Mikrobiom

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Az emberi test bőrének mikrobiomja és a rajta uralkodó baktérium fajok megoszlása testtájanként.
Epigenetikai mechanizmusok.
A tüdő mikrobiomja. Kommenzális vs patogén mechanizmusok, a COPD patomechanizmusa.

A mikrobiom az emberi testben élő kommenzalista, szimbionta és patogén mikroorganizmusok alkotta ökológiai rendszer.[1][2] A mikrobiom a mikrobák (mikrobioták) összessége, amelyek velünk, bennünk, rajtunk élnek, táplálnak, védenek, valamint időnként kihasználnak minket. Az emberi szervezetet a humán sejtekből összeállt szövetek és szervek alkotják olyan szerveződést követve, amelynek során közös ökoszisztémát alkotnak a szervezetünkben élő mikrobákkal, azaz a mikrobiommal. Az ide tartozó baktériumok, vírusok, gombák részt vesznek az emberi szervezet integritást biztosító határok védelmében, nélkülözhetetlen anyagokat állítanak elő és megakadályozzák idegen (és betegséget okozó) mikroorganizmusok tartós megtelepedését.[3]

A kifejezést Joshua Lederberg amerikai kutató alkotta meg, aki az emberi testben helyet foglaló mikroorganizmusok életműködésekre és betegségekre gyakorolt hatásának fontossága mellett érvelt. Sok tudományos cikkben megkülönböztetik a „mikrobiomot” és a „mikrobiótát” attól függően, hogy az egy környezeti niche-ben helyet foglaló mikroorganizmusok kollektív genomjaira vagy magukra a mikroorganizmusokra kívánnak utalni.[4][5][6] Ezeket a kifejezéseket azonban nagyrészt szinonimaként kezelik.

Az emberi test több mint tízszer annyi mikrobiális sejtet tartalmaz, mint emberi sejtet, bár a teljes mikrobióta össztömege csak 200 gramm körüli,[7][8] bár egyes becslések ezt akár 1400 grammra is tehetik. Emberben, a 1015–1016 nagyságrendben, tehát testi sejtjeink számához (körülbelül 1014) képest jelentős túlsúlyban testünkben élő mikroorganizmusok az egészséges homeosztatikus egyensúly fontos epigenetikai elemét jelentik. Különféle betegségek esetén a patomechanizmus lényeges része ennek az egyensúlynak a megbomlása. Napjainkban egyre több kutatás számol be a mikrobiom jelentőségéről egészségben és betegségben egyaránt, bár legtöbbször nem tisztázott még, hogy okról vagy következményről van-e szó. A mikrobiom biológiai jelentőségét felismerve elkerülhetetlen az elterjedt antibiotikum-használat alapvető átértékelése[9].

Vannak, akik „újonnan felfedezett szerv”-ként tekintenek a mikrobiomra, mivel létezését az 1990-es évek végéig nem ismerték fel általánosan, és jelenleg úgy gondolják, döntő hatással van az emberi egészségre. A mikrobák megtalálása a modern molekuláris genetikai módszerekkel vált lehetővé, hiszen nagy részük a jelenlegi technikákkal nem tenyészthető ki laboratóriumi környezetben. Úgy gondolják, kapcsolatba hozhatók autoimmun betegségekkel, mint a cukorbetegség, reumás ízületi gyulladás, izomsorvadás, sclerosis multiplex, fibromyalgia és talán a rák néhány fajtája. Az elhízást is elősegítheti a bélflórában található nem optimális mikrobakeverék. Tekintve, hogy a testünkben található mikrobák befolyásolhatják a neurotranszmitterek (ingerületátvivő anyagok) termelését, megértésükkel közelebb juthatunk a skizofrénia, depresszió, bipoláris zavar és más neurokémiai egyensúlyzavarok gyógyításához.

A mikrobiomok létezése más környezetekben is megfigyelhető, például a talajban, tengervízi és édesvízi rendszerekben. Úgy gondolják, hogy az endoszimbionta elmélet először komplexebb élőlények létrejöttéhez vezetett, és az endoszimbiózis továbbra is alapvető szerepet kap az élőlények evolúciójában és új niche-ek elfoglalásában. A szóba jövő mikrobák nagy része nem patogén (nem okoz betegséget, csak ha túlságosan elszaporodik), hanem harmóniában és szimbiózisban él gazdaszervezetével.[10]

A kutatók úgy találták, hogy az emberi szervezet mikrobapopulációjának nagy része nem a baktériumok, hanem a nagyon ősi archeákhoz tartozik.[10]

Bevezetés[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Metagenomikai módszerek áttekintése.

