معلومة

كم عدد الأمراض التي يمكن ربطها باختلال ميكروبيوم الإنسان؟

كم عدد الأمراض التي يمكن ربطها باختلال ميكروبيوم الإنسان؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

كنت أدرج في الراديو وسمعت بحثًا حديثًا وجد صلة بين الأطفال وحالات الربو الأعلى عندما تكون بكتيريا معينة مفقودة من الميكروبيوم. كم عدد الأمراض الأخرى التي يمكن ربطها بميكروبيوم معطل وهل هناك طرق لإعادة نشر البكتيريا المفقودة؟


إنه سؤال مفتوح ومجال نشط للبحث. لن تتمكن من الحصول على إجابة نهائية لسؤال الرقم الخاص بك ، حيث سيضيف كل اكتشاف جديد إلى الإجمالي.

بالنسبة لإعادة التكاثر ، لم نحدد حتى جميع سلالات الميكروبات التي تسكننا ، والكثير منها يصعب جدًا زراعته في المختبر ، ولا نعرف جميع الوظائف لكل نوع ، لذلك ليس لدينا صورة واضحة عن التي يجب أن تكون موجودة ، والتي لا يجب أن تكون موجودة ، وما إذا كانت بعض الأنواع تعمل معًا أم لا لتزويدنا بفائدة. بالنسبة لبعض الحالات مثل متلازمة القولون العصبي ، فإن أحد العلاجات التي تمت تجربتها هي زراعة البراز.

قم ببحث الأدب عن المراجعات الأخيرة. تميل مراجعات الطبيعة إلى إجراء مراجعات تفصيلية ، لا سيما في الموضوعات كما في الأخبار مثل Human Microbiome. ربما يكون هذا هو أفضل مكان للبدء. بعد ذلك ، يمكنك البدء في التعمق في الأوراق المرجعية التي تم الاستشهاد بها في المراجعة. سيعطيك هذا بشكل عام حالة جيدة من اللعب في الميدان.


الميكروبات فينا ودورها في صحة الإنسان ومرضه

النتائج النهائية من التحليل الأكثر شمولاً حتى الآن للإنسان وميكروباتهم تربط بشكل نهائي بين الميكروبات والأنشطة الميكروبية والمشاكل الصحية.

هناك مملكة قوية ولكنها غير مرئية من الميكروبات الموجودة داخل جسمك. هذه الآلاف من الأنواع والتريليونات من السكان صغيرة ولكنها قوية بشكل لا يصدق ، تعيش في جميع أجزاء جسمك وتشكل الميكروبيوم البشري المتنوع. تدعم هذه الميكروبيومات صحتك وتحافظ عليها ، ولكن أيضًا ، عندما يكون الميكروبيوم مضطربًا بطريقة ما ، فقد تم ربطه بمئات الأمراض مثل السرطانات وأمراض المناعة الذاتية وأمراض القلب والأوعية الدموية.

ومن ثم فليس من المستغرب أن يكون الميكروبيوم البشري وسيلة مهمة للبحث الصحي. إنها واحدة ذات آثار حاسمة على صحتنا ، مثل عدد كبير من الأوراق المنشورة مؤخرًا في طبيعة سجية من المرحلة الثانية من مشروع الميكروبيوم البشري.

من هناك؟ مسح الميكروبيوم في الإنسان

أنشأ الصندوق المشترك للمعاهد الوطنية للصحة (NIH) مشروع الميكروبيوم البشري (HMP) لمدة عقد من الزمن في عام 2007. تم تصميم مشروع HMP ليكون موردًا مجتمعيًا لتحفيز البحث ، في ما كان آنذاك مجالًا جديدًا. كان الهدف الرئيسي هو إنشاء صندوق أدوات بمجموعات البيانات والبروتوكولات التحليلية والسريرية لمجتمع البحث الأكبر ليكون قادرًا على دراسة الميكروبيوم في أمراض ومجموعات سكانية محددة.

قامت المرحلة الأولى من المشروع بفهرسة مجموعة بيانات مرجعية لأنواع الميكروبات (بما في ذلك البكتيريا والفطريات والفيروسات) المرتبطة بخمس مناطق محددة من الجسم: الجلد وتجويف الفم والمسالك الهوائية والجهاز الهضمي والجهاز البولي التناسلي ، باستخدام عينات تم جمعها من 300 صحية. الرجال والنساء الكبار.

استخدموا تقنيات تسلسل الحمض النووي التي تم تكييفها من تلك التي تم تطويرها لأول مرة خلال مشروع الجينوم البشري لتحليل هذه المجتمعات الميكروبية. عادة لا تكون الأمراض المرتبطة بالميكروبيوم معدية ، ولكن لها نسبة يمكن تفسيرها بواسطة الميكروبيوم البشري.

استخدم الباحثون مجموعة البيانات المرجعية كخريطة طريق لتحديد أنواع الاختلافات المجتمعية الميكروبية التي قد ترتبط بمثل هذه الأمراض أو الحالات غير المعدية.

هناك تحذير هام هنا.

لا يعرف الباحثون بعد ما إذا كان التغيير في المجتمع الميكروبي يؤدي إلى مرض أو إذا تغير المجتمع الميكروبي استجابة لتطور المرض.

لا يعرف الباحثون بعد ما إذا كان التغيير في المجتمع الميكروبي يؤدي إلى مرض أو إذا تغير المجتمع الميكروبي استجابة لتطور المرض.

على الرغم من أخذ لقطة لقياسات الميكروبيوم في دراسات HMP السابقة هذه ، إلا أن فهم كيفية تغير هذه المجتمعات بمرور الوقت كان مطلوبًا إذا كانت هذه الأنواع من الدراسات يمكن أن تبدأ في تحديد علاقات السبب والنتيجة للميكروبيوم مع المرض. هذا مهم بشكل خاص لأن المجموعات الميكروبية في جسم الإنسان تتغير على مدار حياة الفرد وتتأثر بالنظام الغذائي والتوتر والعوامل البيئية الأخرى.

سيحتاج الباحثون ، في الواقع ، إلى عمل فيديو للميكروبيوم والجسم البشري.

ماذا يفعلون؟ كيف يتفاعل البشر والميكروبات

بدأ الصندوق المشترك للمعاهد الوطنية للصحة المرحلة الثانية ، مشروع الميكروبيوم البشري التكاملي (iHMP) في عام 2014. وقد تم تصميم هذه المرحلة لتطوير طرق قياس وتحليل الجزيئات الحيوية مثل الحمض النووي الريبي والبروتينات والمواد المرتبطة بالتمثيل الغذائي والتي تسمى المستقلبات من الميكروبيوم والجزيئات. مضيف بشري.

طبق الباحثون هذه الأساليب لدراسة ثلاثة حالات مرتبطة بنموذج الميكروبيوم: الولادة المبكرة ، ومرض التهاب الأمعاء (IBD) ، ومرض السكري. كان الهدف هو تقييم الخصائص البيولوجية أو مجموعة الخصائص التي ثبت أنها الأكثر فائدة لاكتساب نظرة ثاقبة لهذه الظروف.

درس الباحثون ميكروبيوم الأفراد الأصحاء والمتضررين لكل حالة من الحالات ، على مدى فترة طويلة من الزمن.

لقد أكملنا جرد الأنواع الميكروبية في جسم الإنسان. لكن الميكروبات تتفاعل مع بعضها البعض ومع المضيف. قالت ليتا بروكتور ، مديرة برنامج مشروع ميكروبيوم الإنسان "يمكن لكل واحد أن يؤثر على الآخر". "لذلك ، كان من المهم أن نلتقط هذه التفاعلات الحساسة للوقت بين الميكروبيوم والمضيف."

الولادة المبكرة والبكتيريا المفقودة في الميكروبيوم المهبلي

الولادة المبكرة ، وهي حالة تلد فيها النساء قبل 37 أسبوعًا من الحمل ، هي السبب الثاني الأكثر شيوعًا لوفاة الأطفال حديثي الولادة في جميع أنحاء العالم. تختلف حالات الولادة المبكرة أيضًا بشكل كبير حسب السكان. وفقًا لمراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها ، في عام 2016 ، كان معدل الولادة المبكرة بين النساء الأميركيات من أصل أفريقي 14٪ مقارنة بالنساء البيض بنسبة 9٪ - أي ما يقرب من 50٪ فرق.

