жаңа класын және олармен байланысты "облиндер" – протеин тобын тапқандарын хабарлады.

Тері

Он адамның терісінің әрқайсысынан алынған 20 нүктедегі зерттеулер 19 бактериялық филумының 205 анықталған туысын көрсетті, олардың көп бөлігі төрт филумға жатты: Актиномицетота (51,8%), Бациллота (24,4%), Псевдомонадота (16,5%) және Бактероидота (6,3%). Сау адам терісінде көптеген саңырауқұлақ туыстары кездеседі, олардың саны дене аймақтарына байланысты өзгереді; бірақ патологиялық жағдайларда, кейбір туыстар зардап шеккен аймақта басымдық танытады. Саңырауқұлақ туыстарының ішінде Candida, Aspergillus және Penicillium бар. Кесарев тілімі арқылы немесе тегіс жолмен босанған балалардың ішек микробиотасының құрамына да әсер етеді. Тегіс жолмен туған нәрестелерде анасының ішегіндегідей, зиянсыз, пайдалы ішек микробиотасы болады. Ал кесарев тілімімен туған балалардың ішегінде Escherichia coli және Staphylococcus сияқты патогенді бактериялар көптеп табылады және пайдалы, зиянсыз ішек микробиотасының қалыптасуына көбірек уақыт қажет. Кейбір ішек микробиотасы мен адам арасындағы қарым-қатынас тек бір-бірімен өзара әрекеттесу ғана емес, сонымен қатар өзара тиімді қарым-қатынас болып табылады. Олар шығаратын SCFA және басқа да қосылыстардың жүйелік маңызы гормондарға ұқсас, ал ішек флорасының өзі эндокриндік орган сияқты жұмыс істейді.

Адамның ішек микробиотасының құрамы уақыт өте келе, диета өзгергенде және жалпы денсаулық жағдайына байланысты өзгеріп отырады.

Несеп жолы мен көк безі

Ұрық-жігіт жүйесінде микробиота бар сияқты, бұл адамдарда несеп жолдарының инфекциясының белгілері байқалғанда несепте бактерияларды анықтау үшін стандартты клиникалық микробиологиялық егіс әдістерін ұзақ жылдар бойы қолдануды ескере отырып, күтпеген жағдай. Мұндай сынақтардың нәтижесінде бактериялардың табылмауы жиі кездеседі. Көбінесе қолданылатын егіс әдістері қалыпты жағдайда болатын көптеген бактериялар мен басқа микроорганизмдерді анықтамайды. Несеп қуығының, немесе Ұрық-жігіт жүйесінің микробиомын дұрыс бағалау үшін зәр үлгісі тікелей несеп қуығынан алынуы керек, бұл көбінесе катетер көмегімен жасалады.

Ұрық

Вагинальдық микробиота – вагинаны қоныстандыратын түрлер мен туыстар жиынтығы. Бұл микроорганизмдер инфекциялардан қорғау және вагинальдық денсаулықты сақтауда маңызды рөл атқарады. Этническая принадлежность да вагинальдық флораға әсер етеді. Афроамерикалық әйелдерде сутек пероксидін өндіретін лактобациллдердің саны аз, ал вагинальдық pH жоғары болады. Лактобациллдердің азаюына жыныстық қатынас және антибиотиктер сияқты факторлар да себеп болуы мүмкін. Зерттеулер көрсеткендей, презервативпен жыныстық қатынас лактобациллдердің деңгейін өзгертеді және вагинальдық флорада Escherichia coli деңгейін арттырады, бұл кандидоз немесе бактериялық вагиноз сияқты инфекцияларға әкелуі мүмкін. Дегенмен, плацентадағы микробиомның болуы бірнеше зерттеулерде сыналып, даулы мәселе болып қалуда. "Плаценталық микробиом" деп аталатын нәрсе, көбінесе реагенттердің ластануынан туындаған болуы мүмкін, себебі аз биомассасы бар үлгілердің ластануы оңай.

Жатыр

Жақында ғана әйелдердің жоғарғы көбелек мүшелері стерильді орта деп есептелді. Денсаулығы жақсы, ешқандай белгісі жоқ, репродуктивті жастағы әйелдердің жатырында әртүрлі микроорганизмдер қоныстанады. Жатыр микробиомы қын мен асқазан-ішек жолдарының микробиомынан едәуір өзгеше.

