Google+ Τι βλέπεις στον καθρέπτη; : Biology4u.gr

Τι βλέπεις στον καθρέπτη;

Έχει καταχωριστεί στις κατηγορίες: ΣΗΜΕΙΩΜΑΤΑ από στις 7 Δεκεμβρίου 2013

womirΌποτε κοιτάζεστε στον καθρέπτη πιστεύετε ότι βλέπετε το ορατό αποτέλεσμα 1012 κυττάρων που προήλθαν από το αρχικό κύτταρο με το οποίο ξεκινήσατε τη ζωή σας στον πλανήτη. Έτσι δεν είναι; Ε΄λοιπόν κάνετε λάθος! Αυτό που βλέπετε έχει οικοδομηθεί από 1012 κατάδικά σας κύτταρα, αλλά από πολύ περισσότερα κύτταρα μικροβίων. Πόσα είναι αυτά; Αν υπολογίσουμε ότι για κάθε δικό σας κύτταρο στο σώμα σας υπάρχουν 10 μικρόβια, είστε το αποτέλεσμα 1012 δικών σας κυττάρων + συν 1013 μικροβιακών κυττάρων. Το πού βρίσκονται τα μικρόβια αυτά στο σώμα σας, το τι  κάνουν, και το πώς βρέθηκαν εκεί, είναι το αντικείμενο του άρθρου που θα διαβάσετε.

Στην γνωστή κλίμακα της ιεραρχίας της ζωής, πολύ σωστά, θεωρούμε τους εαυτούς μας  ως έναν από τα δισεκατομμύρια συνανθρώπων μας που μαζί με τους άλλους πληθυσμούς φυτικών και ζωικών οργανισμών πλημμυρίζουν τη βιόσφαιρα, μια και καμία περιοχή της δεν είναι τόσο εχθρική, ώστε να μη φιλοξενεί μία τουλάχιστον μορφή ζωής.

Αντίστοιχα είναι δύσκολο να βρούμε μια περιοχή του ανθρώπινου σώματος που να είναι ακατάλληλη για την επιβίωση μικροβίων. Έτσι η τεράστια «βιόσφαιρα» για τα μικρόβια αυτά, δεν είναι παρά το ίδιο μας το σώμα, το οποίο εξελίχθηκαν να το εποικίζουν, τόσο στα «άγονα» και ξηρά «οικοσυστήματά» του, όπως ο βραχίονάς μας, όσο και στα υγρά  και πλουσιότερα σε οργανικούς χυμούς, όπως το δέρμα μας, το έντερό μας ή οι πνεύμονές μας.

Απ΄όλα λοιπόν αυτά τα διαφορετικά «οικοσυστήματα» εκείνο που έχει τη μεγαλύτερη βιοποικιλότητα είναι το δέρμα μας, αφού φιλοξενεί 205 διαφορετικά γένη βακτηρίων. Αυτό όμως που εντυπωσιάζει με τον αριθμό των κατοίκων του, είναι το έντερό μας, μια πολυάσχολη και πολυπληθής μητρόπολη στους σκοτεινούς μαιάνδρους της οποίας, ζουν περισσότερα από 300 διαφορετικά είδη βακτηρίων που διαφοροποιούνται μεταξύ τους στον τρόπο με τον οποίο αντλούν ενέργεια, στις βιταμίνες που παράγουν αλλά και στην επίδραση που μπορεί να έχουν στην υγεία μας. 

microbiomegulliver

Ένα απίστευτο πλήθος μικροβίων περιβάλλει και εποικίζει το σώμα μας, έχοντας αγαθές, κυρίως προθέσεις…

Αυτό λοιπόν το απίστευτο σύνολο μικροβίων που εποικίζουν το σώμα μας, αποτελεί το μικροβίωμά μας στο οποίο περιλαμβάνονται βακτήρια, μέλη της επικράτειας των Αρχαίων, μύκητες, πρωτόζωα και φυσικά ιοί που παρασιτούν είτε στα δικά μας κύτταρα, είτε στα κύτταρα των βακτηρίων.

