میکروبیوتا؛ امپراطوری نامرئی بدن!

میکروبیوم چیست؟

درون و بیرون بدن انسان، میزبان طیف وسیعی از میکروارگانیسم‌های مختلف شامل باکتری‌ها، آرکی‌ها، ویروس‌ها و قارچ‌هاست که به مجموع این جمعیت میکروبی، میکروبیوتا یا میکروفلور طبیعی بدن گفته می‌شود. میکروبیوم نیز به مجموعه ژنوم‌های میکروبی در میکروبیوتا گفته می‌شود. هر چند این دو مفهوم متفاوت‌اند، با این وجود به طور متداول به جای هم استفاده می‌شوند.

اما سوال این‌جاست که مگر میکروب‌ها بیماری‌زا نیستند؟

در پاسخ باید گفت که تمام میکروب‌ها بیماری‌زا نیستند؛ برخی از آن‌ها پاتوژن بوده و برخی دیگر تنها در صورتی قادر به ایجاد بیماری هستند که در تعداد بسیار زیاد تکثیر شده یا در مکانی غیر از محیط طبیعی خود قرار گیرند. این در حالی است که انواع دیگری از میکروب‌ها وجود دارند که می‌توانند برای بدن مفید بوده و به متابولیسم میزبان خود کمک کنند.

اعضای میکروبیوتای بدن انسان، بهترین مثال از این گروه میکروب‌ها هستند که همزیستی آن‌ها با میزبان خود منجر شده تا به انسان لقب متاارگانیسم داده شود. در ادامه قصد داریم تا به بررسی این جمعیت میکروبی و اهمیت آن در سلامت انسان بپردازیم.

میکروبیوم بدن از چه طریق گرفته می‌شود؟ محیط اطراف ما تا چه میزان در تامین این جمعیت میکروضبی موثر است؟

پاسخ به این سوال می‌تواند کمی پیچیده و بحث برانگیز باشد. در واقع تا زمان تولد، جنین انسان در محیطی محافظت شده و اغلب استریل زندگی می‌کند؛ اما در هنگام تولد و نیز پس از آن، مقدار قابل توجهی از میکروارگانیسم‌ها درون و روی سطح بدن ما کلونیزه شده و میکروبیوتای بدن را تشکیل می‌دهند. جنین هنگام عبور از کانال واژن در زمان زایمان، باکتری‌های زیادی را از بدن مادر دریافت می‌کند که این باکتری‌ها علاوه‌بر تشکیل جمعیت میکروبی بدن، در متابولیسم بدن میزبان خود نیز نقش کلیدی دارند.

میکروبیوتای بدن نوزادان متولد شده از طریق سزارین نیز به اشکال دیگری تامین می‌شود. در طی دوران بارداری، میکروبیوتای بدن مادر دچار تغییرات شده و به ترکیبی مناسب برای نوزاد تبدیل می‌شود. این ترکیب از طریق شیردهی نیز به نوزاد منتقل می‌شود. اما این تمام ماجرا نیست!

در طی دو سال اول زندگی، میکروبیوم بدن نوزاد به سرعت تغییر می‌کند و جمعیتی از میکروارگانیسم‌های مختلف در پوست و غشاهای مخاطی او شکل می‌گیرد. در نهایت در حدود سن 3 سالگی، میکروبیوتا تثبیت می‌شود. فاکتورهای مختلفی از جمله رژیم‌های غذایی، محیط اطراف، مصرف داروهای مختلف به ویژه آنتی‌بیوتیک‌ها، قرار گرفتن تحت استرس و به طور کلی سبک زندگی در شکل گیری این جوامع دخیل‌اند. ترکیب و تنوع میکروبیوم بدن در تمام طول زندگی یک فرد، همزمان با تغییرات سن و بسته به عواملی که ذکر شد می‌تواند دست‌خوش تغییر شود.

نسبت سلول‌های میکروبی موجود در بدن به سلول‌های انسانی چگونه است؟

پاسخ قطعی به این پرسش مستلزم آن است که ابتدا تعریفی از انسان داشته باشیم؛ بدن انسان مجموعه‌ای از سلول‌های دارای نسخه‌های متعدد از کروموزوم‌های مشابه در کنار دارا بودن سلول‌های حاوی DNA باکتریایی است. این ارتباط و همبستگی بین میزبان و میکروب‌ها، انسان را به عنوان موجودی هولوبیونت (holobiont) تعریف می‌کند. درواقع، علاوه‌بر سلول‌های انسانی، اندامک‌هایی از جمله میتوکندری‌ها نیز حاوی کروموزوم هستند که از اجداد باکتریایی آن‌ها به ارث رسیده است که همین امر به مجموع ژن‌های باکتریایی بدن انسان می‌افزاید.