Ауыз қуысы

Адам аузындағы орта, онда таралған микроорганизмдердің өсуіне жағдай жасайды. Ол су және қоректік заттардың көзі болып табылады, сондай-ақ қолайлы температураны ұстап тұрады. Ауыз қуысында жиі кездесетін саңырауқұлақтардың түрлеріне Candida, Cladosporium, Aspergillus, Fusarium, Glomus, Alternaria, Penicillium және Cryptococcus жатады. Сөл биофильмнің гомеостазын сақтауда маңызды рөл атқарады, бактериялардың қайтадан қоныстануына және биофильм қабыршақталу арқылы олардың өсуін бақылауға мүмкіндік береді. Бұдан бөлек, ол қоректік заттар мен температураны реттеуге көмектеседі. Биофильмнің орналасқан жері, оның қандай қоректік заттарды сіңіретінін анықтайды. Ауыз бактериялары өз ортасын сезіну және иесінен қашу немесе оны өзгерту үшін механизмдерді дамытқан. Дегенмен, иесінің табиғи қорғаныс жүйесі бактериялардың қоныстануын үнемі қадағалап, жергілікті тіндерге бактериялардың енуіне қарсы тұрады. Тіс эмаліндегі бактериялар мен иесінің табиғи қорғаныс жүйесі арасында динамикалық тепе-теңдік сақталады. Салауатты тепе-теңдік симбиоздық қарым-қатынасты білдіреді, онда ауыз микрофлорасы патогендердің өсуін және жабысуын шектейді, ал иесі олардың дамуы үшін қолайлы ортаны қамтамасыз етеді. Патогендердің пародонтта қоныстануы, артық иммундық жауапқа алып келіп, тіс пен қызыл иек арасындағы кеңістіктің тереңдеуіне – пародонт қалтасының пайда болуына себеп болады.

Өкпе

Ауыз қуысы сияқты, жоғарғы және төменгі тыныс алу жолдары микробтарды жоюға арналған механикалық кедергілерге ие. Шырыш жасушалары микробтарды тұтқындап, оларды үнемі қозғалатын кірпікшелі эпителий жасушалары арқылы тыныс алу жүйесінен сыртқа шығаратын шырыш өндіреді. Өкпе бактериялық микробиотасы 9 негізгі бактерия туысына жатады: Prevotella, Sphingomonas, Pseudomonas, Acinetobacter, Fusobacterium, Megasphaera, Veillonella, Staphylococcus және Streptococcus. Тыныс алу жолының "қалыпты биотасы" саналатын кейбір бактериялар, әсіресе иммундық қабілеті төмендеген адамдарда, қауыр ауруларды тудыруы мүмкін; оларға Streptococcus pyogenes, Haemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae, Neisseria meningitidis және Staphylococcus aureus жатады. Өкпе микобиомын құрайтын саңырауқұлақ туыстарына Candida, Malassezia, Neosartorya, Saccharomyces және Aspergillus, сондай-ақ басқалары да кіреді. Олардың бактериялық флорасында антибиотиктерге төзімді және жай өсетін бактериялар кездеседі, ал осы патогендердің таралу жиілігі жасқа байланысты өзгереді.

Ауру және өлім

Адам ағзасы қажетті қоректік заттардың көзі ретінде бактериялардың көптеген гендеріне тәуелді. Метагеномдық және эпидемиологиялық зерттеулер адам микробиомының 2-типті қант диабеті мен семіздік, ішек қабыну аурулары, Паркинсон ауруы және тіпті депрессия сияқты психикалық денсаулық мәселелерінен бастап, кең ауқымды аурулардың алдын алудағы маңызды ролін көрсетеді. Ішек микробиотасы мен түрлі бактериялар арасындағы симбиоздық қарым-қатынас адамның иммундық жауабына әсер етуі мүмкін. Ішек микробының метаболиттері 2-типті қант диабетіне себеп болатын факторлар болып табылады. Микробиомға негізделген емдеу әлі бастапқы кезеңде болғанымен, дәріге төзімді C. difficile инфекциясын емдеу және қант диабетімен күресуде үміттендіретін нәтижелер көрсетуде.

