Микробиом человека

Содержание

1. Введение                                                                                         3
2. Микробиом кожи                                                                          3
3. Микробиом конъюктивы                                                            8
4. Микробиом верхних дыхательных путей                               10
5. Микробиом ЖКТ                                                                         14
6. Микробиом мочевыводящих путей                                         23
7. Заключение                                                                                   26
8. Список литературы                                                                     27

Введение

Микробиом человека – общий генетический материал микробных сообществ населяющих человеческий организм. Эти сообщества состоят из различных микроорганизмов, включая эукариоты, археи, бактерии и вирусы. Бактерии в среднем человеческом организме насчитывают в десять раз больше, чем человеческие клетки, в общей сложности около 1000 генов больше, чем присутствуют в человеческом геноме. Однако из-за их небольшого размера микроорганизмы составляют всего около 1-3 процентов от массы нашего тела. Эти микробы, как правило, не вредны для нас, на самом деле они необходимы для поддержания здоровья. Например, они производят некоторые витамины, выделяют ферменты, чтобы извлечь питательные вещества, необходимые для выживания, учат нашу иммунную систему распознавать опасных захватчиков и даже производят полезные противовоспалительные соединения, которые борются с другими болезнетворными микробами. Постоянно растущее число исследований показало, что изменения в составе наших микробиом коррелируют с многочисленными состояниями болезни, что повышает возможность использования манипуляций с этими сообществами для лечения заболеваний.  В 2008 году Национальным институтом здоровья США был инициирован крупномасштабный проект по изучению микробиома человеческого организма. Основные результаты изучения микробиома человека:

1. В организме одного человека живут 1014 бактерий.
2. В организме человека обитают более 10 000 видов бактерий.
3. Бактериальная масса в макроорганизме составляет около 3 кг.
4. На каждую клетку человека приходится 10 бактериальных клеток.
5. На каждый ген человека приходится 100 бактериальных генов.

