Co je lidský mikrobiom a jaké faktory jej ovlivňují?

Lidský mikrobiom je za posledních 15 let stále více populární. Mikroby, které kolonizují lidské tělo, včetně sliznic a kůže, obsahují mnohem více genů než náš lidský genom. Odhaduje se, že v lidském těle existuje současně 500 až 1000 druhů bakterií. Každý bakteriální kmen má genom obsahující tisíce genů, které nabízejí podstatně větší genetickou rozmanitost a flexibilitu než lidský genom ^[1]. Rozdílné složení mikrobiomu v průběhu času nebo mezi různými lidmi ovlivňuje zdraví, jeho ochranu a vznik nebo progres onemocnění. Změny v mikrobiomu a jejich interakce s imunitním, endokrinním a nervovým systémem souvisí s širokou škálou nemocí, od zánětlivých onemocnění, přes psychická onemocnění až po rakovinu ^[2].

Faktory ovlivňující mikrobiom

Faktorů, které ovlivňují lidský mikrobiom, je obrovské množství. Mezi základní faktory patří genetika, imunitní reakce, raný vývoj, místo na těle, strava, antibiotika a životní styl.

1. Genetika

Složení lidského mikrobiomu je u každého jedince jedinečné a rozdíly mezi jednotlivci jsou velké, v porovnání s typickými biochemickými rozdíly u člověka v průběhu času. Jednovaječná dvojčata, která sdílejí stejnou genetickou výbavu, mají podobné mikrobiomy, zatímco neidentická dvojčata, která mají odlišnou genetickou výbavu, mají odlišné mikrobiomy ^[3]. To naznačuje, že genetika hraje významnou roli při určování složení mikrobiomu. Genetické variace jsou spojeny se specifickými změnami v mikrobiomu ^[4]. Například určité genetické variace byly spojeny se zvýšenou náchylností k zánětlivému onemocnění střev ^[5], podobně další genetické variace byly spojeny se zvýšenou náchylností k obezitě ^[6]. Vztah mezi genetikou a mikrobiomem je složitý a mnohostranný a k úplnému pochopení základních mechanismů je zapotřebí další výzkum.

2. Imunitní reakce

Dále lidská imunitní reakce může změnit mikrobiom a podílet se na formování samotného mikrobiomu. Většina lidských imunologických studií bohužel stále nemá mikrobiální složku, která bude nezbytná pro rozvinutí vztahu mezi imunitní odpovědí, mikrobiální kolonizací a stabilitou. Imunitní systém savců má komplexní a dynamický obousměrný vztah s mikrobiomem. I když poslední studie naznačují, že většina variability lidské imunitní odpovědi na stimulaci pochází z genomu, nejméně 10 % této variabilní imunitní odpovědi pochází přímo z interakcí spojených s mikrobiomem ^[7].

3. Raný vývoj

Velká většina kolonizace mikrobiomů se vyskytuje v prvních letech života. Během porodu a krátce po něm jsou novorozenci vystaveni mateřským (vaginální, střevní, kožní) a environmentálním mikrobům, které iniciují vznik střevního mikrobiomu. Počáteční expozice je zásadní pro vývoj imunitního systému dítěte a vytváří základ pro vlastní mikrobiom dítěte. Děti narozené vaginálně mají odlišné složení mikrobiomu ve srovnání s těmi, které se narodily císařským řezem, což naznačuje, že způsob porodu hraje roli při utváření mikrobiomu dítěte. Stejně tak kojené děti mají odlišné složení mikrobiomu ve srovnání s kojenci krmenými umělou výživou, což naznačuje, že strava hraje roli při utváření mikrobiomu dítěte. Po skončení kojení se střevní mikrobiom pevně usadí, což u zdravých jedinců vede k celoživotnímu vlivu na mikrobiom. Prvních několik let života je rozhodujících pro vývoj mikrobiomu. Složení mikrobiomu se během této doby rychle mění a je utvářeno různými faktory prostředí, jako je strava, antibiotika a životní styl ^[8].

4. Místo na těle

Během vývoje člověka lidský mikrobiom sleduje trajektorie specifické pro dané místo v těle, takže každé místo v těle vyvíjí specifickou biogeografii. Například pokožka vykazuje dramatické rozdíly ve složení a struktuře mikrobiomů na různých místech. Fyzikální a topografické vlastnosti kůže hrají významnou roli při formování podobnosti mikrobiální komunity mezi místy. Tyto faktory také hrají roli při formování individuality mikrobiomu, takže každá osoba si na své kůži vytvoří jedinečný mikrobiální podpis, bez ohledu na rozdíly mezi místy pokožky. Naopak orální mikrobiom si u každého člověka zachovává relativně jedinečné složení. Charakterizace lidského střevního mikrobiomu ukazovala, že mikrobiom u dospělých zůstává relativně stabilní a jedinečný ve srovnání s drastickou změnou během prvních tří let života ^[9].