A mikroorganizmusokat gyakran a betegségekkel hozzuk kapcsolatba. Nem is gondolunk arra, hogy ezek is életjelenségeket folytató élőlények, törekednek saját maguk életben tartására és fajuk reprodukciójára. Ennek során környezetüktől függenek, és maguk is hatást gyakorolnak élő környezetükre. Ez a hatás számukra néha előnyös, máskor ártalmas, amit igyekeznek elkerülni. Ez a bonyolult kapcsolatrendszer rendkívül szövevényes, többirányú szabályozást jelent, melynek megbomlása betegségek oka lehet. A növények és az állatok, az egysejtűektől az emberig, szoros együttműködésben élnek a mikroorganizmusokkal, vagyis az emberi mikrobiommal.

Egészen a közelmúltig a növények és az állatok kölcsönhatását a mikrobák világával már viszonylag jól definiálták a betegségeik összefüggésében, azonban kis számú szimbiotikus esettanulmány készült ezekről. Az élő szervezetek nem élnek elszigetelten, hanem komplex közösségek keretében fejlődnek.

Számtalan kutatást vezérelt új irányba ez a felfogás, amely magában foglalja az aktuális képességet abban, hogy genomikai és génexpressziós elemzéseket hajtanak végre egysejtűeken, sőt a teljes mikrobaközösségeken, az új tudományágban a metagenomikában és metatranszkriptonomikában, valamint ezekről készült adatbázisok lehetővé teszik az információkat a kutatók számára egyszerre több tudományágban, valamint a matematikai analízis módszerei segítik értelmezni ezen komplex adathalmazokat. Egyre inkább nyilvánvaló, hogy a mikrobák egy jelentős része határozza meg a szervezet fenotípusát, messze túl az alkalmi szimbiotikus esettanulmányokon.[11]

Mikrobiom kutatásának története[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • 1796: E. Jenner védőoltás, vakcina
  • 1800-as évek vége (Koch –anthrax)
  • Tenyésztés, izolálás, azonosítás biokémiai próbákkal
  • 1977: Filogenetikai szerkezete a prokarióta domaineknek: az elsődleges királyság. Woese CR, Fox GE
  • 1986: Archaebakteriális törzsfejlődés: perspektívák Woese CR, Olsen GJ
  • 1987: 16 S rRNS szekvenálás – 1500 baktérium azonosítása; 11 bakteriális phyla; a riboszóma, különösen RNS-ei, kivételesen konzerváltak maradtak az evolúció során. Valamennyi (ma élő és már kihalt) élőlény egyetlen családfába rendezhető, ha riboszómális RNS-einek szekvenciájában található eltéréseket vesszük alapul.
  • 2001: Joshua Lederberg – mikrobiota fogalma; jelentősége van a kommenzális, szimbióta és patogén mikróbák közösségének, akikkel közösen bírjuk a testünket [12]
  • 2004: Bergey's, főleg a 16S rRNS - analízis eredményein alapul; Szekvenálás technikájának fejlődése 3000 komplett bakteriális genom
  • 2006: Bélflóra „Új szerv” O’Hara
  • 2007 - 2015: Humán Mikrobiom Projekt (HMP) - a NIH, az Egyesült Államok Nemzeti Egészségügyi Hivatala (az orvosi- és biológiai kutatásokat koordináló egyik intézménye) hírdette meg
  • 2012: 35 phyla; 1014 mikróba; Új pre/probiotikumok
  • 2013: Széklettranszplantáció - Van Nood N et.
  • 2014: Humán mikrobiom terápia

