Microbiota este definită ca fiind comunitatea tuturor microorganismelor, inclusiv bacterii, virusuri şi unele eucariote unicelulare, ce trăiesc într-un mediu specific.
Microbiomul, pe de altă parte, reprezintă întreaga colecţie a tuturor elementelor genomice al unei anumite microbiote specifice, în timp ce metagenomica reprezintă domeniul de cercetare moleculară a complexităţii microbioamelor(5, 8, 17).
Considerând organismul uman un mediu specific de dezvoltare, microbiota umană cuprinde întreaga colecţie de microorganisme care trăiesc pe suprafaţa şi în interiorul corpului.
Totalitatea microorganismelor care trăiesc în asociere intimă cu organismul uman are un impact important asupra funcţiilor vitale, asupra fiziologiei umane, asupra dezvoltării sistemului imunitar, digestiei şi mecanismelor de detoxifiere.
Unele dintre aceste microorganisme existente la nivelul tractului gastrointestinal codifică proteine implicate în buna funcţionare a organismului-gazdă, cum ar fi enzimele necesare hidrolizei compuşilor proveniţi din dietă sau sinteza anumitor vitamine.
Astfel, genomul este de două tipuri: unul moştenit de la părinţi şi unul dobândit, reprezentat de microbiom(21, 41).
Cea mai importantă diferenţă este faptul că, în timp ce genomul moştenit rămâne aproape neschimbat pe parcursul vieţii, microbiomul este extrem de dinamic, putând fi influenţat de un număr considerabil de factori, printre care vârsta, dieta, variaţiile hormonale, medicamentele administrate şi starea de sănătate a organismului(9, 32).
Bazat pe acest concept, omul a fost denumit superorganism.
Intervenţia asupra microbiomului uman prin intermediul unei noi generaţii de bacterii probiotice şi terapeutice are un potenţial deosebit în gestionarea stării de sănătate a organismului. Un interes deosebit asupra rolului microbiomului în domeniul sănătăţii umane s-a evidenţiat în ultimul deceniu, cu apariţia unor noi tehnologii pentru evaluarea populaţiilor microbiene complexe.
Teste bazate pe analiza ADN-ului au extins orizontul cercetării microbiologice prin generarea unui volum enorm de date utilizate în caracterizarea proprietăţilor, funcţiilor şi compoziţiei unui număr mare de comunităţi microbiene(4, 19, 35).
Caracterizarea microbiomului
În regnul animal, a fost demonstrată implicarea agenţilor microbieni în funcţiile metabolice de peste 500 milioane de ani. Acest fapt denotă importanţa existenţei populaţiilor microbiene în selecţia specifică bazată pe fenomenele de adaptabilitate.
Simbioza dintre microbi şi gazdele lor implică, de obicei, participarea agenţilor microbieni în exercitarea anumitor funcţii ale organismului-gazdă, cum ar fi mecanismele de apărare, funcţia metabolică şi procesele de reproducere(11, 17, 26).
Variaţiile funcţionale ale microbiomului-gazdă pot fi modulate prin introducerea sau eliminarea unor anumite grupuri de agenţi microbieni sau prin schimbarea structurii populaţiei microbiene. Astfel de modificări pot fi induse de către factorii de mediu, cum ar fi schimbările de alimentaţie sau expunerea la antibiotice.
Compoziţia microbiomului este diferită, în funcţie de localizarea anatomică. Cele mai importante arii de interes sunt reprezentate de microbiomul regăsit la nivelul colonului, al vaginului şi la nivelul nazo-faringian(13, 20).
Existenţa unor variaţii temporare ale numărului şi tipului de agenţi microbieni reprezintă o caracteristică normală, un exemplu fiind populaţiile existente la nivel nazo-faringian în cazul copiilor, ce înregistrează importante variaţii sezoniere.
Există diferenţe interpersonale ce denotă unicitatea microbiomului, dar acestea nu au amploarea perturbărilor masive dezvoltate în cazul expunerii la antibiotice sau consecutiv infecţiilor de la nivelul colonului ce conduc către dezechilibre majore sau chiar la stabilirea unui nou status microbian.
Variaţiile mari taxonomice nu sunt surprinzătoare, având în vedere faptul că în organismul uman trăiesc populaţii bacteriene de ordinul a 1014 celule, aparţinând a peste 2000 de specii, ce acumulează influenţe genetice şi epigenetice de-a lungul întregii vieţi. Microbiomul gemenilor monozigoţi este relativ asemănător, existând similitudini mai mari decât în cazul indivizilor neînrudiţi, dar nu la un nivel foarte profund, indicând astfel importanţa factorilor postnatali asupra structurii microbiomului(17).
Influenţele postnatale asupra microbiomului
Organismul uman nou-născut este steril, colonizarea microbiană începând imediat după naştere. Stabilirea microbiotei nou-născutului este în principiu influenţată de tipul naşterii şi de modalitatea de hrănire, în etapa imediat următoare. Mai mult, unele studii ştiinţifice au demonstrat niveluri crescute ale variabilităţii intraindividuale în ceea ce priveşte compoziţia microbiotei copilului, mai ales în primul an de viaţă, profilul microbiologic fiind complet conturat după vârsta de 3 ani, având caracteristici asemănătoare cu cele ale adultului.
Înaintarea în vârstă determină modificări fiziologice şi biologice, dar şi la nivelul compoziţiei microbiomului, existând diferenţe între profilul adultului şi al vârstnicului.
