Mikrobiom

Mikrobiota. Samlingen av prokaryoter (bakterier, arkebakterier) med tilhørende virus , samt protozooer (protister) og sopp som lever på indre og ytre overflater på alle eukaryote organismer (protister, sopp, planter og dyr). Det er spesielt mange av dem i tykktarmen. Prokaryotene på Jorden har en ca. 3.5 milliarder år gammel utviklingshistorie, og er en del av alle økosystemer. Mikrobiomet deltar i nedbrytning av maten vi spiser, er en del av immunsystemet og beskytter mot skadelige patogene bakterier og sopp. Mikrobiomet produserer korte fettsyrer (eddiksyre, smørsyre) og vitaminer (vitamin B12, vitamin K, riboflavin og thiamin) som blir absorbert i kroppen , og metaboliserer fremmedstoffer (xenobiotika).

Metagenomikk er studiet av alle mikroorganismer (mikrobiota) som utgjør et samfunn i en økologisk nisje  på en organisme, eller på deler av en organisme. Mikrobiota kan også være studier av alle mikroorganismene som danner samfunn på overflater i vann eller jord. Mikrobiomet inngår som en fundamental partner i individøkosystemet menneske (menneskets mikrobiomprosjekt), dyr eller plante. Mikrobiomet hos mennesker utgjør en viktig del av immunsystemet og beskyttelse mot sykdom, og er livsnødvendig i fordøyelsen av mat.  Forstyrrelser (dysbiosis) og bistabilitet i mikrobiomet kan bidra til sykdomstilstander. Et velfungerende mikrobiom i likevekt (homeostase) er vanligvis robust (resilient) mot forstyrrelser, men når det først passerer et vippepunkt kan det være vanskelig å bringe det tilbake til sin opprinnelige tilstand (hysterese).  

Mennesket et gående økosystem

Som større økosystemer som påvirkes av økologiske faktorer og  bli utsatt for forstyrrelser, kan mikrobiomet hos dyr og mennesker bli utsatt for forstyrrelser.  Det er indikasjoner på at forstyrrelser i mikrobiomet kan være medvirkende i en rekke sykdomstilstander som fedme, astma, diabetes 2, fibromyalgi, og autoimmunsykdommer. Hos mennesket er det fra 500-1000 forskjellige arter bakterier lokalisert til alle kroppens overflater og hulrom. Til sammen har mikrobiomet en masse på ca. 1- 2 kilo hos et voksent menneske, og med ca. samme celleantall som menneskekroppen (1013 celler) (her viser litteraturen litt forskjellige tall). Mikrobiomet danner et eget genom med mange ganger flere gener enn menneskekroppens eget genom i cellekjerner og mitokondrier. Mikrobiomet danner egne næringsnett og næringskjeder lokalt på utsiden eller inne i menneskekroppen. Organismene i mikrobiomet kommuniserer seg imellom via quorium-signaler, og sender signaler til vertsdyret, og kan påvirke dyrets eller menneskets atferd, en form for altruisme forklart via Grønnskjeggeffekten. Helogenomteori for evolusjon ser ikke bare på evolusjon av en dyreart, men på hele hologenomet tilknyttet arten

Forside Nature

Forside Nature vol 464, Issue 7285, 4 March 2010

Metagenomics of the human intestinal tract-project

 Metagenomikk gir oversikt over antall arter i mikrobiomet.   Mikrobiomet sammen med kroppen utgjør for hvert enkelt individ et eget økosystem som deler av et større. Mange bakteriearter er felles for mange, men noen individer kan inneholde spesielle arter.  

Kroppshabitatene med mikrobiomer er huden, nese, munnhule, emalje på tenner, hals, svelg, gastrointestinalt (magetarmsystem med magesekk, tolvfingertarm, tynntarm,  tykktarm, galleganger), kjønnsorganer og urogenitialt (urinveier, vagina), lunger,  kroppsvæsker (urin, spytt, sædvæske, slim, svette). I et prinsipalkomponentplot, en statistisk metode for å vise den totale variasjonen i mikrogenomet som finnes og projisere den ned i et plan med to akser, prinsipalkomponent 1 og 2 som forklarer den meste av variasjonen, så finner man at mange av bakterieartene er lokalisert til egne steder på kroppen. Huden danner et eget leveområde (habitat) med egne nisjer med bakteriepopulasjoner i armhuler, i skrittet og mellom tærne på føttene, i hudfolder, og på hendene. Leveområdene for mikrobiomet kan være aerobt med god tilgang på oksygen, som på huden, men være anaerobt uten oksygen i magetarmsystemet som i tykktarmen e.g. metanogene bakterier. Man kan dele bakteriene inn i "gode bakterier" som er nyttige og livsnødvendige,  og de "dårlige bakteriene" som kan gi sykdom og kroppsforstyrrelser. Som eksempel kan melkesyrebakterier med forskjellige arter Lactobacillus hindre vekst av sopp og andre bakterier ved så surgjøre sine nærmeste omgivelser, mens smørsyrebakterier i armhuler eller vagina kan gi dårlig lukt, andre forstyrrelser kan gi bakteriell vaginose eller candidiasis fra soppinfeksjon (Candida-arter).  Mange av bakteriene i mikrobiomet danner biofilm med komplekse bakterie- og virussamfunn (bakteriofager),   Selv om noen bakterieartene er potensielt sykdomsfremkallende (patogene) blir de holdt under kontroll av de andre artene i bakteriesamfunnet. Gule stafylokokker kan leve ufarlig på overflaten av huden, men kommer de gjennom forsvarsverkene i huden og inn i kroppen kan de gi alvorlig sykdom. Flere bakteriearter er nøytrale og lever som kommensaler, men de fleste har gunstig effekt og er livsnødvendige i omsetning av mat og produksjon av noen vitaminer. Dette gjelder oss og de andre virveldyrene inkludert pattedyr. Spesielt velutviklet er mikrobiomet som lever av plantekost, plantespiserne, de herbivore  f.eks. tarmfloraen hos drøvtyggere og enmagedyr (hest, hare, bever). Hare og bever er eksempler på koprofage dyr som spiser sin egen avføring for å kunne øke omsetning av tungt nedbrytbart plantemateriale.