Esettanulmányok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Esettanulmányok emberen[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Mikrobiom analízis. Célzott vs. puskalövés szerű szekvenálása a metagenomnak.
A gyomor nyálkahártyája, amely (itt egy mikroszkópos keresztmetszeti nézet) otthona néhány mikroorganizmusnak, annak ellenére, hogy szélsőséges a gyomor savas miliője. Az egyik ilyen baktérium faj (Helicobacter pylori) szerepet játszik a gyomor- és nyombél-fekély kialakulásában.
  • Közönséges szekvenálása a teljes bélflóra kövér és sovány ikrek esetében jelentős különbségeket mutatnak. A teljes népesség-szekvenciát analizálva meghatározták a szintjeit a résztvevő enzimek, szénhidrátok, lipidek és aminosavak anyagcseréjének.
Az elhízással együtt jár a törzs szintű különbségeik a mikrobiótákban, a bakteriális sokféleség szignifikánsan csökkent, és növekedett a populációban az enzimek termelése, amely fokozott hatékonyságot eredményez a kalóriatartalmú étrend esetében, elhízott ikreknél.
  • Az I-es típusú diabétesz egy autoimmun betegség, amely korrelál sokféle hajlamosító tényezővel, többek között egy aberráns bél mikrobiótával, szivárgó bél nyálkahártya-felületen, és a belső különbségekkel az immunválaszban. Különböző állatmodellekben kimutatták a cukorbetegség kialakulásának kezdetén a baktériumok szerepét.
Közönséges DNS szekvenálása a bélflórának egészséges és autoimmun gyerekek összehasonlítása esetén azt mutatták, hogy az autoimmun gyermekek viszonylag instabil bél ökoszisztémájában jelentősen csökkent a fajok sokféleségének szintje, és a populációk nagyszabású cseréjét mutatták Firmicutes fajok és Bacteroidetes fajok között.
  • Enterotípusok alakulnak ki a mikrobiomon belül. A mikrobiomon belül egyes baktériumfajok dominálnak, mások igen kis egyedszámmal fordulnak csak elő. A mikrobiom ezernyiféle élőlénye között is kialakulnak szövetségesek és ellenségek. Ezekre a viszonyokra egy-két éve derült fény. Meglepő módon, az emberi mikrobiomban három „szövetségi rendszer”, úgynevezett enterotípus egyike szokott kialakulni: vagy a Prevotellák, vagy a Bacteroidesek, vagy a Ruminococcus fajok dominanciájával.
Ezek szövetségeseikkel (például Bacteroides-Lactobacillus-Clostridiales-Alkaliphilus-Slackia) gátolják a többiek térnyerését. A Bacteroides uralta enterotípus előnyös, mert ezek a komplex szénhidrátok bontásával rengeteg savat termelnek, az egyszerű szénhidrátokat kedvelő Prevotella vezette szövetség viszont komoly kárt okozhat az epithelt védő mucin elbontásával, csimpánzokban is hasonló enterotípusok fordulnak elő.
Az egyes enterotípusoknak az egészségre gyakorolt hatását számos kutatócsoport vizsgálja. Előzetes, kevéssé megbízható adatok mutatnak például a Prevotella hajlamosító szerepére I-es típusú cukorbetegségben, vagy a Clostridium sporogenes védőhatására az Alzheimer-kórral szemben.
  • Ha valaki megfertőződik, a betegség lefolyása alatt a szervezetében elszaporodnak a kórokozók sejtjei, és a fertőzéstől függően, különféle utakon távozhatnak a szervezetből azért, hogy egy másik egyedbe behatolva új fertőzést hozzanak létre. A támadásokkal szemben szervezetünk védekező rendszerei bonyolult és összetett módon reagálnak. Természetes határok a testfelületek, ezek fizikai épsége megnehezíti az idegen mikrobák betörését.
A határoknak kémiai védelmet adnak a különböző váladékok antibakteriális anyagai (a faggyú, a peroxidációra képes zsírsavak, a só viszonylag magas koncentrációja, a savas kémhatás). Biológiai védelem a normális mikroba flóra hatalmas sejttömege, amelynek egészséges egyensúlya esetén alig van betölthető niche, biológiai élettér a kórokozó baktériumok számára. A normális mikrobiomot károsodás esetén nehéz regenerálni, ami a fertőzések számának növekedését okozhatja. A T-helper 17 sejtek (Th17) biológiája generálta érdeklődésnek köszönhetően kulcsfontosságú szerepet játsszanak a gyulladásos folyamatokban.
A túlzott mennyiségű Th17 sejtekről úgy gondolják, hogy fontos szerepet játsszanak az autoimmun betegségek kialakulásában, mint például a sclerosis multiplex, a pszoriázis, a fiatalkori cukorbetegség, a reumás ízületi gyulladás, a Crohn-betegség, és az autoimmun uveitis. Azt fedezték fel, hogy a Th17 sejtek irányítják a specifikus mikrobiota rendszer biológiai differenciálódást a vékonybél sejtek nyálkahártyájában.