نظرًا لأن الميكروبيوم المهبلي الصحي للمرأة الحامل يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالولادة الصحية للرضيع ، فقد سعى النظام النموذجي الأول لـ iHMP ، وهو دراسة ميكروبيوم المهبل متعدد الأوميك: مبادرة الحمل (MOMS-PI) ، إلى توصيف الميكروبات المهبلية للحامل. على النساء قياس مخاطر الولادة المبكرة ، مع التركيز بشكل خاص على النساء الأميركيات من أصل أفريقي.

التحق المشروع بمجموعة من النساء الحوامل وتبعها شملت ما مجموعه 45 ولادة مبكرة و 90 ولادة كاملة المدة. من خلال النظر إلى بيانات الميكروبيوم ، بالإضافة إلى الميزات الأخرى ، بما في ذلك التعبير الجيني ومستويات البروتين ومستويات الأيض من كل من الميكروبيوم والموضوعات ، وجد الباحثون شيئًا مفاجئًا.

في إحدى نتائج الدراسة ، قارن الباحثون التطور الطبيعي للميكروبيوم المهبلي في حالات الحمل غير المصحوب بمضاعفات بتلك التي تحدث عند النساء اللواتي يلدن مبكرًا. وجدوا أنه خلال المراحل المبكرة من الحمل ، كان لدى النساء (معظمهن أمريكيات من أصل أفريقي) اللائي تعرضن للولادة المبكرة مستويات أقل بكثير من البكتيريا التي تحدث بشكل طبيعي ، اللاكتوباسيلوس كريسباتوس. إنه عضو رئيسي في الميكروبيوم المعروف بأهميته للحفاظ على بيئة مهبلية صحية.

ومع ذلك ، بحلول نهاية الثلث الأول من الحمل ، تميل الميكروبات المهبلية لهؤلاء النساء إلى العودة إلى طبيعتها ، اكتوباكيللوسمجتمع يهيمن عليه. يريد الباحثون الآن معرفة سبب اختفاء هذا الميكروب بشكل فعال من مهبل الأم خلال الأيام الأولى من حملها.

أكدت هذه النتيجة أيضًا للباحثين أن دراسة تكوين المجتمع الميكروبي للمرأة في وقت مبكر من الحمل ، وليس بعد ذلك ، قد تكون مفيدة للغاية في التنبؤ بخطر الولادة المبكرة.

قد تكون دراسة تكوين المجتمع الميكروبي للمرأة في وقت مبكر من الحمل ، وليس بعد ذلك ، مفيدة للغاية في التنبؤ بخطر الولادة المبكرة.

قال جريجوري باك ، دكتوراه ، كبير الباحثين في الدراسة وأستاذ في جامعة فيرجينيا كومنولث . "نموذجنا التنبئي لديه حساسية وخصوصية بالفعل أفضل قليلاً من المعلمات السريرية المستخدمة حاليًا."

إذا تم تكرار هذه النتائج في تجارب إكلينيكية أخرى مع نساء أمريكيات من أصل أفريقي ، فقد تزود الأطباء بالواسمات البيولوجية القائمة على الميكروبيوم والتي يمكن أن تتنبأ بالولادات المبكرة في وقت مبكر من حمل المرأة ، وبالتالي توفر المزيد من الوقت والفرصة للتدخلات لمنع الولادة المبكرة.

مرض التهاب الأمعاء وفقدان منتجات جرثومية معينة

ارتبط ما يسمى بـ "النظام الغذائي الغربي" ، والذي يتميز عادة بأنه نظام غذائي غني بالدهون وقليل الألياف ، والاستخدام المتكرر للمضادات الحيوية بالتغيرات في تكوين ميكروبيوم الأمعاء من نظام غذائي صحي. ترتبط هذه التحولات بدورها ارتباطًا وثيقًا بزيادة الإصابة بأمراض الأمعاء الالتهابية (IBD) والأنواع الفرعية لمرض كرون والتهاب القولون التقرحي. كلاهما حالة مؤلمة ، تتميز بالحمى وفقدان الشهية والإرهاق ، وتؤثر على أكثر من 3 ملايين شخص في الولايات المتحدة.

كان هناك القليل من المعرفة حول دور الميكروبيوم في مرض التهاب الأمعاء وكيف يؤثر الميكروبيوم على تطور المرض. الى الآن.

كيرتس هوتنهاور ، دكتوراه ، في كلية هارفارد للصحة العامة ، رامنيك كزافييه ، دكتوراه في الطب ، في مستشفى ماساتشوستس العام وأعضاء آخرين في النظام النموذجي الثاني لـ iHMP ، مشروع أمراض الأمعاء الالتهابية متعدد الأوميات (IBDMBD) ، قدموا أشمل وصف للمجتمع الميكروبي في مرض التهاب الأمعاء.

قاموا بتجنيد مرضى داء كرون والتهاب القولون التقرحي الذين إما أظهروا التهابًا منخفض المستوى أو أصيبوا بمرض كامل. تمت دراسة مائة واثنين وثلاثين مريضًا لمدة عام ، وأخذ الباحثون لكل منهم خزعات من الأمعاء في بداية الدراسة ، وجمعوا عينات من البراز كل أسبوعين ، وسحبوا عينات دم كل أربعة أشهر من هؤلاء الأشخاص.

على غرار الدراسة المبكرة ، حلل الباحثون هذه العينات لتكوين الميكروبيوم وكذلك البروتينات والأيضات والخصائص البيولوجية الأخرى. باستخدام هذه البيانات ، تمكن الباحثون من دراسة التفاعل بين الميكروبيوم وحالة المرض بمرور الوقت.

في كثير من الحالات ، تغير ميكروبيوم مرضى داء الأمعاء الالتهابي تمامًا في المكياج على مدار بضعة أسابيع. كان هذا النوع من التغيير الدراماتيكي نادرًا في المشاركين غير المصابين بمرض التهاب الأمعاء.

في كثير من الحالات ، تغير ميكروبيوم مرضى داء الأمعاء الالتهابي تمامًا في المكياج على مدار بضعة أسابيع.

وجد هؤلاء الباحثون أن الميكروبات التي توجد بشكل شائع بكثرة في ميكروبات الأمعاء الصحية ، مثل F. prausnitzii و R. hominis، تم تخفيضها في مرضى التهاب الأمعاء. بكتريا قولونية، وهي بكتيريا أخرى توجد أيضًا بشكل شائع في ميكروبات الأمعاء الصحية ولكنها موجودة عادةً بمستويات منخفضة جدًا ، تزداد في مرضى التهاب الأمعاء.

البكتيريا الموجودة في أمعائنا ضرورية لتحطيم نظامنا الغذائي. أثناء هذا الانهيار ، تنتج البكتيريا مركبات ، يعمل العديد منها كإشارات اتصال بين الميكروبيوم والمضيف البشري. وبالتالي يمكن أن يؤدي فقدان هذه البكتيريا إلى تقليل جزيئات الإشارة المهمة هذه.

وجدت هذه الدراسة انخفاضًا كبيرًا في مستويات الزبدات في الأمعاء ، وهو جزيء إشارة تصنعه بكتيريا الأمعاء يقلل الالتهاب ويقوي بطانة الأمعاء. يفترض الباحثون أن الانخفاض في الزبدات قد يكون بسبب الانخفاض الملحوظ في الميكروبات مثل F. prausnitzii و R. hominis، والتي قد تكون المنتج الرئيسي للزبدات في ميكروبيوم الأمعاء.

"لقد استجاب كل من الميكروبيوم والجهاز المناعي لكل فرد بشكل واضح بطريقة متميزة ومنسقة. وفي حين أن هذا يجعل العلاقات المتداخلة المعقدة التي تؤدي إلى المرض أكثر صعوبة في الفصل ، فإنه يوجهنا إلى فرص جديدة لتعطيل حلقات التغذية الراجعة غير المرغوب فيها ، مما يؤدي إلى طرق جديدة لعلاج مرض التهاب الأمعاء أو التحكم فيه ".

