Határok a mikrobiológiában

Mikrobiális szimbiózisok

Ez a cikk a kutatási téma része

Az emberi mikrobiom: a patogenezis szimbiózisa Az összes 27 cikk megtekintése

Szerkesztette

Learn-Han Lee

Monash Egyetem Malajzia, Malajzia

Felülvizsgálta

Maryam Dadar

Razi Vaccine and Serum Research Institute, Irán

Hui-min Neoh

UKM Orvosi Molekuláris Biológiai Intézet, Malajziai Nemzeti Egyetem, Malajzia

Wei Li Thong

Manchesteri Egyetem, Egyesült Királyság

A szerkesztő és a lektorok kapcsolatai a legfrissebbek a Loop kutatási profiljukban, és nem feltétlenül tükrözik a felülvizsgálat idején fennálló helyzetüket.

Cikk letöltése
- PDF letöltése
- ReadCube
- EPUB
- XML (NLM)
- Kiegészítő
  Anyag
Exportálás
- EndNote
- Referencia menedzser
- Egyszerű TEXT fájl
- BibTex

OSZD MEG

Tekintse át a CIKKET

1 Orvosi és Terápiás Tanszék, Emésztési Betegség Intézete, LKS Egészségtudományi Intézet, Hongkongi Kínai Egyetem, Hong Kong, Kína
2 Orvostudományi Kar, Bélmikrobiota Kutatóközpont, Hongkongi Kínai Egyetem, Hongkong, Kína

Bevezetés

A gyulladásos bélbetegségek (IBD), köztük a Crohn-betegség (CD) és a fekélyes betegség (UC), a genetikailag fogékony gazdaszervezetben a bélmikrobákra adott nem megfelelő immunválaszból származnak. Ez egy ismeretlen okú bélrendszer krónikus gyulladásos rendellenessége. Az IBD előfordulása a huszadik század közepe óta nőtt a nyugati világban (Molodecky et al., 2012; Rocchi et al., 2012; Hammer et al., 2016). A huszonegyedik század fordulóján egyes fejlett nemzeteknél az általános népesség legfeljebb 0,5% -ának elterjedtsége jellemzi, miközben a fejlődő országokban folyamatosan növekszik (Benchimol et al., 2009, 2014; Kaplan, 2015). Az IBD-vel kapcsolatos etiológiai vizsgálatok több tényezőre összpontosítottak, ideértve a gazda genetikáját és az immunválaszokat, a bél mikrobiotáját és a környezeti ingerek fontosságát a betegség patogenezisében (1. ábra). A bél dysbiosisáról következetesen kimutatták, hogy összefügg az IBD-vel. Az elmúlt évtizedben a nagy áteresztőképességű mély szekvenálási technológia alkalmazásának kiterjesztése miatt fokozatosan képesek vagyunk feltárni a mikrobiom szerepét az IBD kialakulásában. Ezek az eredmények javították ismereteinket a mikrobiom funkcionális mechanizmusairól az IBD patogenezisében.

1.ábra. A bél mikrobiota megváltozása és az immunválasz az IBD-ben. A bélmikrobák, beleértve a baktériumokat, vírusokat és gombákat, valamint a diszfunkcionális immunválaszok, a Treg-ek, a T-helper 1 (Th1) és a Th17 bekapcsolódása részt vesz az IBD patogenezisében. A homestasis során a bélmikrobák immun tolerancia fenotípust indukálnak a gazdaszervezetben, míg gyulladásos állapotokban, például az IBD-ben, a diszbiotikus mikrobák antigénjei aktiválják a Th1 és Th17 sejteket, ami szöveti sérülést, csökkenő nyálkaréteget, valamint mikrobiális behatolást és perzisztenciát eredményez a bélszövetekben. Ez a nyálkahártya sérülés további mikrobiális antigének, TLR ligandumok és életképes organizmusok felvételét eredményezi, amelyek örökítik az immunválaszokat. TGF, átalakító növekedési faktor; TGF, átalakító növekedési faktor; MMP, mátrix metalloproteináz; DC, dendritikus sejt.

A baktériumokból, gombákból, vírusokból és más mikroorganizmusokból álló bélmikrobiota másodlagos szervrendszerként működik, és kritikus funkciókkal rendelkezik a gazdaszervezet számára. Az IBD az egyik legszélesebb körben vizsgált gyulladásos betegség közül, amely szorosan összefügg a bél mikrobiómájával. Ebben az áttekintésben megvitatjuk a bél mikrobiota, beleértve a baktérium mikrobiota, mycobiota és virobiota szerepét az IBD kialakulásában, valamint a mikrobiota alapú terápiás megközelítéseket az IBD kezelésében.