Állatkísérletek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Levélvágó-hangyák
Camponotus pennsylvanicus ad otthont a mutualista bakteriális endoszimbionta Blochmanniának.
  • A kétéltű populáció világméretű csökkenése már jól ismert. Az élőhelyek elvesztése és a túlzott fogyasztásuk a problémák része, de úgy tűnik, sok más folyamat adja a kutatómunkák fő részét. A chytridiomycosis, virulens gombás betegség terjedése is rejtély.
  • A levélvágó hangyák alkotják a hatalmas, föld alatti telepek millióit, minden betakarítás több száz kilogramm levelet jelent minden évben a hangyáknak, ám képtelenek megemészteni a cellulózt, amit a levelek tartalmaznak. Azt állítják a gombakolóniák elsődleges táplálékforrása. A gombák nem képesek megemészteni a cellulózt. Ehelyett egy mikroba közösség sokféleségét alkotó baktériumok sokasága felelős a cellulóz emésztéséért. Elemezve a mikrobapopuláció genom összetételét metagenom szekvenálási módszerrel, számos gén jelenlétét mutatták ki, amely szerepet játszik a cellulóz emésztésében. Ez a megjósolt mikrobiom szénhidrát-bontó enzim profil hasonló a szarvasmarha bendőjében lévőben, de a fajok összetétele szinte teljesen eltérő.
  • A Camponotus pennsylvanicus ad otthont a mutualista bakteriális endoszimbionta Blochmanniának. Mint minden faj, a hangyák Camponotus nemzetsége, a fán fészkelő C. pennsylvanicus rendelkezik egy obligát bakteriális endoszimbiontával a Blochmanniával. A kis genommal rendelkező Blochmannia megtartja a gének bioszintetizáláshoz az esszenciális aminosavakat és más tápanyagok, ami arra utal, hogy a baktérium szerepet játszik a hangya táplálkozásában. Sok Camponotus faj is fertőzött Wolbachiával, egy endoszimbiontával, ez elterjedt a rovarok csoportjában.

Kísérletek növényekkel[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Zuzmók és fák szimbiózisa.
  • Számos baktérium szimbiózisban él növényi kolonizációjuk során. Ezek közül sok patogén, de mások ismert növényi növekedést elősegítő baktériumok, amelyek biztosítják a gazdanövény alapvető élettani funkcióit, például a nitrogén megkötését, oldhatóságát ásványi anyagoknak, mint például a foszfornak, szintézisét növényi hormonoknak, közvetlenül javítják az ásványok felvételét, és védelmet nyújtanak a kórokozókkal szemben. PGPB-k képesek a növényi kórokozókkal szemben védekezni azáltal, hogy harcolnak az ökológiai fülkéért vagy gátló allél-kemikáliákat termelnek, vagy szisztémás rezisztenciát váltják ki a gazdanövényeknek a kórokozókkal szemben.

A lelki működésre gyakorolt hatások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Depresszió[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Depresszió

A mikrobák is szerepet játszanak a depresszió kialakulásában. A patogén baktérium, a Borrelia burgdorferi Lyme-kórt és ezzel együtt depressziót okoz, amely a fertőzöttek akár a 2/3-a minden esetben. A nem-patogén baktériumok is szerepet játszanak a depresszióban azokban az esetekben, ahol baktérium populáció száma lecsökken. Az egyik kísérleti depresszió modellben periodikusan szétválasztották az újszülött egereket anyjuktól.

Ezek az egerek szervezetükben szétválasztás után csökkenését mutatják a Lactobacillus és Bifidobacterium fajoknak, funkcionális bél rendellenességek jelentkeznek, fokozott a kortikoszteron (stressz hormon) szintje, fogyás, és nem képesek annyit úszni egy erőltetett úszási vizsgálatban, mint a kontroll egerek, jelezve viselkedésbeli kétségbeesésüket.