الضربة الوقائية: مرض السكري من النوع 2 في مرحلته المبكرة

يقترب داء السكري من النوع 2 (T2D) من نسب أسطورية في العالم ويرتبط ارتباطًا وثيقًا بانتشار وباء السمنة. 10٪ من السكان البالغين في الولايات المتحدة يعانون من T2D ، و 30٪ أخرى مصابون بمقدمات السكري. مقدمات السكري هي حالة صحية ترتفع فيها مستويات السكر في الدم لدى الشخص ، ولكنها ليست عالية بما يكفي لتشخيص مرض T2D. يحدث هذا لأن كلاً من الأفراد المصابين بمرض السكري والسكري من النوع الثاني يعانون عادة من مقاومة الأنسولين ، حيث لم يعد الجسم يستجيب لإشارات الهرمون لنقل الجلوكوز من مجرى الدم إلى الخلايا. ما يقرب من 70 ٪ من السكان المصابين بمرض السكري سيصابون بمرض السكري في حياتهم.

تم تشكيل النظام النموذجي الثالث لـ iHMP ، وهو مشروع الأوميكس الشخصي المتكامل (IPOP) ، بقيادة مايكل سنايدر ، دكتوراه ، جامعة ستانفورد ، وجورج وينستوك ، دكتوراه ، مختبر جاكسون للطب الجينومي ، للإجابة على الأسئلة الأساسية مثل: ما الذي يسبب تطور مقدمات السكري إلى T2D؟ ما الضغوطات أثناء حالة مقدمات السكري التي تزيد من خطر حدوث مثل هذا التحول؟

جندت دراسة IPOP 106 من الأفراد الأصحاء والذين يعانون من مرض السكري ، والذين تمت دراستهم على مدار أربع سنوات. تمت متابعة ميكروبيوم الأمعاء والأنف ، وكذلك العوامل البيولوجية لكل من المضيف والميكروبيوم خلال تلك السنوات الأربع.

بادئ ذي بدء ، وجد الباحثون أن المشاركين الأصحاء لديهم مكياج ميكروبيوم أمعاء مختلف عن أولئك الذين يعانون من أعراض ما قبل السكري ، وبالتالي قاموا بالفعل بإعداد هؤلاء المرضى الذين يعانون من مقدمات السكري مع ميكروبيوم متضائل أو غير صحي.

علاوة على ذلك ، عانت مجموعة فرعية من الأفراد الأصحاء والمصابين بمرض السكري فترات من العدوى الفيروسية التنفسية ، قام خلالها الباحثون بتحصينهم بلقاح الإنفلونزا.

عادة عندما يكون الشخص مصابًا بعدوى فيروسية في الجهاز التنفسي ، يتم تنشيط جهاز المناعة لديه لمكافحة العدوى. ومن المثير للاهتمام ، أن الدراسة وجدت أنه عندما تم تحصين المشاركين المصابين بمرض السكري المصابين بعدوى فيروسية تنفسية ، كان جهاز المناعة لديهم بطيئًا في الاستجابة ، مقارنة بالمشاركين الأصحاء ، ولكنه لا يزال فعالًا. نظرًا لأن داء السكري من النوع 2 مرتبط بالضغوط المرتبطة بالجهاز المناعي ، فقد اقترح الباحثون أنه من الممكن أن يحمي التطعيم مرضى السكري من بداية المرض الكامل.

من الممكن أن يحمي التحصين مرضى السكري من بداية المرض الكامل.

قال سنايدر: "إنه لأمر لا يصدق أن نرى أن الأشخاص الذين يقاومون الأنسولين كانوا مختلفين حتى في خط الأساس الصحي مع وجود العديد من الاختلافات الميكروبية".

هناك أدلة تشير إلى أن مرضى ما قبل السكري لديهم ميكروبيوم متغير يبدو أيضًا أنه مرتبط بجهاز المناعة الضعيف. قد يستفيد مرضى ما قبل السكري من التحصين لتعزيز جهاز المناعة لديهم ، مما يحميهم في الواقع من تطوير T2D. فقط الدراسات الأكبر ستكون قادرة على التحقق من هذه الفرضية.

رؤى مستقبلية

أنتج iHMP أكبر مجموعة من المعلومات البيولوجية حول تكوين المجتمع الميكروبي والتعبير الجيني والبروتينات والمستقلبات وخصائص الجهاز المناعي من كل من جسم الإنسان والميكروبيوم المتبع بمرور الوقت من خلال ثلاث حالات مرتبطة بالميكروبيوم.

من خلال تتبع السمات البيولوجية داخل جسم الإنسان والميكروبيوم الخاص به ، كشفت مشاريع iHMP أن فقدان أو اكتساب بعض الميكروبات وخصائصها يرتبط ارتباطًا وثيقًا بحالة الولادة المبكرة ، ومرض التهاب الأمعاء ومرض السكري لدى الأفراد.

في بعض الحالات ، كانت هذه العوامل بمثابة مؤشرات مبكرة للأمراض وبالتالي توفر وعدًا بالتطوير المستقبلي للعلامات الحيوية التنبؤية.

تعمل مجموعة البيانات التي تم جمعها في ظروف الميكروبيوم النموذجية الثلاثة هذه كمورد للمجتمع الأكبر لاختبار العوامل البيولوجية التي ستكون الأكثر ثاقبة في بحثهم الخاص. تم أرشفة البيانات من هذه الدراسات ورعايتها من قبل مركز تنسيق بيانات HMP وهي متاحة للاستخدام غير المقيد لمزيد من البحث من قبل المجتمع الأوسع.


المقدمة

يتكون الميكروبيوم البشري من البكتيريا والعتائق والفيروسات والميكروبات حقيقية النواة الموجودة في أجسامنا وعليها. تمتلك هذه الميكروبات إمكانات هائلة للتأثير على وظائف الأعضاء ، سواء في الصحة أو في المرض. إنها تساهم في وظائف التمثيل الغذائي ، وتحمي من مسببات الأمراض ، وتثقف جهاز المناعة ، ومن خلال هذه الوظائف الأساسية ، تؤثر بشكل مباشر أو غير مباشر على معظم وظائفنا الفسيولوجية.

تم تعزيز دراسة الميكروبيوم البشري من خلال التقدم التكنولوجي لإجراء تحليلات مستقلة عن الثقافة (1). في معظم الدراسات ، تم تحديد المكونات البكتيرية لمجموعة ميكروبية من خلال تسلسل جين ترميز الرنا الريباسي 16S (فيما يلي ، 16S) متبوعًا بمقارنة قواعد بيانات التسلسل البكتيري المعروفة. يتميز التحليل الجيني عن طريق تسلسل كل الحمض النووي الميكروبي في مجتمع معقد بميزة إضافية تتمثل في تقييم الإمكانات الجينية للسكان الميكروبيين. توفر المنهجيات الأخرى لتحليل النسخة الميكروبية ، والبروتينات ، والمستقلب معلومات إضافية على مستويات متتالية من علم وظائف الأعضاء الميكروبي (2). لن نخوض في مزيد من التفاصيل حول الاعتبارات التقنية المحددة في هذا الفضاء ، ولكن تتم إحالة القراء المهتمين إلى مقالات المراجعة الحديثة (3-5).

مهد التقدم الكبير في توصيف بنية الميكروبيوم مؤخرًا الطريق للدراسات الجارية والمستقبلية حول التفاعلات الوظيفية بين الكائنات الحية الدقيقة والمضيف. ستكون الدراسات حول وظيفة الجراثيم حاسمة لفهم دور الجراثيم في التوازن البشري وتسبب المرض. في هذه المراجعة ، سنناقش التطورات الأخيرة في فهمنا لبنية ووظيفة الميكروبيوم المرتبط بالحالة الصحية والحالات المريضة المحددة.