În cazul adulţilor, o mare parte a microbiotei se găseşte la nivelul tractului gastrointestinal, în colonul uman existând o densitate celulară microbiană de peste 1011 celule/ gram conţinut, însumând 1-2 kg din greutatea totală a organismului adult(13, 21).
Pe parcursul vieţii, fiecare om dezvoltă o populaţie microbiologică densă, ce este perpetuată de fiecare generaţie. Erupţia dentară este responsabilă de principalele etape de dezvoltare a microbiotei de la nivelul cavităţii orale. Expunerea precoce la antibiotice determină schimbări majore a caracteristicilor microbiotei şi în dezvoltarea fenotipului organismului-gazdă. Ipoteza variabilităţii compoziţiei microbiomului într-o manieră dependentă de timp şi implicaţiile sale asupra dezvoltării caracteristicilor imunologice, metabolice, cognitive şi reproducătoare ale organismului-gazdă este extrem de importantă în elaborarea protocoalelor de studiu din acest domeniu(7, 10).
Implicaţiile microbiomului în apariţia diferitelor patologii
În momentul de faţă, cercetători din întreaga lume studiază impactul echilibrului microbian asupra stării de sănătate a omului. Sunt evaluate, în studii de amploare deosebită, variaţiile microbiene ce apar în diferite patologii sau stadii ale acestora. În prezent, este foarte important să se stabilească o cauzalitate între variaţiile existente la nivelul microbiomului şi statusul patologic al organismului(1, 6, 33).
Microbiomul cutanat
Microbiomul cutanat este o ţintă specifică pentru anumite boli, cum ar fi psoriazisul, afecţiune cronică inflamatorie cu etiologie necunoscută. Dermatita atopică, o altă patologie cronică inflamatorie, a înregistrat o incidenţă deosebită în ultimii 30 de ani în ţările industrializate, sugerând astfel un potenţial rol al alterării microbiomului în apariţia şi evoluţia acestei patologii. Alterarea microbiomului cutanat a fost descrisă în cazul pacienţilor cu ulcere cronice tratate cu antibiotice, pentru care s-au regăsit niveluri crescute de Pseudomonas sp. şi în cazul pacienţilor cu ulcer diabetic ce înregistrează suprainfecţii cu Streptococcus sp. Aceste modificări sunt în legătură directă cu supraexpresia genelor implicate în dezvoltarea răspunsului imunitar cutanat, crescând astfel riscul de dezvoltare a acestor boli(16, 20, 35).
Microbiomul gastric
Descoperirea faptului că Helicobacter pylori este adaptat pentru a supravieţui în mediul gastric acid a contrazis teoria sterilităţii mediului stomacal. La indivizii ce nu prezintă H. pylori, diversitatea microbiotei gastrice este foarte mare, indicând faptul ca mulţi constituenţi ai acesteia pot fi aduşi din exterior(11, 27, 29, 36).
Prezenţa sau absenţa H. pylori la nivelul microbiotei gastrice este puternic asociată cu prezenţa unor boli specifice: ulcer peptic, adenocarcinomul gastric, diferite tumori ale mucoasei gastrice, dar şi scăderea incidenţei esofagitei de reflux şi a astmului, demonstrând astfel interacţiunile complexe existente la nivelul microbiotei(14, 18).
Microbiomul intestinului şi obezitatea
Studii experimentale desfăşurate pe şoareci de laborator modificaţi genetic pentru a dezvolta obezitate au arătat existenţa unui raport Bacteroidetes/ Firmicutes scăzut în comparaţie cu animalele normale, nemodificate genetic.
Transferarea microbiotei intestinale de la şoareci obezi la cei normali a condus la apariţia obezităţii, demonstrând astfel transmisibilitatea fenotipului metabolic.
În cazul oamenilor, creşterea numărului agenţilor microbieni din clasa Bacteroides conduce la scăderea în greutate. La gemeni, obezitatea este asociată cu scăderea nivelurilor de agenţi din clasa Bacteroides, iar o diversitate bacteriană scăzută, cu creşterea numărului de gene legate de metabolismul lipidic şi glucidic(2, 25).
Folosirea antibioticelor în copilărie înaintea vârstei de 6 luni a fost asociată semnificativ cu dezvoltarea obezităţii, pe de altă parte administrarea perinatală a probioticelor pe bază de Lactobacillus rhamnosus a scăzut incidenţa obezităţii infantile(4, 26, 28).
Există studii în literatura de specialitate care evidenţiază interrelaţia dintre variaţiile microbiomului şi incidenţa artritei reumatoide, steatozei hepatice, carcinomului hepatocelular, colitei ulcerative şi a cancerului colorectal(41).
Concluzii
Dezechilibrele microbiomului uman pot determina apariţia diferitelor patologii. Este important să cunoaştem compoziţia şi funcţia microbiomului la indivizi sănătoşi şi să elucidăm modificările apărute în structura acestuia, precum şi corelaţiile complexe cu incidenţa unor anumite boli. Astfel, microbiomul poate fi folosit ca o nouă ţintă în stabilirea diagnosticului şi modularea terapiei medicamentoase.
Gradul de interacţiune şi de interdependenţă dintre microbiom şi organismul-gazdă are implicaţii majore asupra susceptibilităţii organismului uman de a dezvolta unele boli, iar efectele agenţilor microbieni asupra echilibrului metabolic şi imunitar al gazdei reprezintă un model excelent pentru studierea fenomenului de vulnerabilitate la boală(8, 24).
Modificarea riscului de boală prin modularea căilor metabolice, imunologice şi microbiologice este o strategie de o importanţă deosebită în cercetarea farmacoterapeutică la nivel molecular.