Az egereket Lactobacillussal kezelték, amelynek hatására csökkentek a kortikoszteron vérszintek és a bél rendellenességek. Humán betegek depresszióban kevésbé képesek megfelelően megemészteni a fruktózt, amelyhez társul a triptofán termelés csökkenése. Megszüntetése fruktóz diétával lehetséges, és a javult a depresszió is.

Szorongás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Szorongás

A bélben élő mikrobák is szerepet játszanak a szorongásos zavarok kialakulásában. A szorongásos zavarokban szenvedő betegeknél gyakori a rendellenes bélflóra. A baktériumok közül a Campylobacter jejunit mutatták ki egerekben a szorongásos viselkedési zavarok okozójaként. Csíramentes egerek kevésbé mutatnak szorongásos viselkedést és kevésbé szelektívek NR2B mRNS expresszióra a centrális amygdalában, amely felelős lehet az anxiolitikus viselkedésért, mivel az NR2B antagonistáknak szorongásoldó hatása van az egerek viselkedésére. A viselkedés változásának az is oka lehet, hogy megnövekszik az agyi eredetű neurotróf faktor (BDNF) mRNS expressziója, amely esetleg indukálhatja a dentatus granuláris rétegeinek plaszticitását a hippocampusban. A hippocampus és a BDNF érintettek a memóriával kapcsolatban is. A bél baktériumok fokozott sokszínűségéhez kapcsolódóan kimutatták, hogy ez javítja mind a munka- és referencia-memóriát, valamint csökkenti a szorongásos viselkedést.

Autizmus[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Autizmus elváltozásainak megjelenése az agyi struktúrákban.

Az autista populáció egyedi mikrobiom, amely többféle clostridium fajt is tartalmaz. Az autista gyerekek felében gyomor-bélrendszeri zavarokat találták, amelyek a Sutterella baktériummal kapcsolatosak, viszont ez teljesen hiányzik a nem autista gyerekek gyomor-bélrendszeri zavaránál. Bizonyított, hogy néhány gyermek késői kezdetű autizmusa antibiotikumok hatására, tüneteik megjelenésében enyhülést mutattak átmenetileg.

Az emberi mikrobiom[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az emberi mikrobiom mintegy 100000000000000 mikroorganizmus sejtjéből áll, az aránya mikrobáknak az emberi sejtekhez viszonyítva 10 az 1-hez. Így jelentősen befolyásolják az emberi életműködést. Például, az egészséges mikrobióta egyének széles körében ismert az anyagcsere-funkciók hiánya. A beteg egyének megváltozott mikrobióta összetételéhez társított betegségek, mint például az újszülött kori nekrotizáló enterocolitis, a gyulladásos bélbetegségek és a vaginózis. Így az emberi mikrobiom tanulmányozása fontos feladata, egy ilyen már vállalt kezdeményezés a Human Microbiome Project és MetaHIT.

Az emberi mikrobiom tanulmányozása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az emberi testben élő mikrobák összessége a mikrobiom, amiben együttvéve 150-szer több idegen gén van, mint amennyi a sajátunk. A sejtek számát illetően tízszer több baktériumsejtünk van, mint emberi. Mindezek a tények helytállók annak ismeretében, hogy a test körülbelül 22-23 ezer emberi génjére 8 millió baktériumé jut. A testben élő mikrobák közössége nincs mindig harmóniában egymással és az emberi génekkel. Ezek az antagonizmusok időnként konfliktusokkal járnak, amelyek genetikai csatatérré változtatják az emberi szervezetet. E helyzetet tovább tarkítja az emberi genom megosztottsága, amely fele részben anyai, másik felében pedig apai, így ezek között is lehetnek konfliktusok. Úgy tűnik, nemcsak az emberi testet, de az elmét is a gének irányítják[13].