تراكم البيانات على الميكروبيوم البشري

تم تسليط الضوء على التوسع الهائل في المعلومات التي تم جمعها عن الميكروبيوم البشري في السنوات الأخيرة من خلال البيانات التي تم إنشاؤها من خلال العديد من المساعي واسعة النطاق لتوصيف الميكروبيوم البشري ، وبالتحديد Metagenomics الأوروبية للجهاز المعوي البشري (MetaHIT) ومشروع Microbiome البشري الممول من المعاهد الوطنية للصحة (هم) (6 ، 7). في عام 2010 ، أفادت دراسة اتحاد MetaHIT الأولية عن تسلسل 3.3 مليون جينة ميكروبية برازية غير زائدة عن الحاجة ، تمثل ما يقرب من 200 ضعف كمية تسلسل الحمض النووي الميكروبي المبلغ عنها في جميع الدراسات السابقة (7). في يوليو 2014 ، تم نشر مجموعة مجمعة من بيانات التسلسل الميتاجونومي من 1267 ميتاجينوم أمعاء من 1070 فردًا ، بما في ذلك 760 عينة أوروبية من MetaHIT ، و 139 عينة أمريكية من HMP و 368 عينة صينية من دراسة كبيرة لمرض السكري ، مع كتالوج جيني غير زائدة عن الحاجة 9.8 مليون جين ميكروبي (* 8). احتوت كل عينة على حوالي 750.000 جين أو حوالي 30 ضعف عدد الجينات في الجينوم البشري ، وأقل من 300.000 جين تمت مشاركتها بين أكثر من 50٪ من الأفراد. كانت غالبية الجينات الجديدة التي تم تحديدها في هذه الدراسة الأخيرة نادرة نسبيًا ، وجدت في أقل من 1 ٪ من الأفراد. يُعتقد أن هذه المجموعة تحتوي على مجموعة كاملة تقريبًا من الجينات لمعظم بكتيريا الأمعاء البشرية وتوضح كمية وتنوع الميكروبيوم البشري.

هيكل وديناميات الجراثيم الصحية البالغة

يعد توصيف الميكروبيوم في الأفراد الأصحاء خطوة أولية مهمة في فهم دور الميكروبيوم في المساهمة في الصحة والمرض. عادةً ما يؤوي البشر البالغون الأصحاء أكثر من 1000 نوع من البكتيريا تنتمي إلى عدد قليل نسبيًا من الشعب البكتيرية المعروفة مع Bacteroidetes و Firmicutes كونها الشُعب السائدة (9). تتنوع الكائنات الحية الدقيقة في القناة الهضمية تمامًا (الجدول 1) مقارنة بمواقع الجسم الأخرى ، وهناك تباين كبير في مكونات ميكروبيوتا الأمعاء بين الأفراد الأصحاء على ما يبدو (10). كطريقة لحساب التباين الميكروبي بين الأفراد الأصحاء ، حاول الباحثون تحديد أنماط ثابتة معينة من المجموعات الميكروبية في البشر (11). تم استخدام البيانات من HMP لتحديد أنواع المجتمع في مواقع الجسم المختلفة بناءً على التحليل الإحصائي لتكوين الأصناف البكتيرية المتعددة (* 12). تم العثور على أربعة مجتمعات متميزة في البراز ، وشملت عوامل البيانات الوصفية المرتبطة بأنواع المجتمع الرضاعة الطبيعية والجنس والتعليم. ومن المثير للاهتمام ، أن أنواع المجتمع في تجويف الفم كانت تنبؤية لتلك الموجودة في البراز على الرغم من اختلاف المكونات المحددة. في دراسة حديثة أجريت على 37 من البالغين الأمريكيين الأصحاء الذين لا يتناولون المضادات الحيوية ، كان أكثر من 70٪ من الأنواع البكتيرية البرازية داخل الفرد مستقرة على مدى عام واحد ، وتم قياس تغييرات إضافية قليلة حتى 5 سنوات (* 13). أظهرت الحسابات أن الأنواع كانت مستقرة على الأرجح على مدى عقود إن لم يكن طوال العمر الكامل للفرد كما يتضح من الأنواع المشتركة مع أفراد الأسرة البالغين ولكن ليس مع الأفراد غير المرتبطين. بينما اكتسبنا فهمًا عميقًا لبنية وديناميكيات الميكروبيوم في البشر الأصحاء ، فإن هذا الجهد معقد بسبب التباين الكبير في السكان ، والتباين المتواضع بمرور الوقت داخل الفرد ، وعدم اليقين بشأن أكثر الطرق ذات مغزى لتوصيف الكائنات الحية الدقيقة.

الجدول 1

شرطتعريف
ثراءعدد الأعضاء المتميزين ("الأنواع") في المجتمع
تنوعمقياس للثراء والتساوي في خصائص المجتمع ، في كثير من الأحيان
محسوبة على أنها "مؤشر تنوع" محدد
دسباقتريوزمصطلح يستخدم للإشارة إلى مجتمع مجهريات البقعة المرتبط بمرض
الدولة التي يمكن تمييزها عن مجتمع الكائنات الحية الدقيقة المرتبط
مع حالة تحكم صحية

وظائف التمثيل الغذائي للميكروبات

بعد توصيف عضوية المجتمع الميكروبي وديناميكياته ، من الأهمية بمكان فهم الأنشطة الوظيفية التي تؤثر في النهاية على فسيولوجيا المضيف. تعد جراثيم الأمعاء جزءًا لا يتجزأ من عملية الهضم والتغذية ، ويمكن أن تولد العناصر الغذائية من الركائز التي يتعذر هضمها من قبل المضيف. على سبيل المثال ، توجد الزيلوغلوكان بشكل شائع في الخضروات الغذائية مثل الخس والبصل ، وقد تم تحديد القدرة على الهضم الميكروبي للزيلوجلوكان مؤخرًا في موضع واحد في نوع معين من باكتيرويدس (* 14). تبين أن القدرة على هضم الزيلوغلوكان هي سمة نادرة نسبيًا في أفراد عائلة Bacteroidetes ، وقد تم توضيح أهمية هذه القدرة بالنسبة للمضيف البشري من خلال تحليل قاعدة بيانات الميتاجينوم العامة التي أظهرت أن 92٪ من الأفراد احتوتوا على واحد على الأقل من هذه نادرة باكتيرويدس الأنواع القادرة على هضم الزيلوغلوكان. توضح هذه النتائج كيف أقام البشر علاقات مفيدة للطرفين مع ميكروبيوتا الأمعاء مع آثار على النظام الغذائي والتغذية.

تحرر الميكروبات الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFA) من الألياف الغذائية غير القابلة للهضم ، وتعد SCFA مصدرًا مهمًا للطاقة للأغشية المخاطية في الأمعاء وهي ضرورية لتعديل الاستجابات المناعية وتكوين الأورام في القناة الهضمية. يلعب دور الزبد ، وهو مادة SCFA نشطة بيولوجيًا وفيرة في القناة الهضمية ، دورًا معقدًا في سرطان القولون الذي يبدو أنه يعتمد على التركيز والسياق كما هو موضح في دراستين قبل السريرية حديثتين. تم الإبلاغ عن أن الزبدة تعزز تكوين الأورام في الفئران المعدلة وراثيا مع طفرة جينية مثبطة للورم (APC) ونقص جين إصلاح عدم التطابق (MSH2) ، لأن تكوين الورم انخفض عن طريق العلاج بالمضادات الحيوية أو اتباع نظام غذائي منخفض الكربوهيدرات ، وكلاهما يقلل من مستويات الزبدات ، ويزيد من خلال تغذية الفئران المعالجة بالمضادات الحيوية بالزبدة (* 15). على العكس من ذلك ، تم الإبلاغ عن الزبدات لتثبيط تكوين الأورام ، لأن الفئران التي تعاني من نقص في Grp109a ، مستقبل الزبدات ، زادت من تكوين الأورام التي تعززها المنبهات الالتهابية أو طفرة APC والإشارات من خلال Grp109a المثبطة لتكوين الأورام الناجم عن هذه المنبهات (* 16). مزيد من التحقيقات في دور الزبدات التي تنتجها الميكروبات في التهاب القولون وسرطان القولون والمستقيم في انتظار. توضح الدراسات التي نوقشت في هذا القسم الحاجة إلى تقييم وظيفة الجراثيم من أجل فهم دورها في الصحة والمرض بشكل أفضل.