Bélmikrobioma és gyulladásos bélbetegség (IBD)

Bakteriális mikrobiota

A baktériumok mikrobiota a bél mikrobiota legjobban tanulmányozott összetevője, amely változó koncentrációban lakja gazdáját. A gyomor-bél traktusban (GI) a vastagbélben egy felső szintet ér el, 10 11 vagy 10 12 sejt/g luminalis tartalommal (Dave et al., 2012). Becslések szerint a belünk tartalmaz

1000 baktériumfaj és százszor több gén, mint az emberi genomban található (Ley et al., 2006; Qin et al., 2010). Ez a baktériumközösség számos fontos funkciót lát el a gazdaszervezetben, beleértve az immunrendszer nevelését (Round and Mazmanian, 2009), enzimek kiválasztását a gazda számára hozzáférhetetlen szubsztrátok emésztéséhez (El Kaoutari et al., 2013), valamint a káros mikroorganizmusok visszaszorítását ( O'Hara és Shanahan, 2006). Összességében a phyla Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteriumok és Verrucomicrobia az egészséges bélmikrobiota uralkodó alkotórészei (Jandhyala et al., 2015). A bélbaktériumok mikrobioma különbségeket mutat mind a nyálkahártya-luminális, mind a proximális-disztális gradiens tekintetében, jelentős eltéréseket mutatva az egyének között (Turnbaugh et al., 2009; Qin et al., 2010; Bäckhed et al., 2012 ). A bélbaktérium mikrobiota a születéskor kialakult alacsony változatos közösségből rendkívül összetett közösséggé fejlődik az étrend 9–12 hónapos korig történő bevezetésével (Koenig et al., 2011; Backhed et al., 2015). A mikrobiota stabil és ellenállóvá válik a környezeti zavarok, például étrendi változások vagy rövid távú antibiotikus expozícióval szemben (Dethlefsen és Relman, 2011; Wu és mtsai, 2011). Kimutatták, hogy a bél mikrobiómájába számos tényező beavatkozik, beleértve az életkort, a genetikát, az étrendet és a gyógyszereket (Yatsunenko et al., 2012; Maier et al., 2018; Zuo et al., 2018).

Asztal 1. Az IBD-ben megváltozott a bél mikrobiota, összehasonlítva az egészséges emberekkel.

Humán vizsgálatok kimutatták, hogy a specifikus baktériumok taxonjainak bősége megváltozott az IBD-ben (1. táblázat). Enterobacteriacae a baktériumok megnövekednek mind IBD-ben szenvedő betegeknél, mind egereknél (Lupp et al., 2007). Escherichia coli, különösen ragaszkodó-invazív E. coli (AIEC) törzseket izolálták az ileális CD biopsziákból (Darfeuille-Michaud et al., 2004), és UC-s betegeknél is megtalálhatók voltak (Sokol et al., 2006). Eközben a nyálkahártya-minták kifejezettebb dúsulást mutattak, mint a székletminták (Chassaing és Darfeuille-Michaud, 2011). Ez azt jelzi, hogy az IBD gyulladásos környezete elősegítheti ennek a baktérium kládnak a növekedését, Enterobacteriaceae. A gyulladáscsökkentő gyógyszer, a mezalamin, csillapíthatja a bélgyulladást és csökkentheti a bőségét Escherichia/Shigella az IBD-ben (Benjamin és mtsai, 2012; Morgan és mtsai, 2012).

Fusobacteriumok a tapadó és invazív baktériumok újabb kládja. A nemzetség baktériumai Fusobacterium elsősorban a szájüreget és a béleket telepíti meg. Fusobacterium fajok nagyobb arányban voltak jelen a vastagbél nyálkahártyájában az UC-s betegeknél az egészséges kontrollokhoz képest (Ohkusa et al., 2002, 2009). Rektális beöntés esetén egerekben, Fusobacterium varium vastagbél nyálkahártya-gyulladást tudott okozni (Ohkusa et al., 2003). Az ember invazív képessége Fusobacterium a baktériumok pozitív korrelációt mutatnak a gazdaszervezet IBD súlyosságával (Strauss és mtsai., 2011), jelezve, hogy az invazív Fusobacterium fajok befolyásolhatják az IBD patológiáját. Azon túl, Fusobacterium dokumentálták, hogy a vastagbélrákban a fajok bőségesen vannak jelen a tumorban, mint a szomszédos normál szövetekben (Castellarin et al., 2012; Kostic et al., 2012; Yu et al., 2017). Emellett emberi Fusobacterium az izolátumok tumorgenezis szerepet játszanak egerekben (Kostic et al., 2013).