Egy alap mikrobiom adatbázis létrehozása, Humán Mikrobiom Projekt[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Célja[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az egészséges emberi szervezet mikroszkópos vizsgálata kimutatta, hogy a mikrobiális sejtek többen vannak, mint az emberi sejtek, körülbelül 00:50 az arányuk[14]. Egészen a közelmúltig azonban ez a gazdag közösség, amely szabályozatlanul hat az emberi fejlődésre, az életműködésre, az immunitásra és a táplálkozásra szinte teljesen ismeretlen a tudomány számára. Az NIH Közös Alapja a Humán Mikrobiom Projekt (HMP) azzal a küldetéssel jött létre, hogy a kutatási források lehetővé tegyék átfogó jellemzését az emberi test mikrobiotájának, és ezek elemzése derítse ki szerepüket az emberi egészség és betegség kialakításában. A HMP 5 éves projektje 150.000.000 $-ból finanszírozható.

A DNS-szekvenálás egy új kutatási területet hozott létre, az úgynevezett metagenomikát, amely így már átfogóan képes volt vizsgálni a mikrobiális közösségeket a nélkül, hogy laboratóriumban tenyészteni kellene azokat. A metagenomikai megközelítés lehetővé teszi a genetikai anyagok közvetlen vizsgálatát. A testünkkel együtt élő mikrobák összessége a mikrobiom, amiben együttvéve 150-szer több bakteriális idegen gén van, mint amennyi a sajátunk. A sejtek számát illetően megállapították, hogy tízszer több baktériumsejtünk van, mint humán. Ezek az adatok helytállóak annak ismeretében, hogy a test körülbelül 22-23 ezer emberi génjére 8 millió baktériumé jut.

Az Európai Bizottság által is finanszírozott Humán Mikrobiom Projekt keretében a St. Louis-i Washington Egyetem és a heidelbergi Európai Molekuláris Biológiai Laboratórium szakértőinek közös kutatása elsőként vizsgálta az ember emésztőszerveiben élő mikrobák genetikai sokféleségét [15]. A mikrobium genetikai változatosságának feltárása magyarázatot adhat a kutatóknak arra a kérdésre, hogy a mikrobiális gének mind egymással, mind az emberi génekkel hogyan működnek együtt, mikor segítenek az egészség megőrzésében és mikor okoznak betegséget[16].

Első szakasza (2007-2012)[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Hat kezdeményezése volt az első szakasznak, amely középpontjában a metagenomikai adatállományok és számítástechnikai eszközök fejlesztése volt a mikrobiom egészséges felnőttek és a korosztályok speciális, a mikrobiommal összefüggő betegségek jellemzésére. Etikai, jogi és társadalmi következményeinek (ELSI)kutatására programot hoztak létre, hogy megfeleljen az új és ismeretlen kérdések megválaszolására. Referenciakészlet kidolgozása a mikrobiális genom szekvenciáknak és az előzetes jellemzése az emberi mikrobiomnak.

Második szakasz (2013-2015)[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Középpontjában egy kezdeményezés, amely megteremti az első integrált adatállományait a mikrobiom biológiai tulajdonságainak, a befogadó multi-omikai technológiák segítségével.

Mikrobiom és súlytalanság, Asztronauta Mikrobiom Program[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A világűrben dolgozó űrhajósok lelkiállapotára bizonyítottan hatással vannak a speciális munkakörülményeik. Az asztronautákkal egy ökológiai közösségben élő mikroorganizmusok viselkedése néhány nap alatt megváltozhat a súlytalanság állapotában. Hosszabb távra, akár a 2020-ra tervezett Mars utazás esetén kardinális kérdés lehet az asztronauták mikrobiomjának viselkedése a földi körülményekhez képest, így például az egyébként nem patogén mikrobák, amelyek például az asztronauták immunrendszerének működéséhez elengedhetetlenek.

A szalmonella baktériumok kutatása a NASA két űrmissziója által felfedezett, kulcsfontosságú elemei a baktériumok betegséget okozó potenciáljának megismerésében. A Nemzetközi Űrállomáson (ISS) évek óta kísérleteket végeznek, és kiderítették, hogy a Salmonella typhimurium baktériumban, amely az emésztőrendszerrel kapcsolatos megbetegedésekért felelős, mindössze néhány napos súlytalanság után úgy változott meg az örökítőanyag, hogy a baktériumok virulensebbé váltak.