Mikrobiomet blir etablert allerede når ungen passerer fødselskanalen (vagina) hos moren. Keisersnitt gir en mer krevende etablering av et mikrobiom. Via kroppskontakt, kyssing, slikking og mating får den nyfødte etablert et mikrobiom basert på slektningene på stedet. Antall arter og biodiversiteten i mikrobiomet øker med omgivelsene, avhengig av variasjonen i maten og mengde kostfiber de planter, grad av renslighet på stedet, om det er kjæledyr, husdyr eller ville dyr i nærheten. 

En mulig inndeling av tarmbakterier i bakteriesamfunn er  enterotype 1 (Bacteroides), eneterotype 2 (færre Bacteroides, men flere Prevotella) eller eneterotype 3 (Ruminococcus), som påvirkes av type mat, nasjonalitet, alder, og kjønn. Operasjonelle taksonomiske enheter (OTU) klassifisert og gruppert som Jensen-Shannon divergens. Det er alltid en vanskelighet med å definere et bakteriesamfunn og grensen til andre e.g. Firmiucutes. Jensen-Shannon avstand angir et mål på likhet mellom sannsynlighetsfordelinger, og brukes innen bioinformatikk til å sammenligne genomer.

Forside tidsskriftet Natur

Forside Nature vol 550, 7674, 5. oktober 2017. Microbiome. Detecting diversity, S12S14.

Forstyrrelser i mikrobiomet

Dysbiose eller dysbakteriose er forstyrrelser i artssammensetningen i mikrobomet i munn, mage-tarmsystemet, luftveier eller vagina. Periodontitt (periodontitis) med tannløsing er resultat av dysbiose i mikrobiomet i munnen hvor den Gram-negative bakterien Prevotella dominerer og gir betennelser (inflammasjoner). En eller flere kurer med antibiotikabehandling gir endringer i mikrobiomet, ikke bare at det også bidrar til generell antibiotikaresistens. Avhengig av type antibiotikum blir flere bakteriearter mer eller mindre utryddet fra mikrobiomet, og som gir andre arter nye livsmuligheter. For eksempel trøske, sopp som infiserer slimhinnen i munnen etter antibiotikabehandling. Visse typer mat har stor betydning for å kunne ha et variert mikrobiom. Ensidig kosthold basert på industrimat gir liten biodiversitet i mikrobiomet. I motsetning til plantekost med kostfiber (plantecellevegger med cellulose, hemicellulose, beta-glukanerlignin)  og stoffer som fungerer som mat i mikrobiomet i tykktarmen e.g.  fruktaner, og  oligosakkarider, som krever flere nedbrytningsveier.  Plantekost inneholder i tillegg tusenvis av forskjellige stoffer hvorav flere er helsefrembringende og reduserer betennelser i kroppen. Flere har uttrykt bekymring om effekten på mikrobiomet av den lange rekke innholdsstoffer som er tilsatt maten i moderne næringsmiddelindustri, og at disse kan gi forstyrrelser i artssammensetning og mengdeforhold av bakterier. Det gjelder blant annet stoffer som skal redusere bakterievekst i maten (e.g. nitritt), og emulgatorer som gir blanding av fettfase og vannfase, stabilisatorer etc. e.g. karboksymetylcellulose, polysorbat.  Man er også usikker på langstidseffekter av såkalte probiotika. Mikrobiomet endrer seg med aldringsprosessen, og etter døden overtar et nekrobiom. I noen tilfeller har det vært mulig å handle et mikrobiom ute av likevekt med fekaltransplantasjon (avføringstransplantasjon) e.g. behandling av Clostridium difficile og irritabel tarm, Crohns etc.. Imidlertid kan avføring inneholde mange patogener, slik at her må man vite hva man gjør og ikke forverrer en situasjon. En annen oppdagelse av at et velfungerende mikrobiom har betydning for effekten av immunterapi i kreftbehandling. Faecalibacterium prausnitzii er en Gram-positiv bakterie i mage-tarmsystemet som lever som kommensal og lager kortkjedete fettsyrer fra nedbrytning av kostfiber, men gir forstyrrelser hvis det blir færre av dem. 

 Metagenomikk og mikrobiomet

  Høykapsitets sekvenseringsteknikker bl.a. 16S rRNA sekvensering, og helgenom haglskuddsekvensering har gitt økt kunnskap om artene som inngår i mikrobiomet. Et eget fagområde, økogenetikk, tar for seg genomene i et økosystem. Et menneske består av ca. like mange  (ca. 1013) kroppsceller som bakterieceller, noe som også har skapt diskusjon om hva er egentlig et individ. Det skjer innen biovitenskap en stor forskningsaktivitet omkring mikrobiomer  hos alle eukaryoter. I årene som kommer vil det dukke opp navn på bakteriearter som har sin helt spesielle funksjon i mikrobiomet til nytte for vertsorganismen.

Mykobiom er samlingen av sopparter i mikrobiomet på indre og ytre overflater. Protozoobiomet er tilsvarende genomet til alle protozooene i mikrobiomet.

Tilbake til hovedside

Publisert 6. feb. 2018 08:51 - Sist endret 13. nov. 2019 14:26