Vannak olyan bélbaktériumok is, amelyek védő szerepet játszhatnak az IBD ellen. Számos baktériumfaj, nevezetesen a nemzetségek Lactobacillus, Bifidobacterium, és Faecalibacterium, kimutatták, hogy számos mechanizmus révén védik a gazdát a nyálkahártya gyulladásától, beleértve a gyulladáscsökkentő citokin stimulálását (Sokol és mtsai., 2008), beleértve az IL-10-et és a gyulladásos citokinek lefelé történő szabályozását (Llopis és mtsai., 2009). Faecalibacterium prausnitzii, gyulladáscsökkentő tulajdonságokkal rendelkezik, és az IBD-ben alulreprezentáltak (Sokol et al., 2009). A rengeteg F. prausnitzii jelentősen csökkent, míg a bőség E. coli megnövekszik a CD-példányok ilealis biopsziáiban (Willing et al., 2009). CD-betegek alacsony dózisban F. prausnitzii a nyálkahártyában a műtét után valószínűleg visszaesés következik be (Sokol et al., 2008). Ezzel szemben a F. prausnitzii a kiújulás után az UC klinikai remissziójának fenntartása társul (Varela et al., 2013). Az embereken végzett epidemiológiai adatok a Helicobacter pylori (H. pylori) fertőzés az autoimmun betegségek, köztük az IBD kialakulása ellen (Papamichael et al., 2014; Rokkas et al., 2015). A laboratóriumi adatok azt bizonyították H. pylori immun toleranciát indukálhat és korlátozhatja a gyulladásos reakciókat (Arnold és mtsai, 2011; Oertli és Müller, 2012; Oertli és mtsai, 2012).

Kémiailag indukált, vastagbélgyulladásban szenvedő egereknél a vastagbélgyulladás fenotípusa csíramentes egereknél súlyosabb, mint a hagyományosan nevelt egereknél (Kitajima et al., 2001). A kommenzális mikrobák a kolonizációs rezisztencián keresztül védik a gazdaszervezetet, ahol a kommenzálisok a gazda területén belül fülkéket foglalnak el, és megakadályozzák a kórokozók általi inváziót (Callaway és mtsai., 2008), kiküszöbölik a patogén baktériumokat. A kompenzációk funkcionális hatásokat is kimutattak a kórokozókra, például a virulenciával kapcsolatos génexpresszió csillapítására (Medellin-Pena et al., 2007). Ezenkívül a bél mikrobiota módosíthatja a gazda nyálkahártya immunválaszát. Clostridium és Bacteroides fajok indukálhatják a szabályozó T-sejtek terjeszkedését (Treg) és enyhíthetik a bélgyulladást (Atarashi et al., 2013). A bélbaktériumok más tagjai enyhíthetik a nyálkahártya gyulladását az NF-κB aktivációjának szabályozásával (Kelly et al., 2004).

A bélmikrobiota egyes tagjai képesek élelmi rostokat fermentálni, ami rövid láncú zsírsavak (SCFA), köztük acetát, propionát és butirát termeléséhez vezet. Az SCFA-król kimutatták, hogy több jótékony hatást gyakorolnak az emlősök energia-anyagcseréjére. Ezek jelentik a vastagbél hámsejtjeinek elsődleges energiaforrását (Ahmad et al., 2000), és kiválthatják a vastagbél Treg sejtjeinek terjeszkedését (Atarashi és mtsai, 2013; Smith és mtsai, 2013). A butiráttermelő nemzetség Faecalibacterium, amelyek tartoztak Ruminococcaceae, csökken az IBD-ben, különösen az ilealis CD-ben (Sokol et al., 2008, 2009; Xenoulis et al., 2008; Kang et al., 2010; Morgan et al., 2012). Egyéb SCFA-termelő baktériumok, Phascolarctobacterium és Roseburia CD-ben is csökkentek, miközben Leuconostocaceae UC-ban kimerült (Morgan és mtsai, 2012). A bél mikrobiota együtt fejlődik a poliszacharidokban gazdag étrenddel, hogy szinergikusan lehetővé tegye a gazdaszervezet számára, hogy hatékonyan nyerje ki az energiát az élelmi rostokból, és megvédje őket a gyulladásoktól (Willing et al., 2009). Az étrendi rostbevitel hiányát összefüggésbe hozták az IBD kialakulásával (Galvez et al., 2005; Chiba et al., 2015; Pituch-Zdanowska et al., 2015). Ezenkívül az alacsony rosttartalmú étrend alacsony SCFA-koncentrációval jár együtt (Galvez et al., 2005; Maslowski és Mackay, 2011).

Gomba mikrobiota (Mycobiota)

A gombák a bél mikrobiotájának csak egy kisebb alkotórészét képviselik, és kulcsszavakat jelentenek: bél mikrobiota, baktériumok, virobiota, mycobiota, helminták, étrend, gyulladásos bélbetegség, széklet mikrobiota transzplantáció

Idézet: Zuo T és Ng SC (2018) A bél mikrobiota a gyulladásos bélbetegség patogenezisében és terápiájában. Elülső. Microbiol. 9: 2247. doi: 10.3389/fmicb.2018.02247

Beérkezett: 2018. február 20 .; Elfogadva: 2018. szeptember 03 .;
Publikálva: 2018. szeptember 25.

Learn-Han Lee, Malajziai Monash Egyetem, Malajzia

Maryam Dadar, Razi Vaccine and Serum Research Institute, Irán
Hui-min Neoh, UKM Orvosi Molekuláris Biológiai Intézet (UMBI), Malajzia
Wei Li Thong, Manchesteri Egyetem, Egyesült Királyság