Το τι ακριβώς κάνει το μικροβίωμα είναι αντικείμενο εντατικής μελέτης, όπως ακριβώς εξακολουθεί να είναι αντικείμενο εντατικής μελέτης και το γονιδίωμα, δηλαδή το σύνολο του γενετικού υλικού μας. Όπως μάλιστα στο γονιδίωμα, μεγαλύτερη σημασία από την κατανόηση του ρόλου καθενός από τα μέρη του (γονίδια κ.α΄. περιοχές του DNA), έχει η κατανόηση των σχέσεων που αναπτύσσουν μεταξύ τους και με το περιβάλλον, έτσι και στο μικροβίωμα το ενδιαφέρον εστιάζεται στην κατανόηση των σχέσεων  που αναπτύσσονται μεταξύ των κοινοτήτων των μικροβίων, αλλά και των σχέσεων που αναπτύσσουν με τη «βιόσφαιρα» εντός της οποίας διαβιούν δηλαδή το ανθρώπινο σώμα, προκειμένου να διατηρούμαστε υγιείς.

Τα προϊόντα της μελέτης αυτής οδηγούν στο συμπέρασμα ότι η πλειονότητα των μικροβίων του μικροβιώματος δεν είναι μόνο αβλαβής, αλλά είναι και χρήσιμη με διάφορους τρόπους, όπως η παραγωγή χρήσιμων ουσιών που ο ανθρώπινος οργανισμός δεν μπορεί να παράγει, η καταπολέμηση των φλεγμονών, η απορρόφηση βιταμινών για λογαριασμό μας, η άντληση ενέργειας από τροφές που δεν μπορούμε να καταβολίσουμε, η ανάπτυξη του ανοσοβιολογικού συστήματος μας και πολλοί, πολλοί άλλοι.

Παρά το ότι η μελέτη του μικροβιώματος βρίσκεται ακόμη στην αρχή και είναι δύσκολο κανείς να προβλέψει τα συμπεράσματα και τις πρακτικές εφαρμογές που μας επιφυλάσσει για το μέλλον, πολλά εντυπωσιακά στοιχεία για το ρόλο του έχουν έλθει ήδη στο φως της δημοσιότητας.

Μικροβίωμα-Γονιδίωμα

genomemicrobiomeΗ αναλογία γενετικών πληροφοριών που περιέχονται στα κύτταρά μας, σε σχέση με τις γενετικές πληροφορίες που φέρει συνολικά το μικροβίωμα, είναι τουλάχιστον 1:100 ή με άλλα λόγια ότι το σώμα μας περιέχει έναντι των 23.000 περίπου γονιδίων που διαθέτουν τα κύτταρά μας, περισσότερα από 2 με 3 εκατομμύρια γονίδια που διαθέτουν τα μικρόβια που κατοικούν σε αυτό.

Αυτό το τεράστιο μέγεθος γενετικής πληροφορίας, που αποτελεί ένα «δεύτερο γονιδίωμα», είναι πιθανό να ελέγχει στον ίδιο, αν όχι σε μεγαλύτερο βαθμό τις λειτουργίες του οργανισμού μας, συγκρινόμενο με το γονιδίωμα. Και εξίσου εντυπωσιακό είναι το γεγονός ότι, ενώ το γονιδίωμα έχει ληφθεί  εφάπαξ από τους γονείς μας και δεν αλλάζει (εξαιρουμένων των μεταλλάξεων), το μικροβίωμα μεταβάλλεται, καθώς τα μικρόβια μπορούν να περνούν τις πύλες του οργανισμού μας, εισερχόμενα ή εξερχόμενα από αυτόν, έτσι ώστε να μεταβάλλεται η σύνθεσή του και συνεπώς η επίδραση που ασκεί στις φυσιολογικές λειτουργίες μας.