تفاعلات ميكروب المضيف على جهاز المناعة

التفاعلات بين الجراثيم والجهاز المناعي المضيف عديدة ومعقدة وثنائية الاتجاه. يجب أن يتعلم الجهاز المناعي كيفية تحمل الجراثيم المتعايشة والاستجابة بشكل مناسب لمسببات الأمراض ، وبالتالي فإن الجراثيم جزء لا يتجزأ من تثقيف الجهاز المناعي ليعمل بشكل صحيح. نسلط الضوء هنا على الدراسات التي تصف كيف يعزز أعضاء المجتمع الميكروبي تمايز الخلايا التائية التنظيمية المضادة للالتهابات (Treg) لتوضيح كيف يمكن أن تؤثر الجراثيم على التوازن المناعي. أظهرت سلسلة من التجارب أن مجموعات الأنواع غير المسببة للأمراض من كلوستريديا من العناقيد IV و XIVa و XVIII ، المعزولة بعد تطبيق سلسلة من خطوات الاختيار غير المحددة ، كانت قادرة على تحفيز القولون Treg ، وآلية واحدة قد تنطوي على إنتاج الزبدات التي يؤثر على التحكم اللاجيني لمروج Foxp3 الذي يتحكم في تطور Treg (17 ، ** 18 ، 19-22). في الفئران الخالية من الجراثيم التي لا تحتوي على جراثيم داخلية ، ابتكرت مجموعة أخرى أيضًا طريقة جديدة لفحص عينات البراز البشرية بحثًا عن سلالات بكتيرية قادرة على تعزيز تطور Treg ، ولاحظوا هذه القدرة الوظيفية في سلالات أكثر مما كان متوقعًا (* 23). على الرغم من عدم مناقشتها هنا ، إلا أن هناك دليلًا يوضح بالتفصيل تفاعلات الميكروبات المضيفة التي تؤثر على وظائف المناعة على جميع المستويات من الدفاعات الفطرية الأولية إلى الاستجابات المعقدة المكتسبة التي نوقشت في هذا القسم (24). هناك اهتمام كبير بتوضيح كيف يمكن للميكروبات أن تؤثر على التوازن المناعي داخل وخارج القناة الهضمية ، لأن هذه العملية لها آثار مهمة على التسبب في الاضطرابات الالتهابية وعلاجها وقائمة متزايدة من الأمراض المرتبطة بالالتهاب.

دور الجراثيم في أمراض وحالات معينة

وصفت الأقسام المذكورة أعلاه بعضًا من الطرق العديدة التي يمكن أن تؤثر بها الكائنات الحية الدقيقة على فسيولوجيا الإنسان ، وليس من المستغرب أن يكون هناك اهتمام كبير بدراسة تغيرات الجراثيم المرتبطة بالحالات المريضة ، والتي يشار إليها غالبًا باسم dysbiosis (الجدول 1). ومع ذلك ، فإن العلاقة بين dysbiosis والتسبب في المرض غير مؤكدة في غالبية الأمثلة في هذا الوقت. غالبًا ما يكون من غير الواضح ما هي تغيرات الجراثيم المرتبطة بالمرض ذات مغزى ، كما أن التمييز بين السبب والنتيجة يمثل تحديًا بطبيعته. في حين أنه من المثير للاهتمام التكهن بأن dysbiosis قد يسبب المرض لأننا نتعلم المزيد حول كيفية تأثير الكائنات الحية الدقيقة على المضيف ، فقد لوحظ أيضًا أن الحالة المريضة يمكن أن تؤدي إلى تغييرات في الكائنات الحية الدقيقة من خلال آليات مختلفة ، بما في ذلك التغييرات في عادات الأكل والأمعاء وكذلك من خلال إضافة الأدوية مثل المضادات الحيوية. في هذا القسم ، نسلط الضوء على بعض النتائج الحديثة حول دور الجراثيم في أمراض أو حالات معينة ، لكن لا يمكننا التطرق إلى جميع النتائج الناشئة في العديد من الأمراض الأخرى داخل وخارج القناة الهضمية ، بما في ذلك وليس يقتصر على التهاب المفاصل الروماتويدي (25) وسرطان القولون والمستقيم (26) والسمنة (27) ومرض السكري (28).

أمراض القلب والأوعية الدموية

هناك اهتمام متزايد بالارتباط بين الجراثيم وأمراض القلب والأوعية الدموية استنادًا إلى البيانات التي تظهر التمثيل الغذائي الميكروبي للفوسفاتيديل كولين الغذائي في مستقلب التصلب الأولي ثلاثي ميثيل أمين-ن- أكسيد (TMAO) (29). أظهرت دراسة حديثة أجريت على المرضى الأصحاء الذين يعانون من تحدي الفوسفاتيديل كولين الغذائي زيادة مستويات البلازما من TMAO التي تم قمعها عن طريق العلاج السابق بالمضادات الحيوية. وجدوا أيضًا أن مستويات TMAO في البلازما كانت مرتبطة بزيادة مخاطر الإصابة بأحداث القلب والأوعية الدموية لدى المرضى الذين يعانون من عوامل خطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية (* 30). في دراسة أخرى ، أظهرت نفس المجموعة أن المتطوعين البشريين الأصحاء الذين حافظوا على نظام غذائي نباتي ، على عكس أولئك الذين يتبعون حمية آكلة اللحوم ، لم يظهروا زيادة في مستويات TMAO في البلازما بعد تحدي الفوسفاتيديل كولين الغذائي ، وقد ارتبطت هذه السمة بحالات تكوين ميكروبيوتا برازية معينة ( * 31). وبالتالي ، هناك اهتمام كبير بهذا المسار المعتمد على الجراثيم والذي قد يوفر إمكانات تشخيصية وعلاجية لأمراض القلب والأوعية الدموية.

مرض القولون العصبي ومحور الجراثيم - الأمعاء - الدماغ

يُشتبه في وجود دور للميكروبات في متلازمة القولون العصبي (IBS) ، على الرغم من عدم إثباته ، وقد أظهرت العلاجات التي تغير الجراثيم ، بما في ذلك التغييرات الغذائية والبروبيوتيك والمضادات الحيوية ، نتائج مشجعة ، وإن كانت غير متسقة (32). في تقريرين يصفان نتائج التدخل الغذائي باستخدام FODMAP منخفض (fodmap o ligosaccharides ، d isaccharides ، m onosaccharides و nd p olyols) نظام غذائي يتكون من تناول مقيد لبعض الركائز القابلة للتخمير مقارنة بالنظام الغذائي الأسترالي النموذجي في عدد صغير من أستراليا مرضى القولون العصبي ، النظام الغذائي منخفض الفودماب حسّن الأعراض وأدى إلى تغييرات في ميكروبيوتا الأمعاء ، بما في ذلك تقليل البكتيريا الصحية المفترضة ، مثل تلك الموجودة في إنتاج الزبدات المطثية المجموعة الرابعة عشر (33 ، * 34). أحد المسارات المقترحة المتضمنة في متلازمة القولون العصبي هو من خلال محور ميكروبيوتا - أمعاء - دماغ ، يربط التغييرات في الأمعاء بإدراك الأعراض في الجهاز العصبي المركزي. أظهر تقرير حديث مثير للاهتمام أن تناول منتج الحليب المخمر الغني بالبروبيوتيك أدى إلى تغييرات في نشاط الدماغ استجابةً للمنبهات العاطفية البصرية كما تم قياسها بواسطة التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي مقارنةً بتناول منتج تحكم (35). تعتبر دراسة متلازمة القولون العصبي صعبة بسبب عدم وجود اختبارات تشخيصية محددة وإمكانية وجود مسببات غير متجانسة. قد تكون هناك مجموعة فرعية من المرضى تكون فيها تغيرات الجراثيم مهمة بشكل خاص والذين قد تكون العلاجات التي تؤثر على تكوين ووظيفة الجراثيم مفيدة لهم.

