Microbiomul uman

1. Ce este microbiomul?

Microbiomul uman însumează totalitatea microorganismelor celulare care sunt prezente în mod normal în corpul uman. Această floră microbiană variază de la o persoană la alta. Factorii precum dieta alimentară, mediul înconjur și dezvoltarea proceselor inflamatorii pot induce modificări ale microbiomului uman (1).

Microorganismele existente în cele trei segmente ale aparatului digestiv: stomac, intestin subțire și colon, alcătuiesc microbiomul intestinal, iar microorganismele de la nivelul colonului sunt predominante. Metoda de evaluare este reprezentată de examenul coproparazitologic (2), (3).

În alcătuirea microbiomului intestinal sunt descrise aproximativ 400 de specii microbiene, mai frecvente fiind cele din speciile Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria și Proteobacteria (4).

2. Dezvoltarea microbiomului

Microbiomul intestinal ia naștere în cursul procesului de dezvoltare embrionară, suferind o gamă largă de modificări în perioada prenatală, dar și în cea postnatală. Contactul cu microorganismele materne și provenite din mediul înconjurător este responsabil de apariția primelor microorganisme colonizatoare, ulterior acestea fiind suplimentate pe tot parcursul vieții (5). După selectarea componentelor microbiomului intestinal, acesta urmează un proces de dezvoltare prin care compoziția, dar și capacitatea funcțională ating stadiul de maturitate. În urma acestui proces, microbiomul intestinal dezvoltă capacitatea de a elibera energia din carbohidrați, de a metaboliza xenobioticele și de a interveni în sinteza vitaminelor.

În organismul uman sunt prezente microorganisme comensale, reprezentate în principal de bacterii, al căror sediu determină rolul acestora. Flora comensală prezentă la nivelul pielii, al aparatului digestiv și genital diferă de la individ la individ (1). Aceste microorganisme își îndeplinesc rolul prin intermediul diferitelor substanțe și intervin în procese metabolice, cognitive și ale sistemului imunitar. În ceea ce privește sistemul imun, flora microbiană comensală deține un rol cheie în dezvoltarea acestuia și menținerea optimă a funcționării sale, aspect demonstrat la persoanele cu deficit imun dobândit, care pot dezvolta infecții cauzate de microorganismele comensale (6).

3. Funcția normală a microbiomului

Microbiomul intervine în buna funcționare a organismului prin intermediul multiplelor sale funcții. Funcțiile microbiomului sunt:
- metabolice;
- imunologice;
- de protecție;

Rolul microbiomului în metabolismul nutrienților:
- metabolismul lipidic - suprimă inhibarea lipoproteinelor lipazice în adipocite;
- metabolismul proteic - facilitează metabolizarea proteinelor și pătrunderea aminoacizilor în lumenul intestinal prin intermediul transportorilor de la nivelul peretelui celular bacterian;
- facilitează sinteza vitaminei K și a vitaminei B.

Rolul microbiomului în metabolismul xenobiotic și medicamentos
Prin intermediul metaboliților săi, microbiomul își exercită funcțiile asupra metabolismului xenobiotic și medicamentos:
- P-cresol – influențează metabolizarea acetaminofenului la nivel hepatic;
- Operon – are capacitatea de a inactiva digoxinul;
- Glucuronidaza beta – influențează metabolizarea irinotecanului și îi poate agrava efectele toxice (7).

Rol în protecția antimicrobiană
În mod normal există un echilibru între flora microbiană comensală și cea patogenă, echilibru menținut prin intervenția sistemului imun. La nivelul tractului digestiv, prezența stratului de mucus limitează contactul florei microbiene comensale cu epiteliul intestinal, microorganismele comensale fiind prezente doar la nivelul stratului extern. Acestea pot dezvolta proteine antimicrobiene și intervin în funcția de barieră a mucoasei, exercitându-și astfel rolul protector prin menținerea unui echilibru între microorganismele comensale și cele patogene. În plus, flora microbiană comensală de la nivelul intestinului produce imunoglobuline locale atunci când identifică prezența microorganismelor patogene.

4. Asocierea diferitelor afecțiuni cu alterarea microbiomului

a. Microbiomul și îmbătrânirea

Pe întreg parcursul vieții, microbiomul uman suferă modificări, dezvoltându-se. Printre factorii ce intervin în dezvoltarea microbiomului uman se numără alimentația, indicându-se o alimentație naturală în perioada de creștere a nou născuților, bogată în bifidobacterii, lactobacterii, streptococi și stafilococi (8). Înaintarea în vârstă aduce o serie de modificări în profilul microbiomului, modificări ce par a fi dependente de stilul de viață, regimul alimentar, buna funcționare a sistemului imun, modificări structurale și funcționale intestinale, infecțiile repetate și administrarea medicamentelor. Astfel, predominant în profilul microbiotei nou-născuților se regăsesc bifidobacterii și lactobacterii, în timp ce la persoanele înaintate în vârstă predomină enterobacterii, C. perfrigens și C. difficile.