Αναθεώρηση του μοντέλου: Ένα μικρόβιο-ένα νόσημα
koch

Υπό αίρεση τα κριτήρια του Koch;

Πράγματι δεν ήταν ένα μικρόβιο που οδήγησε στην εμφάνιση της λοίμωξης, διότι το βακτήριο που την προκάλεσε (Clostridium difficlile) μπορεί να είναι μέρος της μικροχλωρίδας του εντέρου, χωρίς να δημιουργεί κάποιο πρόβλημα, αλλά η διαταραχή της  ισορροπίας του εντέρου, καθώς από αυτό είχαν κυριολεκτικά εκλείψει όσα βακτήρια αποτελούν μέρος της ωφέλιμης μικροχλωρίδας του.  

Όταν αποκαταστάθηκε η ισορροπία ανάμεσα στις κοινότητες των βακτηρίων του εντέρου, με τη μεταμόσχευση μικροβιώματος από τον υγιή σύζυγο, η νόσος εξαφανίστηκε.

Αλληλεπιδράσεις ανάμεσα στο Ανοσοβιολογικό Σύστημά μας και στο Μικροβίωμα

Αντίθετα με ό,τι πιστεύαμε το παρελθόν, ότι δηλαδή τα μικρόβια είναι συλλήβδην παθογόνα, και ότι το Ανοσοβιολογικό Σύστημά μας είναι ένας μηχανισμός ολοκληρωτικής εξάλειψης των μικροβίων, σήμερα αναγνωρίζουμε τον επωφελή ρόλο του μικροβιώματος και επίσης ότι δεν υπάρχει χιλιοστό ελεύθερης επιφάνειας του οργανισμού μας που να μην αποικίζεται από μικρόβια.  

Η συμβιωτική σχέση που έχει αναπτυχθεί μεταξύ του οργανισμού μας και του μικροβιώματος είναι αποτέλεσμα χιλιάδων χρόνων συνεξέλιξης που εξασφάλισαν αμοιβαία ωφέλεια και για το μικροβίωμα και για τον ξενιστή. 

Η συνύπαρξη αυτή δεν πρέπει να μας ξαφνιάζει καθώς από τις πρώτες στιγμές της εμφάνισης των ευκαρυωτικών οργανισμών, δηλαδή 2 δισεκατομμύρια χρόνια, αφού οι προκαρυωτικοί οργανισμοί εμφανίστηκαν και κατάκλυσαν τον πλανήτη, η εξέλιξη των ευκαρυωτικών οργανισμών είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με τους προκαρυωτικούς οργανισμούς. Μήπως δεν είναι τα αερόβια βακτήρια και τα κυανοφύκη που συνέβαλαν στην εξέλιξη των ευκαρυωτικών οργανισμών, μετατρεπόμενα στα μιτοχόνδρια και τους χλωροπλάστες τους;

endosymbiotic

Και στη συνέχεια όμως τα μικρόβια συνέχισαν να συμβάλουν στην εξέλιξη των ευκαρυωτικών οργανισμών· καθώς η εξέλιξη των μεταζώων δημιουργούσε ολοένα συνθετότερες και διαμερισματοποιημένες δομές, τα μικρόβια έπρεπε να ανταγωνίζονται για να καταλάβουν τους νέους ανατομικούς οικολογικούς θώκους που δημιουργούνταν. Έτσι η παρουσία τους αναπόφευκτα συμμετείχε στη διαμόρφωση της δομής και της λειτουργίας των ιστών που εποίκιζαν, «φροντίζοντας» παράλληλα για την υγεία της «βιόσφαιρας» που τους φιλοξενούσε, μια και τους προσέφερε ένα πλήθος σταθερών και  πλούσιων σε θρεπτικά συστατικά «οικοσυστημάτων».