المطثية العسيرة عدوى

المطثية العسيرة العدوى (CDI) هي المثال الرئيسي للمرض الذي يصيب الإنسان نتيجة للتغيرات الحرجة في ميكروبيوتا الأمعاء ويتم علاجه بشكل فعال عن طريق العلاج المعتمد على الجراثيم (36). حدد التحليل التلوي لمراجعة استخدام زرع الجراثيم البرازية (FMT) للوقاية من CDI المتكرر 11 دراسة مع 273 مريضًا حتى عام 2012 ، كانت الفعالية الإجمالية الناتجة حوالي 90 ٪ ولم يتم الإبلاغ عن أي أحداث سلبية ذات صلة بـ FMT (37). في تجربة سريرية مستقبلية ، تم تعيين المرضى الذين يعانون من CDI المتكرر بشكل عشوائي إلى واحدة من ثلاث مجموعات علاجية ، وعلاج فانكومايسين قياسي ، وعلاج فانكومايسين متبوعًا بغسل الأمعاء ، وعلاج فانكومايسين متبوعًا بغسل الأمعاء وتسريب البراز المتبرع لاحقًا في الاثني عشر (** 38). توقفت الدراسة في وقت مبكر بعد التحليل المؤقت بسبب تفوق FMT. أظهر تحليل الجراثيم البرازية للمرضى الذين عولجوا بـ FMT من أجل CDI المتكرر أن الميكروبات بعد الزرع لدى المتلقين تصبح أكثر تشابهًا مع تلك الخاصة بالمتبرع. After FMT the recipient microbiota was characterized by increased diversity, increased abundance of various Firmicutes and Bacteroidetes, and decreased abundance of Proteobacteria (*39). In a proof-of-principle study, two patients with CDI refractory to antibiotics were successfully treated with a stool substitute consisting of 33 strains of bacteria isolated and cultured from a healthy donor (*40). In this study, the stool substitute was delivered with colonoscopy, but it does provide promise for using a selected population of bacteria that could be prepared in a laboratory. Collectively, these studies strongly support the treatment of recurrent CDI with microbiota-based therapies.

While susceptibility to CDI after antibiotic use is associated with decreased microbiota diversity, little is known about the functional difference in the microenvironment that permits CDI. In preclinical studies, the microbiota changes that occurred after antibiotic treatment in mice susceptible to جيم صعب were accompanied by changes in the metabolome that supported جيم صعب germination and growth (*41). In the antibiotic-treated mice, primary bile acids that support جيم صعب germination and certain carbohydrates that support جيم صعب growth were present at significantly increased levels compared to control جيم صعب-resistant mice. This study, and others, are helping to unravel the mechanism by which antibiotic-induced changes to the microbiota contribute to CDI, potentially leading to novel therapies for this burdensome disease.

مرض التهاب الأمعاء

Inflammatory bowel diseases (IBD) are characterized by inappropriate inflammation in the gut resulting from a combination of environmental and genetic risk factors. Targets of the inflammatory response include the commensal microbiota, and IBD are associated with alterations in the gut microbiota, though it is not clear if microbial changes contribute to disease pathogenesis or develop as a result of local inflammation (42). Here, we highlight two recent publications describing the microbiome and host response measured in treatment naïve pediatric patients with newly diagnosed IBD that provide early findings not confounded by anti-inflammatory therapies.

In the first report, 447 treatment naïve pediatric Crohn’s disease (CD) patients and 221 controls were included in a study where the microbiome from multiple sites was characterized by 16S sequence analysis (**43). Multivariate analysis identified microbial taxa significantly associated with disease phenotype in ileal and rectal samples but not from stool samples. The microbiome of CD patients had a lower diversity, increased abundances of Enterobacteriaceae, Pasteurellaceae, Fusobacteriaceae, Neisseriaceae, Veillonellaceae, and Gemellaceae, and decreased abundances of Bifidobacteriaceae, Erysipelotrichaceae, Clostridiales, and Bacteroidales. Using these microbiome-disease associations, they formulated a microbial dysbiosis index that showed a strong positive correlation with clinical disease activity (PDCAI) and a negative correlation with species richness ( Table 1 ). In addition, microbiome comparison between CD patients with and without antibiotic exposure revealed that antibiotic use amplifies the microbial dysbiosis associated with CD. Of note, the authors demonstrate that many of their observations were only seen when analyzing hundreds of samples, emphasizing the importance of large-scale studies.

In the next report, host gene expression and the microbiome were characterized from the ileum of treatment naïve pediatric patients with ileal CD (iCD), colonic CD (cCD), and ulcerative colitis (UC) as well as controls (**44). A core iCD gene expression signature of 1281 genes was identified by comparing iCD and control groups. Upregulated genes included those induced by bacterial products and proinflammatory signals, and downregulated genes included nuclear receptors involved in metabolic pathways and anti-inflammatory signaling. Interestingly, the cCD group, including those without any microscopic inflammation, had a similar expression pattern in the ileum to the iCD group, and this pattern was different from control and UC groups, indicating a core CD gene expression profile in the ileum independent of inflammation. Similarly, iCD and cCD groups had similar profiles of dysbiosis that was different from control and UC groups. Of note, an increase of antimicrobial dual oxidase (DUOX2) expression was detected in association with an expansion of Proteobacteria in both UC and CD, while expression of lipoprotein APOA1 gene was downregulated and associated with CD-specific alterations in Firmicutes. Finally, multivariate analysis showed correlations between bacterial taxa, gene expression and clinical disease activity scores in CD patients irrespective of the presence of ileal inflammation, and a prediction model based on gene expression, microbe abundance and clinical factors outperformed clinical disease activity scores alone in predicting response to therapy.

These studies provide additional information towards understanding a potential role of the microbiota in the pathogenesis of IBD that has not been established to date. This stands in contrast to CDI where microbiota alterations clearly increase the risk for disease and restoration of a diverse microbiota with FMT clearly prevents disease recurrence in most patients. Early efforts to utilize FMT for the treatment of IBD have been rather disappointing (45, 46). It seems quite likely that the role of microbiota in IBD, and other multigenic traits, will prove to be more complex and depend on specific genetic susceptibilities and certain environmental factors. Therefore, it will be important to further characterize the microbiota population and its functions at various time points in IBD development in conjunction with assessments of host susceptibility, host response and environmental exposures.


You may be damaging your body's ecosystem and not know it

One of the hottest topics in medicine concerns the relationship between the body's bacteria and a range of serious diseases -- from cancer to obesity. Georgetown University Hospital gastroenterologist Dr. Robynne Chutkan said our squeaky-clean lifestyle is wreaking havoc on those vital bacteria and damaging our health.

"We are super sanitizing ourselves into illness and thinking that we are being clean and preventing disease we're actually causing disease by disrupting the microbiome," Chutkan said Wednesday on "CBS This Morning."

Her new book, "The Microbiome Solution: A Radical New Way to Heal your Body from the Inside Out," explores the microbiome, a term that refers to the over 100 trillion microbes -- bacteria, viruses and fungi -- that live in and on the human body.

"The vast majority of the microbes that live in our bodies are a vital part of our ecosystem and they're essential to our health. They're not disease-causing germs as we've been taught," she said.

In fact, imbalance to the microbiome, or dysbiosis, has been linked to a range of health problems including certain types of cancer autoimmune diseases like thyroid disorders, multiple sclerosis and type 1 diabetes as well as gastrointestinal disorders like Crohn's disease and irritable bowel syndrome.

Chutkan said studies have also revealed an altered microbiome in some children with autism.

تتجه الأخبار

Dysbiosis affects up to 30 million Americans, according to Chutkan. She said symptoms of microbiome imbalance include bloating, food intolerance, skin rashes, brain fog and weight-loss resistance.

In addition to hyper-sanitizing our environment with antibacterial cleaning products, a number of drugs contribute to dysbiosis.

Antibiotics are the primary cause for concern, according to Chutkan.

"Five days of a typical, broad-spectrum antibiotic can remove up to one-third of your gut bacteria and there's no guarantee that these species come back," Chutkan said.

Many doctors recommend probiotics to combat those effects, but Chutkan said taking a probiotic does not fix the damage done by an antibiotic.

"Taking a probiotic after that is like draining out the entire bath of water and then putting in a cup of water and thinking 'OK, I'm fixed,'" she said. Furthermore, not all probiotics are the same and it's important to pick the right strain.