Mikrobiom je však živý ekosystém a v důsledku toho podléhá výkyvům rychlosti růstu a přežití každé z jeho složek. Změny ve stravování mohou hluboce zasáhnout strukturu střevního mikrobomu a intenzivní osobní hygiena může dočasně změnit mikrobiom kůže. V obou případech se však původní mikrobiom a struktura znovu obnoví, po obnovení původních podmínek. Vaginální mikrobiom má podobný stupeň stability jako mikrobiom kůže a na rozdíl od střev je možné klasifikovat vaginální mikrobiom do samostatných stavů během nemoci. Ve vaginálním mikrobiomu asymptomatických žen mají tendenci dominovat jednotlivé druhy Lactobacillus a různé další anaerobní druhy. Předpokládá se, že laktobacily prospívají hostiteli tím, že snižují vaginální pH prostřednictvím konečných produktů fermentace, čímž snižují pravděpodobnost napadení patogeny ^[10].

5. Vliv stravy na mikrobiom

Strava se intenzivně studovala ve vztahu ke střevnímu mikrobiomu, ale méně už ve vztahu k jiným mikrobiomům na jiných místech těla. Upravená strava je ideální příležitostí pro nízkorizikový, kulturní a psychologicky přijatelný zásah do změny mikrobiomu. Dlouhodobá strava má velmi velké účinky na složení střevního mikrobiomu. Účinky téže složky potravy na měření glukózy v krvi se fascinujícím způsobem mohou u různých lidí lišit, což je účinek zprostředkovaný mikrobiomem. Mikrobiom také může ovlivňovat koncentrace leptinu u lidí, a tím ovlivňovat chuť k jídlu ^[11].

6. Antibiotika, postrach mikrobiomu

Účinek antibiotik na všechny mikrobiomy je velký ve srovnání s jinými faktory. Antibiotika mají zásadní vliv na střevní mikrobiom, jedno užití antibiotik může ovlivnit až 30 % celkového mikrobiomu střeva a rozhodit rovnováhu na 6 měsíců až 2 roky. Používání širokospektrých antibiotik u kojenců a malých dětí má nejdéle trvající účinky na složení střevního mikrobiomu. Včasná expozice antibiotiky u novorozenců vede k mikrobiální dysbióze, která může být predispozičním faktorem zánětlivého onemocnění střev ^[12].

7. Životní styl a mikrobiom

Životní styl má také silný vliv na složení mikrobiomů. Soužití s domácími zvířaty, jako jsou psi, má statisticky významnou souvislost s mikrobiomem. V jedné studii se kožní mikrobiom párů žijících spolu více podobá, má-li pár psa, ale zajímavé je, že malé dítě neposkytlo stejný trend. Takže páry s dítětem, ale bez psa, se výrazně nepodobaly jeden na druhého jako páry bez dítěte. Vlastnictví domácích mazlíčků a vystavení zvířatům souvisí se sníženým rizikem astmatu ^[13].

Cvičení ovlivňuje strukturu mikrobiomu snižováním zánětu s jemnými změnami ve složení mikrobiálního společenství, které korelují se změnami v profilech cytokinů. Spánková deprivace koreluje se změnami ve střevním mikrobiomu, s větším poměrem Firmicutes ku Bacteroidetes (špatný poměr). Stejně tak stres zvyšuje střevní propustnost a koreluje se zvýšenou koncentrací zánětlivých markerů ^[14].

Závěrem lze říci, že lidský mikrobiom získal v posledních letech významnou pozornost, protože je známo, že obsahuje mnohem více genů než lidský genom. Bylo zjištěno, že faktory jako genetika, imunitní reakce, raný vývoj, umístění na těle, strava, antibiotika a životní styl hrají významnou roli při utváření lidského mikrobiomu. Složení mikrobiomu se může v průběhu času měnit a mezi jednotlivci se liší a tato rozmanitost je spojována se zdravím, ochranou a rozvojem nebo progresí nemocí. Vztah mezi mikrobiomem a imunitním, endokrinním a nervovým systémem je složitý a dynamický a k plnému pochopení vlivu mikrobiomu na lidské zdraví je zapotřebí další výzkum.