آن‌چه که از پژوهش‌های صورت گرفته در این زمینه بدست آمده است، نشان می‌دهد که تعداد سلول‌های میکروبی بیشتر از سلول‌های یوکاریوتی (سلول‌های انسانی) تشکیل دهنده بدن انسان است. در مقابل حدود 30 تریلیون سلول انسانی، چیزی در حدود 39 تریلیون سلول میکروبی در بدن ما وجود دارد. به عبارت بهتر، بدن ما تنها چیزی در حدود 43% از سلول‎های انسانی و 57% از سلول‌های میکروبی تشکیل شده است. از طرف دیگر، میکروبیوم را به عنوان مجموعه‌ای از میکروارگانیسم‌ها تعریف می‌کنند که تعداد ژن‌هایی در حدود 100 برابر بیش‌تر از ژنوم انسانی دارند.

اعضای تشکیل دهنده میکروبیوتا و ترکیب و تنوع آن‌ها در نواحی مختلف بدن

همانطور که پیش‌تر نیز ذکر شد، اعضای تشکیل دهنده میکروبیوتا شامل باکتری‌ها، قارچ‌ها، ویروس‌ها، پروتوزوآها و آرکی‌ها هستند. در این بین، جمعیت غالب را باکتری‌ها تشکیل می‌دهند. انواع این باکتری‌ها در نواحی مختلف بدن متفاوت است.

گونه‌های تشکیل دهنده‌ی فلور طبیعی، عمدتا در بخش‌هایی که با محیط خارج در تماس بیشتری هستند مانند سطح پوست، بینی، حفره‌ی دهان، روده و دستگاه ادراری-تناسلی ساکن هستند و تنوع آن‌ها در بخش‌های مختلف بدن و در میان افراد متفاوت است. این اختلاف‌ها در ترکیب گونه‌های تشکیل دهنده میکروبیوتا و تنوع آن‌ها را  به علت تفاوت‌های فیزیولوژیک ، سن، جنسیت، محیط زندگی و رژیم غذایی افراد است. بررسی‌های صورت گرفته، نشان داده است که بیشترین تنوع میکروبیوتا در روده و کمترین آن مربوط به واژن است.

در جدول زیر به معرفی تعدادی از این گونه‌ها پرداخته‌ایم:

تمامی این ارگانیسم‌ها در مکان‌های طبیعی خود به علت محدودیت‌‌های محیطی به صورت غیر تهاجمی هستند. به عبارت بهتر، فلور نرمال بدن در شرایط عادی و در افراد با ایمنی سالم، بی‌ضرر و حتی مفید است.

میکروبیوتای پایدار و گذرا

این ارگانیسم‌ها را می‌توان در دو گروه طبقه‌بندی کرد:

✓میکروبیوتای پایدار: این گرده تحت عنوان میکروبیوتای ساکن نیز شناخته می‌شوند و شامل انواع ثابتی از میکروارگانیسم‌هاست که به‌طور طبیعی در مناطق خاصی از بدن و در سنین مشخصی دیده می‌شوند. ویژگی مهم این گروه توانایی ترمیم خود به خودی است که در صورت بروز هرگونه آسیب، می‌توانند آن را ترمیم کنند. در پوست و غشاهای مخاطی، میکروبیوتای ساکن مانع از تکثیر و جایگزینی پاتوژن‌ها و ایجاد بیماری توسط آن‌ها می‌شود. این پدیده مداخله‌ی باکتریایی نامیده می‌شود و به دلایل مختلفی از جمله رقابت برای گیرنده‌ها، رقابت در مصرف موادغذایی، تولید باکتریوسین‌ها و… می‌تواند صورت بگیرد.

✓میکروبیوتای گذرا: میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا یا بیماری‌زای بالقوه‌ای هستند که برای مدت زمانی محدود، مثلا چند ساعت، چند روز یا چند هفته در پوست یا غشاهای مخاطی ساکن می‌شوند. منشاء این میکروبیوتا از محیط بوده و خود را به‌طور دائم مستقر نمی‌کند.

فواید همزیستی بین میزبان و میکروبیوتا

حضور این میکروارگانیسم‌ها در بخش‌های مختلف بدن، از جایگزین شدن پاتوژن‌ها و ایجاد بیماری جلوگیری می‌کند. علاوه‌بر این، میکروفلور روده و دستگاه گوارش به هضم و جذب بهتر غذا و تولید ویتامین‌هایی مثل ویتامین K برای میزبان نیز کمک می‌کند. در پوست و غشاهای مخاطی نیز، حضور میکروبیوتای ساکن مانع از تکثیر باکتری‌های پاتوژن در این نواحی می‌شود که این پدیده را مداخله باکتریایی می‌نامند. مداخله باکتریایی، می‌تواند از طریق مکانیسم‌های متفاوتی از جمله رقابت برای گیرنده‌ها یا محل‌های اتصالی سلول‌های میزبان، رقابت در مصرف مواد غذایی و همچنین از طریق تولید محصولات متابولیک مانند سموم، مواد آنتی‌بیوتیکی یا باکتریوسین‌ها و سایر مکانیسم‌ها صورت گیرد.