Микробиом кожи

Кожа-это сложный Барьерный орган, состоящий из симбиотических отношений между микробными сообществами и тканями хозяина посредством сложных сигналов, предоставляемых врожденной и адаптивной иммунной системами. Он постоянно подвергается воздействию различных эндогенных и экзогенных факторов, которые влияют на эту сбалансированную систему, потенциально приводя к воспалительным состояниям кожи, включая инфекции, аллергии или аутоиммунные заболевания. В отличие от микробиома кишечника и стула, который изучался и описывался в течение многих лет, исследования микробиома кожи или кожи головы начались только недавно. Исследователи в области микробиологии и дерматологии начали использовать современные методы, такие как пиросеквенирование анализов бактериальных 16S гены рРНК для идентификации и характеристики различных микроорганизмов, присутствующих на коже, для оценки бактериального разнообразия и их относительного обилия и для понимания того, как микробное разнообразие может способствовать здоровью кожи и дерматологическим состояниям. В отличие от микробиома кишечника и стула, который изучался и описывался в течение многих лет, исследования микробиома кожи или кожи головы начались только недавно. Исследователи в области микробиологии и дерматологии объединили свои усилия для выявления и характеристики различных микроорганизмов, присутствующих на коже, для оценки обилия каждой популяции и для понимания того, как микробное разнообразие может способствовать дерматологическим состояниями. Микробиота относится к любым микроорганизмам, присутствующим в организме и на теле человека, таким как кишечник, нос, слизистая оболочка полости рта, слизистая оболочка легких, кожа головы и кожи. следует отметить, что в целом было охарактеризовано только около 200 истинно патогенных микроорганизмов. Остальная часть микробиологического мира должна считаться либо комменсальной, либо факультативно-патогенной. Метагеном относится к генетической информации микробиоты, в то время как мета‐транскриптом соответствует транскриптому (мРНК), генерируемому микробиотой. В настоящее время для сбора резидентной микробиоты кожи используются три основных метода отбора проб. Наиболее практичным методом крупномасштабного отбора проб кожи является протирка кожи стерильным ватным тампоном. Он быстр и прост, но может точно собирать только резидентную микробиоту из рогового слоя выскабливать кожи или обнажать кожи (D‐squame) с клейкой лентой собирают и поверхностный слой клеток эпителия, зернистые слои и верхнюю часть фолликулов. Оба метода неинвазивны, но не дают представления о полном спектре микробиоты кожи, особенно в некоторых специфических субничествах, таких как дерма. Пункционные биопсии являются инвазивными, но обеспечивают наилучшее представление микробиоты кожи в глубоком эпидермисе, дерме и железах, таких как сальная железа. В силу своего инвазивного характера последний лишь в незначительной степени используется для качественного анализа. Сочетание этих различных методов отбора проб позволяет получить полную оценку. Традиционные методы культивирования клеток размножают живые колонии на гелевых пластинках. Затем бактерии выделяют, подсчитывают и характеризуют. К сожалению, эти методы ограничены предпочтительным образом жизни каждого вида бактерий. Только ограниченное число видов процветают в лабораторных условиях, перенаселяя питательные среды и превосходя численностью другие более суетливые бактерии, что затрудняет исследователям правильное выделение и идентификацию этих более дискретных бактериальных видов и оценку относительного обилия in situ от каждого образца. Культуразависимые анализы способны оценить лишь менее 1% обитающих видов бактерий. Новые независимые от культуры методы, обусловленные прогрессом в области геномной технологии. Эти современные методы распознают либо специфическую ДНК, либо РНК (16S рибосомная РНК) отпечатки последовательностей, которые содержит каждый организм. Это позволяет исследователям идентифицировать, характеризовать и измерять истинное относительное обилие каждой бактериальной операционной таксономической единицы-нового генетического инструмента в данной клинической выборке. Хотя геномные методы позволяют исследователям идентифицировать резидентные виды и характеризовать их динамику, они дают лишь ограниченную или никакую информацию о генном составе, функции и динамике клеток или о взаимодействии микроба с микробом или микробом–хозяином и не дифференцируют мертвые и живые микроорганизмы. Но с помощью этой технологии мы можем сравнить глобальный бактериальный ландшафт двух различных биотопов кожи, например, пораженного и ближайшего незараженного участка или до и после лечения. Обработка и обработка образцов после сбора является критическим аспектом при использовании методов на основе ДНК. Как показали результаты анализа пиросеквенирования генов бактериальной 16S рРНК, образцы не оказывали существенного влияния на температуру хранения или продолжительность хранения. Кроме того, относительное содержание большинства таксонов в значительной степени не зависело от температуры даже после 14 дней хранения.  