Other drugs like steroids, hormones, acid-blockers and NSAID pain relievers -- ibuprofen, for example -- can damage the microbiome, which may lead to damage of the intestinal lining and other organ systems, she said.

What can we do to keep our microbiome happy?

"We need to eat food that feeds our gut bacteria, what we called prebiotic foods," Chutkan said.

Foods like garlic, asparagus, leeks, onion, oats, lentils and artichokes, as well as fermented foods like sauerkraut, kimchi and pickles all act as prebiotics.

Her book also includes information on fecal microbiome transplant, a therapy that has shown increasing success in treating certain intestinal infections. Chutkan said there's also evidence that it could be used to treat certain autoimmune disorders.


The role of the microbiome in human health and disease: an introduction for clinicians

Research into the microbiome—the indigenous microbial communities (microbiota) and the host environment that they inhabit—has changed clinicians’ ideas about microbes in human health and disease. Perhaps the most radical change is the realization that most of the microbes that inhabit our body supply crucial ecosystem services that benefit the entire host-microbe system. These services include the production of important resources, bioconversion of nutrients, and protection against pathogenic microbes. Thus disease can result from a loss of beneficial functions or the introduction of maladaptive functions by invading microbes. This review will show how an understanding of the dynamics and function of the indigenous microbiota has altered our view of microbes in maintaining homeostasis and causing disease. It will discuss how disruption of the beneficial functions of the microbiota can lead to disease. Methods for studying the microbiota will be introduced as part of a conceptual framework for using these methods to delineate novel roles for microbes in health. Key associations between specific changes in the microbiome and disease will be discussed. This will lead to an explanation of how the intentional manipulation of the microbiota, either by restoring missing functions or eliminating harmful functions, may lead to novel methods to prevent or treat a variety of diseases. With the explosion of studies relating the microbiome to health and disease, this review aims to provide a foundation for clinicians to follow this developing area of biomedical research.


Human microbiome could shed light on higher morbidity rate in minoritized populations

الائتمان: Pixabay / CC0 Public Domain

The human gut is more than a source of instinct.

A new Northwestern University study is the first to explicitly address the gut microbiome as a pathway to understanding how environmental inequities could lead to health disparities.

Biological anthropologist Katherine Amato, assistant professor of anthropology at the Weinberg College of Arts and Sciences at Northwestern, is the study's lead author.

Amato says, despite a rich body of literature documenting environmental impacts on the microbiome, and the microbiome's impact on human health, the links between structural discrimination, altered environments, microbiome structure and health disparities have not been comprehensively outlined.

The new study calls for a better understanding of how structural discrimination that exposes minoritized populations to 'unhealthy' environments—from altered diets, pollution, sanitation and lack of access to green space—impacts the human gut microbiome, which in turn affects almost every aspect of human biology and health.

"Research has implicated the microbiome in most chronic diseases, and we know that there are disparities in most chronic diseases in which higher morbidity is observed in minoritized populations," Amato said.

Prior studies have demonstrated the impact of environmental inequality on health. For example, a 2020 study showed that children who are exposed to plants and dirt daily at school have higher microbial diversity and improved immune markers, likely because the exposure to microbes in these materials are transmitted to children's bodies. The pattern suggests that minoritized populations living in neighborhoods with little access to outdoor green space are more likely to have lower microbial diversity and associated health risks.

Among its many roles, the gut microbiome contributes to protection from pathogens, nutrition and metabolism, immune function, brain development and behavior. An altered gut microbiome can also have an impact on the gestational environment and the resulting health of the next generation.

Amato's study builds on prior research that shows the environment's role may be stronger than genetics in shaping the human microbiome, and that changes to the composition and function of the microbiome are most flexible in early life.

According to Amato, more empirical and interdisciplinary research is needed to facilitate epidemiological approaches that can tease apart multiple interacting determinants of health and help isolate the factors leading to chronic disease.

An ultimate goal of the research is to be able to deliver interventions that address environmental issues and individualized therapies to restore and improve microbiome health.

"Demonstrating the potential importance of these therapies in combatting health inequities could lead to transformative policy interventions that strive for universal access to emerging health technologies, and to healthcare more generally," Amato said.

"The human gut microbiome and health inequities" will publish June 14 in the journal وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS).


The role of the microbiome in human health and disease: an introduction for clinicians

Research into the microbiome—the indigenous microbial communities (microbiota) and the host environment that they inhabit—has changed clinicians’ ideas about microbes in human health and disease. Perhaps the most radical change is the realization that most of the microbes that inhabit our body supply crucial ecosystem services that benefit the entire host-microbe system. These services include the production of important resources, bioconversion of nutrients, and protection against pathogenic microbes. Thus disease can result from a loss of beneficial functions or the introduction of maladaptive functions by invading microbes. This review will show how an understanding of the dynamics and function of the indigenous microbiota has altered our view of microbes in maintaining homeostasis and causing disease. It will discuss how disruption of the beneficial functions of the microbiota can lead to disease. Methods for studying the microbiota will be introduced as part of a conceptual framework for using these methods to delineate novel roles for microbes in health. Key associations between specific changes in the microbiome and disease will be discussed. This will lead to an explanation of how the intentional manipulation of the microbiota, either by restoring missing functions or eliminating harmful functions, may lead to novel methods to prevent or treat a variety of diseases. With the explosion of studies relating the microbiome to health and disease, this review aims to provide a foundation for clinicians to follow this developing area of biomedical research.


Gut Microbiota and COVID-19 Disease Severity

Although COVID-19 primarily compromises the lungs, it also affects other parts of the body, including the gut . Gastroenterologist Ajiz Ahmed and colleagues at Stanford University showed that patients with GI symptoms were five times more likely to be admitted to the hospital — a connection that begins to make sense when we understand what the gut and lungs have in common.

As different as the roles of the gut and lungs are, they share some of the same basic structural features because they develop from the same embryonic tissues. For example, they are both lined with mucous membranes — a thin layer of specialized cells that lubricate and protect against pathogens — and they are both part of the same mucosal immune system , an integrated immune network that protects the body from infection.

COVID-19 enters cells by binding to angiotensin-converting enzyme 2 ( ACE2 ) receptors on the surface of cells throughout the body. ACE2 is a protein involved in normal biological processes, including blood pressure regulation, wound healing, and inflammation. COVID-19 uses ACE2 receptors as a doorway to enter cells and start replicating. In the process, the normal functions of ACE2 receptors are blocked. Cells that line the gut and lungs are particularly vulnerable to COVID-19 infection because they have many ACE2 receptors. People who have pre-existing deficits in their microbiota tend to have more ACE2 receptors. This may increase their susceptibility to inflammation and to COVID-19 infection, especially more severe cases.

Microbiologist and immunologist Gregor Reid of Western University in Canada says that “inflammation in the gut and lungs [can] provide the virus access to distant sites and potentially [contribute to] poorer patient outcomes.” For example, inflammation damages the cellular structure of the gut’s lining, undermining its ability to act as a protective barrier. In this way, pathogens may exit the gut, enter the bloodstream, access other organs expressing ACE2, and trigger inflammation in distant parts of the body. Other scientists are hypothesizing that disruption of the gut’s mucosal barrier may lead to severe COVID-19 for this very reason.

Reid cautions that the severity of COVID-19 symptoms likely depends on many variables and interactions that are still not entirely clear. For example, certain individuals may be more susceptible to severe COVID-19 based on the pre-existing status of their gut microbiota and their susceptibility to inflammation, Reid says. Even medications that a patient takes could alter their gut microbiota and influence COVID-19 infection and severity.

Gastroenterologist Siew Chien Ng and researchers at the Chinese University of Hong Kong found that certain bacteria known to reduce inflammation were depleted in COVID-19 patients who had elevated inflammatory markers in their blood, regardless of whether they received medications.


Parkinson's Disease Linked to Microbiome

Caltech scientists have discovered for the first time a functional link between bacteria in the intestines and Parkinson's disease (PD). The researchers show that changes in the composition of gut bacterial populations&mdashor possibly gut bacteria themselves&mdashare actively contributing to and may even cause the deterioration of motor skills that is the hallmark of this disease.