در روده، برخی از باکتری‌ها از طریق تولید باکتریوسین و سایر پروتئین‌های ضدباکتریایی و متابولیت‌های دیگر و با استفاده از مکانیسم رقابت بین گونه‌ای، باعث مهار رشد باکتری‌های مهاجمی از جمله سالمونلا، شیگلا، کلستریدیوم دیفیسیل، باسیلوس سرئوس و سایر پاتوژن‌ها می‌شوند. در رابطه‌ی همزیستی بین انسان و باکتری‌های روده‌ای، می‌توان به نقش این باکتری‌ها در تجزیه‌ی کربوهیدرات‌های پیچیده و تبدیل آن‌ها به اسیدهای چرب کوتاه زنجیره اشاره کرد که علاوه بر کمک به جذب آسان‌تر این مواد توسط سلول‌های میزبان، در محدود کردن رشد باکتری‌های پاتوژن نیز موثرند.

در صورتی که فلور نرمال سرکوب و یا حذف شود، شرایط برای جایگزینی ارگانیسم‌ها از محیط و یا قسمت‌های دیگر بدن فراهم می‌شود و می‌توانند به صورت فرصت‌طلب ایجاد بیماری کنند.

نقش میکروبیوم در بیماری

آسیب و تغییرات در ترکیب و تنوع میکروبیوتا، تحت عنوان دیسبیوز (dysbiosis) یا عدم تعادل شناخته می‌شود که می‌تواند با ایجاد بیماری‌های مختلفی در ارتباط باشد. تخریب میکروفلور نرمال، ممکن است در اثر حذف میکروارگانیسم‌های مفید و فراهم شدن شرایط برای رشد پاتوژن‌ها ایجاد شود که در نهایت بیماری‌های مختلفی را ایجاد می‌کند.

با توجه به اینکه جمعیت میکروبی روده به عنوان مهم‌ترین بخش از میکروبیوتا در نظر گرفته می‌شوند و بیشترین تاثیر را بر متابولیسم بدن دارند، عدم تعادل در این جوامع و کاهش تنوع گونه‌های تشکیل دهنده آن می‌تواند با بروز بسیاری از بیماری‌ها مرتبط باشد. به‌طور کلی می‌توان گفت که تغییرات در تنوع و ترکیب میکروفلور مدفوعی می‌تواند نشان دهنده حساسیت به بیماری یا شروع آن باشد. برای مثال، مصرف زیاد آنتی‌بیوتیک‌ها باعث مهار میکروفلور نرمال روده‌ای و مهیا شدن شرایط رشد برای باکتری کلستریدیوم دیفیسیل شود؛ این باکتری با تولید انتروتوکسین، باعث التهاب کولون یا همان انتروکولیت مرتبط با آنتی‌بیوتیک می‌شود.

اختلالات ایمونولوژیک و متابولیک مانند بیماری‌های التهابی روده، چاقی، دیابت نوع2 و بیماری سیلیاک از دیگر موارد ایجاد شده در اثر برهم خوردن تعادل در جمعیت میکروبیوتاست. برای مثال، بیماری سیلیاک یک بیماری روده‌ای وابسته به سیستم ایمنی بوده که در مواجهه با پروتئین گلوتن ایجاد می‌شود؛ میکروبیوتای روده‌ی بسیاری از افراد، متشکل از باکتری‌هایی است که قادر به هضم گلوتن هستند. در صورت عدم وجود این باکتری‌ها ممکن است بیماری سیلیاک رخ دهد. در ناحیه‌ی واژن نیز برهم خوردن تعادل میکروبی می‌تواند باعث بروز واژینیت شود.

درمان دیسبیوز میکروفلور نرمال

اما چگونه می‌توان این تعادل از دست رفته را به جمعیت میکروبی بخش‌های مختلف بدن بازگرداند؟

یکی از متداول‌ترین روش‌هایی که برای برگرداندن تعادل به جمعیت میکروبی بخش‌های مختلف بدن پیشنهاد می‌شود، مصرف پروبیوتیک‌هاست. همچنین پروبیوتیک‌ها می‌توانند سیستم ایمنی را تقویت کرده و نیز از جایگزین شدن میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا در میان جمعیت میکروارگانیسم‌های مفید بدن میزبان جلوگیری کنند.

نتیجه‌گیری و کلام آخر

با گسترش رویکردهایی همچون جایگزینی میکروب‌های خاص (پیوند مدفوع)، استفاده از پروبیوتیک‌ها، پری‌بیوتیک‌ها، پست‌بیوتیک‌ها و میکروبیوم هوشمند برای اصلاح میکروبیوم، می‌توان دوره‌ای جدید را برای میکروب‌شناسی پیش‌بینی کرد. با توجه به اهمیتی که برای میکروبیوتا ذکر شد، می‌توان انتظار داشت که در آینده آنالیز میکروبیوم به یکی از تست‌های تشخیصی متداول برای پیش‌بینی و درمان طیف وسیعی از بیماری‌ها تبدیل شود.

نویسنده: ستاره سنگری

منابع:

کتاب میکروب‌شناسی مورای

کتاب میکروب‌شناسی جاوتز

کتاب میکروب‌شناسی لیپینکات

سایر منابع:

منبع1،منبع2،منبع3،منبع4،منبع5،منبع6