Καθώς όμως ο οργανισμός μας δεν είναι ξενιστής συμβιωτικών, μόνο, μικροβίων, αλλά και παθογόνων, έπρεπε το ανοσοβιολογικό σύστημά του να αντιμετωπίσει την πρόκληση να μάθει να διακρίνει τα επωφελή από τα επιζήμια μικρόβια, ανεχόμενο τα πρώτα και καταπολεμώντας τα τελευταία. Φαίνεται λοιπόν πως και σε αυτήν τη λειτουργία η σημασία του μικροβιώματος ήταν καθοριστική, καθώς συνέβαλε στη διαμόρφωση του ανοσοβιολογικού συστήματός μας, «εκπαιδεύοντάς» το να τα διακρίνει από τα επιζήμια μικρόβια, που εξαλείφονταν προς όφελός τους. 

Πράγματι η σύγχρονη έρευνα αποκαλύπτει ότι το μικροβίωμα επηρεάζει την ανάπτυξη και του λειτουργία του ανοσοβιολογικού συστήματός, καθώς πειράματα που έγιναν σε ποντικούς οι οποίοι γεννήθηκαν και μεγάλωσαν σε αξενικές συνθήκες (δηλαδή συνθήκες που δεν επιτρέπουν την ανάπτυξη μικροβίων) δείχνουν ότι οι ποντικοί αυτοί, σε σύγκριση με τους κανονικούς, παρουσιάζουν προβληματική ανάπτυξη του ανοσοβιολογικού συστήματός τους.

Έτσι:

  • Έχουν ελαττωματικά διαμορφωμένο λεμφικό ιστό στο βλεννογόνου του εντέρου (τον ιστό δηλαδή που αποτελεί την 1η γραμμή άμυνας του βλεννογόνου του εντέρου)

  • Έχουν ατροφικές πλάκες Payer (Είναι συσσωματώματα λεμφοζιδίων που βρίσκονται αποκλειστικά στο κατώτερο τμήμα του λεπτού εντέρου-ειλεός- και συμμετέχουν στην ανοσοβιολογική λειτουργία, καθώς περιλαμβάνουν Β και Τ λεμφοκύτταρα),

  • Έχουν μικρότερα μεσεντέρια λεμφογάγγλια.

Όμως εκτός της προβληματικής ανάπτυξης των οργάνων που σχετίζονται με τη λειτουργία του Ανοσοβιολογικού Συστήματος οι αξενικοί ποντικοί, έχουν κυτταρικό και μοριακό προφίλ του Ανοσοβιολογικού Συστήματος του εντέρου τους που υπολείπεται των κανονικών. Ειδικότερα:

  • Τα επιθηλιακά κύτταρα του εντέρου παρουσιάζουν μειωμένη έκφραση των TLR υποδοχέων (είναι πρωτεΐνες που βρίσκονται στην επιφάνεια των φαγοκυττάρων χάρη στις οποίες αναγνωρίζονται  συγκεκριμένα τμήματα μορίων των παθογόνων) και μειωμένη έκφραση του μορίου ΙΙ του  Μείζονος  Συμπλόκου Ιστοσυμβατότητας   (συμμετέχει στην αντιγονοπαρουσίαση)

  • Τα ενδοεπιθηλιακά λεμφοκύτταρα (είναι ένας πληθυσμός Τ λεμφοκύτταρων που βρίσκονται μεταξύ των επιθηλιακών κυττάρων του εντέρου) είναι λιγότερα και έχουν μικρότερη κυτταροτοξικότητα.

  • Έχουν λιγότερα βοηθητικά λεμφοκύτταρα (CD4+) Τ λεμφοκύτταρα  και επίσης η σύνθεση των  των Β λεμφοκυττάρων που παράγουν το αντίσωμα ΙgA στο χόριο του βλεννογόνου του εντέρου είναι διαφορετική από αυτήν των κανονικών ζώων.

  • Η ανάπτυξη των θυλακίων των Τ και Β λεμφοκυττάρων στον σπλήνα και στα λεμφοζίδια είναι μειωμένη, ενώ αποκαθίσταται αν στον ποντικό χορηγηθεί ένας μόνο πολυσακχαρίτης που προέρχεται από το βακτήριο Bacteroides fragilis, που είναι ένα από τα κύρια ομοσιτιστικά βακτήρια των κανονικών ποντικών, κάτι δηλαδή που υποδηλώνει το ρόλο των μοριακών μηνυμάτων που προέρχονται από τα ομοσιτιστικά βακτήρια, στην ανάπτυξη του Ανοσοβιολογικού Συστήματος.