The work&mdashwhich has profound implications for the treatment of PD&mdashwas performed in the laboratory of Sarkis Mazmanian, the Luis B. and Nelly Soux Professor of Microbiology and Heritage Medical Research Institute Investigator, and appears in the December 1 issue of زنزانة.

PD affects 1 million people in the US and up to 10 million worldwide, making it the second most common neurodegenerative disease. Characteristic features of PD include symptoms such as tremors and difficulty walking, aggregation of a protein called alpha-synuclein (αSyn) within cells in the brain and gut, and the presence of inflammatory molecules called cytokines within the brain. In addition, 75 percent of people with PD have gastrointestinal (GI) abnormalities, primarily constipation.

"The gut is a permanent home to a diverse community of beneficial and sometimes harmful bacteria, known as the microbiome, that is important for the development and function of the immune and nervous systems," Mazmanian says. "Remarkably, 70 percent of all neurons in the peripheral nervous system&mdashthat is, not the brain or spinal cord&mdashare in the intestines, and the gut's nervous system is directly connected to the central nervous system through the vagus nerve. Because GI problems often precede the motor symptoms by many years, and because most PD cases are caused by environmental factors, we hypothesized that bacteria in the gut may contribute to PD."

To test this, the researchers utilized mice that overproduce αSyn and display symptoms of Parkinson's. One group of mice had a complex consortium of gut bacteria the others, called germ-free mice, were bred in a completely sterile environment at Caltech and thus lacked gut bacteria. The researchers had both groups of mice perform several tasks to measure their motor skills, such as running on treadmills, crossing a beam, and descending from a pole. The germ-free mice performed significantly better than the mice with a complete microbiome.

"This was the 'eureka' moment," says Timothy Sampson, a postdoctoral scholar in biology and biological engineering and first author on the paper. "The mice were genetically identical both groups were making too much αSyn. The only difference was the presence or absence of gut microbiota. Once you remove the microbiome, the mice have normal motor skills even with the overproduction of αSyn."

"All three of the hallmark traits of Parkinson's were gone in the germ-free models," Sampson says. "Now we were quite confident that gut bacteria regulate, and are even required for, the symptoms of PD. So, we wanted to know how this happens."

When gut bacteria break down dietary fiber, they produce molecules called short-chain fatty acids (SCFAs), such as acetate and butyrate. Previous research has shown that these molecules also can activate immune responses in the brain. Thus, Mazmanian's group hypothesized that an imbalance in the levels of SCFAs regulates brain inflammation and other symptoms of PD. Indeed, when germ-free mice were fed SCFAs, cells called microglia&mdashwhich are immune cells residing in the brain&mdashbecame activated. Such inflammatory processes can cause neurons to malfunction or even die. In fact, germ-free mice fed SCFAs now showed motor disabilities and αSyn aggregation in regions of the brain linked to PD.

In a final set of experiments, Mazmanian and his group collaborated with Ali Keshavarzian, a gastroenterologist at Rush University in Chicago, to obtain fecal samples from patients with PD and from healthy controls. The human microbiome samples were transplanted into germ-free mice, which then remarkably began to exhibit symptoms of PD. These mice also showed higher levels of SCFAs in their feces. Transplanted fecal samples from healthy individuals, in contrast, did not trigger PD symptoms, unlike mice harboring gut bacteria from PD patients.

"This really closed the loop for us," Mazmanian says. "The data suggest that changes to the gut microbiome are likely more than just a consequence of PD. It's a provocative finding that needs to be further studied, but the fact that you can transplant the microbiome from humans to mice and transfer symptoms suggests that bacteria are a major contributor to disease."

The findings have important implications for the treatment of Parkinson's, the researchers say.

"For many neurological conditions, the conventional treatment approach is to get a drug into the brain. However, if PD is indeed not solely caused by changes in the brain but instead by changes in the microbiome, then you may just have to get drugs into the gut to help patients, which is much easier to do," Mazmanian says. Such drugs could be designed to modulate SCFA levels, deliver beneficial probiotics, or remove harmful organisms. "This new concept may lead to safer therapies with fewer side effects compared to current treatments."

The paper is titled "Gut Microbiota Regulate Motor Deficits and Neuroinflammation in a Model of Parkinson's Disease." Other Caltech coauthors include Taren Thron, Gnotobiotic Facility manager and research technician for the Mazmanian laboratory undergraduate Gauri G. Shastri postdoctoral scholar Collin Challis graduate student Catherine E. Schretter and Viviana Gradinaru, assistant professor of biology and biological engineering and Heritage Medical Research Institute Investigator. The work was funded by the Larry L. Hillblom Foundation, the Knut and Alice Wallenberg Foundation, the Swedish Research Council, Mr. and Mrs. Larry Field, the Heritage Medical Research Institute, and the National Institutes of Health.


كشف الدرجات

بكتيريا. الفيروسات. الفطريات. We normally think of these organisms as our enemies.

But they aren’t all bad. Our bodies are full of them and it turns out we can’t live without them. But what exactly are they and what do they do for us?

From the moment we’re born, we acquire, and nurture an internal ecosystem of symbiotic bacteria and other microbes, trillions of them in all. In fact there are roughly as many microbial cells in our bodies as human cells. This thriving microbial world is called our microbiome.

While some microbes can make us ill, we need our microbiome to survive. Combined, they are every bit as essential as our heart, our lungs or our brain.

We have microbes living all over our skin and in every orifice of our bodies. But most of the microbiome is found in our gut. Our gut microbes are essential for digestion. They also help regulate hormones and they can boost our immune system.

Our microbiome contains a wide range of microbes, some of which have beneficial effects on our health and some of which are detrimental. A healthy collection of microbes seems to be vital for our wellbeing, protecting against some of the biggest health threats, like heart disease, obesity, diabetes, arthritis and even depression.

On the other hand, having an unhealthy microbiome may be a contributing factor for many common diseases.

Our modern lifestyles, western diets and overuse of antibiotics might all be having a harmful effect on our internal ecology.

So how do you cultivate a healthy microbiome? Well it seems that the more diverse your microbial population is, the better. And the best way to increase your diversity is to eat a wide range of plant-based foods.

Research shows that people who have at least 30 plant-based elements in their diet every week have a wider range of bacteria in their gut, and that’s linked to better weight management, better heart health and better mental health.

One easy way to boost your numbers is to add a teaspoon of mixed seeds to your breakfast – each type of seed counts as one of the elements. Whole grains, nuts and legumes are all good things to add to your diet as well.

For a few very unlucky people, your microbiome can go badly awry. For years, a man in the US experienced unexplained mental fogginess, dizziness and memory loss. He was repeatedly pulled over for drink driving, even when he said he hadn’t touched any alcohol.

Finally he was diagnosed with a very rare condition called auto-brewery syndrome, which happens someone’s gut gets colonised by خميرة الخميرة, also known as brewer’s yeast. These yeasts convert carbohydrates into alcohol, so this man was brewing beer inside his own stomach. That might sound fun, but this guy will tell you it really isn’t.

You can learn more about how your microbiome affects your health by subscribing to عالم جديد. We’ve even got a special discount for our wonderful YouTube viewers: click the link in the box below and enter the code SAM20 to get 20 per cent off.

The influence of your gut microbes goes a lot further than you might think. In the last 20 years, we’ve learned that they communicate constantly with the brain, perhaps even exerting control over your mood and emotions.

In fact, microbes can produce every neurotransmitter found in the human brain, including serotonin and dopamine. And there are cells in the gut lining that can detect neurotransmitters and send signals to the brain.

Studies have found that when human volunteers are given probiotic yoghurts containing four different types of bacteria, this affects the activity and connectivity in emotion centres in the brain, producing changes linked to healthier emotion processing.

Another study found that pregnant women who were given certain bacteria had lower scores on depression and anxiety tests compared with a control group. Research like this has led to the idea that mental illness could be treated using treatments that change our gut bacteria, which have been dubbed psychobiotics.

Your microbiome is a big part of who you are. So take care of it, and it will take care of you! If you enjoyed this video don’t forget to like and subscribe for more Science with Sam.


شاهد الفيديو: الميكروبيوم. Microbiome. Microflora. Normal Flora. Microbiota (كانون الثاني 2023).