A szalmonellózisok eredményezik általában az élelmiszer-mérgezéseket, és az ezekhez kapcsolódó betegségeknek. A Centers for Disease Control and Prevention mintegy 40.000 esetben szalmonella fertőzést jelent az Egyesült Államokban minden évben. "Ez a kutatás új területeket nyit meg a vizsgálatoknak, amelyek javítják az élelmiszerek kezelését, új terápiákat és védőoltásokat fedezhet fel az ételmérgezések ellen az emberiségnek a Földön, és védi az űrhajósokat az űrutazások során a fertőző betegségekkel szemben."[17].

A szalmonella-kísérleteket vizsgáló űrmisszió a Nemzetközi Űrállomáson 2006 szeptemberétől 2008-ig folytattak kutatásokat. A 2006-os kísérletek eredményei lehetővé tették a kutatók számára, hogy azonosítsák a molekuláris "kapcsolót", amely úgy tűnik, hogy a szalmonella válasza az űrrepülésre, amely nem figyelhető meg a hagyományos kísérletes körülmények között a Földön. A 2006-os eredmények azt mutatták, hogy a súlytalanság okoz, egy rövid távú változást a szalmonellák virulenciájában. A baktériumok űrtérben virulensebbek voltak, mint a Földön. A 2008-as kísérlet eredményei megerősítették a 2006-osat, és bizonyította, hogy a változás a űrkörnyezetnek köszönhető.

A kutatócsoport által vezetett Cheryl Nickerson[18] úgy találta, hogy az ion koncentrációjának változása az új környezetben ki kapcsolja a baktériumok növekedési kontrollját, amely növekvő virulenciát okoz az űrrepülés során. A kozmikus térben végzett kísérletek azt mutatják, hogy a mechanikai erők, "folyadékokra ható nyíró erők", ezáltal a mozgása a folyadékoknak úgy megváltoznak, hogy a szalmonella sejtek érzékelik azt, ez lehet drámai hatással a szalmonella kórokozó-potenciájára. A folyadékokra ható mikrogravitációs nyírási körülmények a belekben jelentkeznek.[19]

Egyénre szabott szájhigiénia[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A szájban található mikrobiom teljes körű feltérképezése segítséget nyújt az egyénre szabható szájápolás kialakításában. A szájüregben élő baktériumok között fellépő interakciók nyomon követésének az a módja, hogy a baktériumok vírusok elleni védekezési mechanizmusának DNS hátterét felderítik. A baktériumok ugyanis képesek egymásnak a védekező "trükkjeiket" genetikai módon átadni. A stratégiákat szabályozó géncsoportok "csoportosuló köztes rövid palindromismétlődéseknek", röviden CRISPRs-nek nevezik[20].

Sikerült analizálni a szájban lévő mikrobiom CRISPR bakteriális immunrendszer evolúcióját, amely során négy egészséges ember nyálmintáját vizsgálták 17 hónapon keresztül. Arra a megállapításra jutottak, hogy minden egyes kísérleti alany baktériumflórájának immunrendszerében előfordult a CRISPR védekezési stratégia, átlagosan 7-22 %-os arányban. Azt is megállapították, hogy egy rövid időintervallum alatt is meglepően nagyfokú változásokat tudtak regisztrálni a baktériumok immunvédekezésében[21].

Minden egyes nyálminta-vizsgálat során a baktériumok immunállományának egyharmada teljesen új volt. Ez az eredmény arra utal, hogy a vírusokkal szembeni ellenálló képesség napi szinten, vagy még gyorsabb ütemben fejlődik, változik.[22]

Kutatás módszerek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Célzott amplikon szekvenálás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Metagenomikai szekvenálás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

RNS és fehérje alapú módszerek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Projektek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Következtetések[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A mikrobiom működésének, agonista és antagonista hatásainak pontosabb megismerése paradigmaváltást hoz a jövő gyógyszeriparában is. A világegyetemben valószínűleg minden azonos törvényszerűségek és alapelvek szerint működik, a makrokozmosztól egészen a szemmel már láthatatlan mikrokozmoszig. Ezek a törvényszerűségek szabályozzák az emberi testben működő mikrobiomot is, ami azt jelenti, hogy az emberi egészség szempontjából alapvető szerepe van az elfogyasztott tápanyagoknak, azok mikrobiom által való feldolgozásának és az ebből rendelkezésre bocsájtott energiának.