Clostridioides difficile инфекциясы

C. difficile бактериясының күшті өрбуі асқазан-ішек жолының инфекциясына алып келеді, бұл әдетте антибиотиктердің қолданылуынан туындаған дисбиозбен байланысты микробиотаның бұзылуынан болады. Антибиотиктердің қолданылуы асқазан-ішек жолындағы пайдалы ішек флорасын жояды, ол патогенді бактериялардың басымдыққа ие болуына қалыпты жағдайда жол бермейді. C. difficile инфекциясын емдеудің дәстүрлі әдісі антибиотиктердің қосымша курсын қамтиды, бірақ тиімділігі шамамен 20-30% құрайды. Сау ішек бактерияларының маңыздылығын түсінген зерттеушілер фекальдық микробиота трансплантациясы (ФМТ) деп аталатын процедураға көшті, онда C. difficile инфекциясы (CDI) сияқты асқазан-ішек ауруларымен азаптанушы пациенттерге сау адамнан алынған фекальдық материал беріледі, осылайша қалыпты ішек микробиотасын қалпына келтіруге үміттеніледі. Фекальдық микробиота трансплантациясы антибиотиктерге көмектеспеген немесе антибиотиктерден кейін ауруы қайталаған CDI-мен ауыратын адамдардың 85-90% үшін тиімді. CDI-мен ауыратын көптеген адамдар бір рет ФМТ жасау арқылы жазылып кетеді.

Қатерлі ісік

Қатерлі ісік көбінесе организмнің генетикасы мен қоршаған орта факторларынан пайда болатын ауру болғанымен, адам қатерлі ісіктерінің шамамен 20%-ы микроорганизмдермен байланысты. Әсіресе, тоқ ішек қатерлі ісігінің ықтимал факторларына қатысты, бактериялардың тығыздығы кіші ішекке қарағанда бір миллион есе жоғары, ал тоқ ішекте кіші ішекке қарағанда 12 есе көп қатерлі ісіктер кездеседі, бұл тоқ ішек және тік ішек қатерлі ісігінде микробиотаның патогендік рөлін көрсетеді. Микробтық тығыздық колоректальды қатерлі ісіктерді бағалауда болжамдық құрал ретінде қолданылуы мүмкін және бұл организмнің гендеріндегі ақаулармен байланысты, ол адамның туа біткен иммундық жауабын өзгертеді. Қынап микробиотасы ЖИТС инфекциясына шағу қабілетіне әсер етеді, әйелде бактериялық вагиноз болғанда инфекцияға және таралуға қауіп артады, бұл қынап бактерияларының бұзылған тепе-теңдігімен сипатталатын жағдай. Инфекциялық қабілеттің күшеюі қынаптағы қабынуға қарсы цитокиндер мен CCR5+ CD4+ жасушаларының артуымен байқалады. Дегенмен, қынап лактобацилласының деңгейінің жоғарылауымен инфекциялық қабілеттің төмендеуі байқалады, ол қабынуға қарсы жағдайды күшейтеді. Бұл екіншілік өт қышқылдары литохоль қышқылының әртүрлі изоформаларын қамтиды, олар салауатты қартаюға көмектесуі мүмкін.

Қоршаған ортаның денсаулығы

2009 жылғы зерттеулер адамның әрекеті салдарынан биотаның (соның ішінде микрофаунаның) төмендеуі адам денсаулығына, аурухана қауіпсіздігі шараларына, тағамдық өнімдерді жасауға және ауруларды емдеуге бөгет болуы мүмкін бе деген мәселені көтерді.

Өзгерістер, модуляция және беріліс

[[Файл:Микробиомаға негізделген интервенциялардың құрамдас бөліктері мен механизмдері.webp|thumb|Микробиомаға негізделген интервенциялар ішек экологиясын және иммундық жүйені өзгертуге бағытталған: пробиотиктер, пребиотиктер, синбиотиктер, микробиота трансплантациясы (фекальдық немесе терілік), антибиотиктер, физикалық жаттығулар, диета, емшек сүтімен тамақтандыру, қартаю – бұл факторлар адам микробиомын әртүрлі анатомиялық жүйелерде немесе тері және ішек сияқты аймақтарда өзгерте алады.

Адамнан адамға жұқтыру

Адам микробиомы анадан баласына, сондай-ақ бір үйde тұратын адамдар арасында таралады.

Көші-қон

Алғашқы зерттеулер көрсеткендей, адам бір елден екінші елге көшіп келген кезде, мысалы, тай иммигранттары АҚШ-қа қоныс аударғанда немесе латын америкалықтар АҚШ-қа көшіп келгенде, микробиотада дереу өзгерістер пайда болуы мүмкін. Семіз адамдар мен иммигранттар балаларында микробиотаның әртүрлілігі жоғалту деңгейі жоғары болды.