O serie de afecțiuni caracteristice persoanelor vârstnice au fost atribuite modificării profilului microbiotei intestinale. Printre acestea se numără tulburările tranzitului intestinal, apetitul redus, scăderea în greutate, creșterea tensiunii arteriale, artrita, deficitul de vitamină D.

b. Diabetul zaharat tip 2

Dezechilibrele microbiotei intestinale sunt asociate cu obezitatea și apariția tulburărilor metabolice. Relația cu obezitatea a fost demonstrată în rândul pacienților care au fost supuși intervențiilor de chirurgie bariatrică, profilul microbiotei intestinale prezentând concentrații reduse de Bacteroidetes și Prevotella, concomitent cu reducerea țesutului adipos (9). În mod asemănător, pacienții cu diabet zaharat tip 2 au concentrații crescute de Lactobacillus, Streptococcus mutans și Clostridiales, spre deosebire de persoanele fără diabet și nivele scăzute de R. intestinalis și Faecalibacterium prausnittzii.

c. Sindromul de colon iritabil

Sindromul de colon iritabil este caracterizat prin triada: dureri abdominale, tulburări ale tranzitului intestinal și disconfort. În producerea acestei afecțiuni, microbiota intestinală deține un rol esențial, fiind o cauză și totodată o țintă a tulburărilor de motilitate intestinală, a sensibilității și a semnalizării neuroimune. Spre deosebire de persoanele sănătoase, echilibrul microbiotei intestinale nu este menținut la pacienții cu colon iritabil. Astfel, aceștia din urmă prezintă lactobacili și bifidobacterii în cantitate redusă.

Microbiota intestinală participă și la menținerea echilibrului dintre inflamație și imunosupresie și reglarea proceselor inflamatoare intestinale. Dezechilibrul acestor procese poate fi datorat și administrării îndelungate a antibioticelor, a inhibitorilor pompei de protoni sau ca urma a infecțiilor tractului digestiv.
Modificarea profilului microbiotei intestinale, face ca microorganismele patogene să depășească nivelul de toleranță imunologică și să producă reacții inflamatoare și imunologice răspunzătoare de apariția durerilor abdominale și a tulburărilor tranzitului intestinal (10).

d. Cancerul colorectal

Cancerul colorectal este o afecțiune din ce în ce mai frecventă, iar responsabili de producerea acestuia nu sunt doar factorii genetici, ci și dieta adoptată. Riscul de apariție al cancerului colorectal este în strânsă legătură cu compoziția microbiotei intestinale. Aceasta este influențată de fermentarea resturilor alimentare nedigerate la nivelul porțiunii distale a colonului și la nivelul rectului. În plus, asocierea antigenilor produși de microbiota intestinală și metabolismul gazdei poate influența dezvoltarea acestei afecțiuni (11).

Bacteriile producătoare de acetaldehidă și celee reducătoare de sulfat sunt par a fi implicate în producerea cancerului colorectal, acționând asupra mucoasei colonului prin intermediul metaboliților eliberați. La polul opus, au fost identificate microorganisme cu efect protector față de cancerul colorectal prin eliberarea de metaboliți precum butiratul, acizii grași cu lanț scurt și acidul linoleic (12).

Profilul microbiotei intestinale a fost studiat în rândul persoanelor cu cancer colorectal, cu risc crescut de cancer colorectal și în rândul persoanelor sănătoase. Bacteroides vulgatus, Eubacterium spp, Ruminococcus spp. , Streptococcus hansenii sunt principalele microorganisme regăsite la persoanele cu risc crescut de cancer colorectal, în timp ce Lactobacillus și Eubacterium aerofaciens caracterizau profilul microbiotei intestinale la persoanele cu risc scăzut de cancer colorectal (13).

e. Bolile alergice

Implicarea microbiotei intestinale în dezvoltarea afecțiunilor alergice precum dermatita atopică, astmul alergic și a alergiilor alimentare este sugerată de modificarea factorilor de mediu care intervin asupra colonizării microbiotei, a compoziției și care perturbă funcțiile acesteia în timpul copilăriei. Dezechilibrul dintre microbiota intestinală și sitemul imun este reprezentat de apariția reacțiilor de hipersensibilitate la alergenii din mediu. Aceste aspecte au fost demonstrate într-un studiu ce a pus în evidență prezența modificărilor microbiotei intestinale la nou-născuții alergici la proteinele din lapte, aceștia având concentrații crescute de lactobacili și concentrații reduse de enterobacterii și bifidobacterii (14).

f. Bolile inflamatorii intestinale

Modificările microbiotei intestinale au fost asociate cu apariția afecțiunilor inflamatorii. Afecțiunile inflamatorii intestinale sunt caracterizate de scăderea nivelului de bacterii comensale, concomitent cu creșterea nivelului bacteriilor anaerobe din familia Enterobacteriaceae. Metaboliții proveniti din structurile microbiotei dețin funcții antiinflamatorii sau proinflamatorii și acționează asupra macrofagelor. Acestea din urmă, sunt factori esențiali în menținerea homeostaziei țesuturilor prin distrugerea agenților patogeni prin fagocitoză. Dezechilibrele microbiotei intestinale, cunoscute sub denumirea de disbioză, au fost demonstrate în patogeneza bolii Crohn și a colitei ulcerative. Disbioza se caracterizează prin producerea antigenelor microbiene și apariția proceselor inflamatorii instestinale.