A testben élő komplex ökoszisztéma minden ember egészségének az alapja. Annak lehető legnagyobb épségben való megőrzéséhez létre kell hozni a környezettudatos gyógyszergyártást. A kutatók feladata olyan újfajta gyógyszerek kikísérletezése, amelyek szoros együttműködést fejtenek ki a mikrobiom egészség megőrzését támogató tagjaival. Felerősítik annak védő tevékenységét, és intenzív segítséget nyújtanak a patogén kórokozók eltávolításában.[23]

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Lederberg J, McCray AT. ’Ome Sweet ’Omics—a genealogical treasury of words. Scientist. 2001;15:8. http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/13313/title/-Ome-Sweet--Omics---A-Genealogical-Treasury-of-Words/
  2. The NIH HMP Working Group. 2009. The NIH Human Microbiome Project. Genome Res. 2009 December; 19(12): 2317–2323. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2792171/
  3. LAM 2014;24(1–2):49–55. Testünk mint ökoszisztéma, avagy a metagenomika „ szép új világa” FALUS András, BARCS István, DUDA Ernô,
  4. Backhed, F; Ley, R.E.; Sonnenburg, J.L.; Peterson, D.A.; Gordon, J.I. 2005. Host-Bacterial Mutualism in the Human Intestine. Science 307, 1915 (2005);DOI: 10.1126/science.1104816
  5. Turnbaugh, P.J.; Ley, R.E.; Hamady, M.; Fraser-Liggett, C.M.; Knight, R.; Gordon, J.I. 2007. The Human Microbiome Project. Nature. 449:804-810. doi:10.1038/nature06244
  6. Ley, R.E.; Peterson, D.A.; Gordon, J.I. 2006. Ecological and Evolutionary Forces Shaping Microbial Diversity in the Human Intestine. Cell. 124: 837-848. DOI 10.1016/j.cell.2006.02.017
  7. Zimmer, Carl. „How Microbes Defend and Define Us”, 2010. július 13. (Hozzáférés ideje: 2010. július 17.) 
  8. A baktériumok kisebb sejtmérete miatt. Lásd még Coyle, MD, Walter J.: The Human Microbiome: The Undiscovered Country. (Hozzáférés: 2012. március 2.)
  9. Wu GD & Lewis JD (2013). Analysis of the human gut microbiome and association with disease. Clinical Gastroenterology Hepatology 11(7):774-777.
  10. ^ a b Madigan, Michael T.. Brock biology of micmroorganisms, 13th, San Francisco: Benjamin Cummings (2012). ISBN 9780321649638 
  11. Bosch, T. C. G.; McFall-Ngai, M. J. (2011). "Metaorganisms as the new frontier". Zoology 114 (4): 185–190. doi:10.1016/j.zool.2011.04.001. PMID 21737250. edit
  12. LLederberg J, McCray AT. "Ome Sweet 'omika-a genealógiai kincstár szavak. Scientist. 2001, 15. 8.
  13. Boldogkői Zsolt, a SZTEÁOK Orvosi Biológiai Intézetének Magyar Orvos 2013/6-9.
  14. Savage 1977
  15. https://commonfund.nih.gov/hmp/overview
  16. Magyar Orvos 2013/6-9.
  17. Julie Robinson, a program kutatója a Nemzetközi Űrállomáson, NASA Johnson Space Center Houston.
  18. a Biodesign Intézet Arizona State University Tempe
  19. http://www.newscientist.com/article/mg22129522.800-astronaut-gut-reaction-themicrobiome-in-space.html#.U35umtJ_tOI
  20. http://genome.cshlp.org/site/press/gr111732.xhtml
  21. http://www.elitmed.hu/kiadvanyaink/lam_lege_artis_medicin/nem_csak_magyarorszag_kuzd_az_elvandorlassal_7336/ilam/hirvilag/szemelyre_szabhato_szajapolas_6650/
  22. David [genome.cshlp.org/site/press/gr111732.xhtml Pride], a San Diego-i Kaliforniai Egyetem Genome Research
  23. Elizabeth Costello, a Sanford Egyetem Mikrobiológiai és Immunológiai tanszék

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]