Кожа плода будет колонизирована микроорганизмами от матери еще при рождении эта самая начальная флора имеет низкое разнообразие и напоминает место родов, т. е. вагинальные роды будут колонизировать новорожденного с вагинальной флорой и роды кесарева сечения с флорой, типичной для кожи живота этот процесс колонизации кожи в течение ранней неонатальной жизни необходим для установления иммунной толерантности к комменсальным микроорганизмам. В течение этого очень короткого промежутка времени наблюдается резкий приток высокоактивных регуляторных Т-клеток в кожу новорожденных. Ингибирование Т-клеток приводит к нарушению толерантности к этим комменсалам, что позволяет предположить, что состав микробиома кожи имеет решающее значение для развития адаптированных иммунных реакций. Поскольку вагинальное родоразрешение и вышеупомянутые механизмы были признаны в качестве решающего шага в воспитании иммунной системы, были разработаны новые стратегии, направленные на обеспечение контакта кожи новорожденных, родившихся в результате кесарева сечения, с вагинальной микробиотой для содействия здоровому микробиому кожи. Колонизация кожи комменсальными микроорганизмами кожи продолжается во время грудного вскармливания. Параллельно микроорганизмы из окружающей среды пытаются колонизировать кожу и кожу головы, а также определенные области, такие как перигенитальные и периоральные области, и некоторым из них удается построить здоровые отношения с клетками кожи хозяина.Таким образом, к зрелому возрасту достигается конечное состояние равновесия с поразительно разнообразной комменсальной/мутуалистической микробиотой кожи и кожи головы, которая уникальна на уровне рода для каждого индивидуума и наоборот, нарушение работы Т-клеток в течение самого первого возраста может привести к последствиям для здоровья. Кожная микробиота включает две группы: I) резидентные микроорганизмы, которые представляют собой относительно фиксированную группу микроорганизмов (основную микробиоту), которые обычно обнаруживаются в коже и которые восстанавливаются после возмущений. Основная микробиота кожи считается комменсальной, что означает, что эти микроорганизмы обычно безвредны и, скорее всего, обеспечивают некоторую пользу для хозяина. Транзиторные микроорганизмы ("туристы") не создают постоянного места жительства, а скорее возникают из окружающей среды и сохраняются в течение нескольких часов до нескольких дней, прежде чем исчезнуть. В нормальных условиях обе группы являются непатогенными. Недавние исследования показали, что здоровый микробиом кожи человека является стабильным с течением времени, несмотря на внешние воздействия. Охарактеризованы четыре основных типа: актинобактерии, фирмикуты, протеобактерии и бактероиды. Три наиболее распространенных рода были следующими: коринебактерии, пропионибактерии и стафилококки. Полученные данные также свидетельствуют о том, что кожа заселена более разнообразным количеством бактериальных колоний, чем любая другая эпителиальная поверхность. Как состав, так и численность значительно варьируют между отдельными особями и во времени, что приводит к чрезвычайно динамичной и сильно колеблющейся микробиоте. Хотя исследования микробиоты до сих пор в основном сосредоточены на выявлении бактерий, важно помнить о многих других типах организмов, которые также обитают на коже. Некоторые методы начали идентифицировать некоторые из них, такие как Malassezia, полиморфные дрожжи, иногда классифицируемые как грибы, присутствующие на большинстве частей тела, особенно на коже головы и составляющие 80% кожных грибов. Demodex, паразитическое членистоногое также было идентифицировано в нормальной коже, хотя его роль в качестве комменсального организма остается неуловимой. На сегодняшний день вирусы являются наименее известными представителями микробиоты кожи. С бактериологической точки зрения нашу кожу можно считать питательной средой. Его состав является главным образом следствием нашей генетики, диеты, образа жизни и области, в которой мы живем. В результате каждая человеческая кожа уникальна, и на уровне рода каждая микробиота, присутствующая в различных областях нашей кожи, уникальна. С макроскопической точки зрения кожа представляет собой сложный рельеф со множеством инвагинаций, карманов и ниш. Каждая анатомическая ниша обеспечивает экологически различное микроокружение, к которому адаптируются их резидентные микробные сообщества. Существует четыре основных типа окружающей среды на коже человека: влажный, сухой и другие. Влажных областей включают подмышечную впадину, внутренний локоть или паховую складку. К сальным областям относятся лоб, аларовая складка (сторона ноздри), ретроаурикулярная складка (за ухом) и спина, в то время как более сухие участки включают верхнюю ягодичную область. Далее микроокружения включают потовые железы, волосяные фолликулы и кожные слои. Каждое микробное сообщество имеет свою предпочтительную среду обитания в пределах различных микроокружений на коже. Во влажных областях, таких как пупок или подмышечная впадина, обитают в основном виды стафилококков и коринебактерий сальных участков имеют более высокую плотность особенно липофильных видов, таких как пропионибактерии, которые адаптировались к этой богатой липидами анаэробной среде.  