Εντυπωσιάζει επίσης το εύρημα ότι τα ομοσιτιστικά βακτήρια μπορούν να τροποποιήσουν τη δράση της αμυντικού μηχανισμού, ώστε να τον στρέψουν εναντίον των παθογόνων, προκειμένου τα ίδια να επωφεληθούν στην κατάληψη του οικολογικού θώκου του εντέρου. Για παράδειγμα το βακτήριο Bacteroides thetaiotaomicron επάγει την παραγωγή μιας ουσίας (Αγγειογενίνη 4) από επιθηλιακά κύτταρα του εντέρου, που έχει βακτηριοκτόνο δράση, έναντι άλλων βακτηρίων του εντέρου.

Μικροβίωμα και αυτοάνοσα νοσήματα

Η εξήγηση της πρόκλησης των αυτοάνοσων νοσημάτων, ότι δηλαδή ο οργανισμός στρέφεται εναντίον του εαυτού του, είναι προϊόν μιας εποχής στην οποία ο οργανισμός μας θεωρείτο πάνω κάτω ως ένα στείρο περιβάλλον και στην οποία ο μόνος τρόπος να μελετηθούν τα μικρόβια που τον εποίκιζαν ήταν να καλλιεργηθούν στο εργαστήριο. Πράγματι απουσία των συνήθων υπόπτων, που είναι τα μικρόβια, η εξήγηση μιας αυτοάνοσης παθολογίας φαινόταν λογική.

Εν τούτοις με τις σύγχρονες τεχνικές και ιδιαίτερα με τις προόδους της μεταγονιδιωματικής, έχει αποκαλυφθεί η ύπαρξη ειδών μικροβίων που δεν γνωρίζαμε ότι εποικίζουν τον οργανισμός μας, ενώ έχει επιτραπεί η ταυτοποίησή και η μελέτης του γονιδιώματος χιλιάδων από αυτά.

Χάρη στις νέες τεχνικές και τις μελέτες που έχουν καταστήσει δυνατές, φαίνεται πλέον πως υπάρχει σχέση ανάμεσα στη σύνθεση του μικροβιώματός μας και την πιθανότητα εμφάνισης αυτοάνοσων νοσημάτων, όπως οι Διαβήτες Ι, ΙΙ, η νόσος του Crohn, η ελκώδης κολίτιδα, η ψωρίαση και το σύνδρομο χρόνιας κόπωσης.  Πράγματι από τις μελέτες έχει αποκαλυφθεί ότι το μικροβίωμα ασθενών που πάσχουν από τα νοσήματα αυτά, είναι διαφορετικό μικροβίωμα από το μικροβίων των υγειών.

Για παράδειγμα τα παιδιά που γενετικά είναι ευεπίφορα στο Διαβήτη Ι έχουν διαφορετική σύνθεση του μικροβιώματος του εντέρου, και τάση προς μείωση της ποικιλομορφίας του με την πάροδο του χρόνου, ενώ παρουσιάζουν σχετικά αυξημένο ποσοστό των βακτηρίων Bacteroides ovatus και ενός στελέχους που ανήκει στο φύλο των Firmicutes, σε σύγκριση με τα παιδιά που δεν είναι ευεπίφορα στο νόσημα.