На более сухих участках содержатся преимущественно виды стафилококков, Пропионибактерий , Микрококков ,коринебактерий, Энхидробактерий и стрептококков. На микроскопическом уровне еще меньшие и более четкие ареалы обитания, такие как эккринные и апокринные железы, сальные железы и волосяные фолликулы, вероятно, связаны с их собственной уникальной микробиотой. Например анаэробная, липид‐богатая окружающая среда к которой Пропионибактерии особенно приспособлены. Подмышечная область состоит главным образом из грамположительных бактерий родов Staphylococcus , Micrococcus , Corynebacterium так же, как Propionibacterium. Многочисленные независимые методы обнаружения показали, что бактерии присутствуют не только на поверхности кожи, но и в более глубоких слоях эпидермиса и даже в дерме и кожной жировой ткани. Эти слои имеют специфические профили микробиома, а также содержат множество специализированных типов клеток, таких как дендритные клетки, меланоциты и клетки Лангерганса, каждая из которых экспрессируют уникальный репертуар функциональных рецепторов распознавания образов (PRRs), которые активно реагируют при воздействии на компоненты микроорганизмов. Предполагается, что микробиота, обитающая в поверхностных слоях или придаточных структурах, может быть транслоцирована в субэпидермальные компартменты фагоцитарными клетками. Однако маршрут проникновения таких микробов еще предстоит определить. Кожный барьер и микробиота действуют как щит, который защищает организм от внешних воздействий. Существует сбалансированное взаимодействие между хозяином и резидентными и / или транзиторными бактериальными популяциями. На этот баланс постоянно влияют внутренние (хозяин) и внешние (окружающая среда) факторы, которые изменяют состав сообществ кожных микроорганизмов и барьерную функцию кожи хозяина. Изменение этого равновесия называется дисбиозом. Лежащие в основе патобиологии или генетически детерминированные изменения свойств рогового слоя могут привести к дисбиозу, который изменяет обилие и разнообразие комменсальных видов, что нарушает барьерную функцию кожи и усугубляет хронические кожные заболевания , такие как атопический дерматит и псориаз или акне. Например,Staphylococcus epidermidis является кожным комменсалом, но может быть условно-патогенным возбудителем в иммунокомпрометированных хозяевах, золотистый стафилококк был идентифицирован как резидентный микроб, но он также является важным патогеном при чрезмерной колонизации кожи. В качестве другого примера, Propionibacterium acnes способствует тому, чтобы сделать кожу негостеприимной для таких патогенов, как S. aureus и Streptococcus pyogenes, но также позволяет расти менее вирулентным штаммам стафилококков, таким как S. epidermis и Corynebacteria.  Но дисбиоз возникает не только между бактериями, неравновесие между бактериями и симбиозными штаммами грибов на коже головы наблюдалось у лиц, склонных к перхоти. Клетки кожи хозяина постоянн пробуют микроорганизмы населяя эпидермис и дерму через приемные устройства распознавания образов (PRRs). Часть активированной иммунной системы и способы регуляции изменений дифференцируют комменсальный организм от потенциального патогена. Некоторые примеры обычно комменсальных видов, которые предотвращают рост патогена и поддерживают стабильность резидентного кожного сообщества, включают P. acnes и S. epidermis . Оба они играют определенную роль в контроле роста патогенов, таких как S. pyogenes или S. aureus . P. acnes также было показано, чтобы уменьшить метициллин-резистентный S. aureus(MRSA) рост. Оба продуцируют различные антимикробные молекулы: P. acnes высвобождает жирные кислоты из липидов кожного сала, которые замедляют рост бактерий на поверхности кожи и способствуют росту липофильных дрожжей, включая виды Malassezia, в то время как S. epidermidis причиняет микробную утечку мембраны липида и более добавочно кооперирует с людской продукцией пептида хозяина противомикробной (AMPs) для уменьшения количества этих бактерий. Эти усилители являются важными коммуникационными сигналами между врожденной иммунной системой хозяина и микробиотой. Примерно 30% транскриптома типичных эпителиальных клеток посвящены этой коммуникации. Микроорганизмы кожи способны влиять на клетки своего хозяина, тем самым внося свой вклад в иммунитет хозяина. С. эпидермис , как было показано (I), чтобы вызвать усилители, такие как β-дефензинов 2 и 3, повышая невосприимчивость хозяина для золотистого стафилококка, (II) для активации тучных клеток, опосредованного противовирусного иммунитета, (III) для подавления неконтролируемых воспалительных реакций в течение раневого процесса, вызывая кожи ампер производства и (IV) стимулирование кожной Т‐клеточного созревания. Они таким образом работают в сотрудничестве с системой обороны хозяина и эндогенными AMPs для того чтобы защитить кожу.  Кроме того, микробиом может представлять собой своего рода фильтр для окружающей среды, поскольку большинство агентов, контактирующих с кожей и/или проникающих через нее, также контактируют с микробиотой. Следует отметить, что имеются данные о сильном влиянии (генетически детерминированной) иммунной системы на состав микробиоты. С другой стороны, после зондирования присутствия микробиоты через их Toll‐подобные рецепторы (TLRs) эпидермальные клетки Лангерганса способны инструктировать наивные Т-клетки устанавливать Th17-ответ, который, в свою очередь, будет контролировать секрецию АМП кератиноцитами. Таким образом, помимо врожденного иммунного ответа, эпидермальные дендритные клетки, по-видимому, воспитывают адаптивную иммунную систему и тем самым способствуют сложному диалогу, который контролирует рост микроорганизмов в коже.