Παρομοίως στην περίπτωση της νόσου του Crohn (που εν μέρει μπορεί να εξηγηθεί γενετικά, καθώς δεν είναι απαραίτητο δύο δίδυμοι να πάσχουν από αυτήν) μελέτες έχουν δείξει ότι οι πάσχοντες έχουν διαφοροποιημένη σύνθεση του μικροβιώματός τους (έχουν μικρότερη βιοποικιλότητα στα βακτήρια του φύλου Firmicutes), σε σχέση με τους υγιείς.  Φαίνεται επίσης πώς για την πρόκλησή της χρειάζεται συνέργεια μεταξύ του ιώματος (virome, το σύνολο των ιών που παρασιτούν στον ανθρώπινο οργανισμό), του γονιδιώματος και του μικροβιώματος, καθώς ποντικοί που έφεραν ένα μεταλλαγμένο αλληλόμορφο που μπορεί να οδηγήσει στο νόσημα, εξεδήλωναν το νόσημα αν μολύνονταν από ένα είδος νοροϊού, ενώ αντίθετα άγριοι ποντικοί ακόμη και αν μολύνονταν από τον ιό, παρέμεναν υγιείς.

Συμπερασματικά είναι πιθανό τα αυτοάνοσα νοσήματα να κληροδοτούνται στις οικογένειες, όχι κυρίως μέσω της γενετικής κληρονομιάς ως μενδελικοί χαρακτήρες, αλλά κυρίως μέσω της μεταβίβασης του οικογενειακού μικροβιώματος. 

Πώς βρέθηκε το μικροβίωμα στον οργανισμό μας;

birthΚατά το παρελθόν η μήτρα στην οποία αναπτυσσόταν το έμβρυο, θεωρείτο ως ένα στείρο περιβάλλον, με αποτέλεσμα το νεογνό με τη γέννησή του να αποτελεί ένα ελεύθερο πεδίο για τον εποικισμό μικροβίων. Σήμερα γνωρίζουμε ότι ακόμη και τα υγιή νεογνά, έχουν κληρονομήσει ένα μικρό, όχι όμως ποικίλο πληθυσμό βακτηρίων από το αμνιακό υγρό της μήτρας.

Αμέσως όμως μετά τη γέννηση το μωρό, και ανάλογα με τον τρόπο που έγινε ο τοκετός, εκτίθεται σε μια ποικιλία μικροβίων που προέρχονται είτε από τον κόλπο της μητέρας τους (στον κολπικό τοκετό) είτε από το δέρμα της και το νοσοκομειακό περιβάλλον (στην καισαρική τομή). Αυτές οι πρώιμες διαφορές, ανάλογα με τον τρόπο που έγινε ο τοκετός, μπορούν να έχουν συνέπειες για την υγεία του μωρού. Ο σταφυλόκοκκος για παράδειγμα ενώ γενικώς είναι αβλαβής, μπορεί να προκαλέσει λοιμώξεις του δέρματος ή και πνευμονία. Η σοβαρότερη όμως λοίμωξη είναι αυτή που οφείλεται στον ανθεκτικό στη μεθυκιλλίνη Staphylococcus aureus (MRSA), εξαιτίας των πιθανών συνεπειών της που μπορεί να φθάσουν ως και το θάνατο, και για την οποία έχει αποδειχτεί ότι το 64 με  82% των νεογνών που έχουν προσβληθεί, έχουν γεννηθεί με καισαρική τομή. 

Επίλογος 

Η μελέτη του μικροβιώματος τα τελευταία χρόνια έχει εντατικοποιηθεί, κάτι που απηχεί τη μεγάλη ερμηνευτική σημασία των αποτελεσμάτων της στη διερεύνηση πολλών πτυχών της ανθρώπινης υγείας. Για το λόγο αυτό  άλλωστε, αλλά και χάρη στις αναμενόμενες πρακτικές εφαρμογές της (λ.χ. ανάδυση λύσεων για την αυξανόμενη αναποτελεσματικότητα των αντιβιοτικών, επινόηση θεραπειών για τα αυτοάνοσα νοσήματα, φαρμακευτική αγωγή προσαρμοσμένη στο μικροβίωμα του ασθενούς κ.α΄.), πολλοί θεωρούν τη μελέτη του ανθρώπινου μικροβιώματος, την εννοιολογική και πειραματική συνέχεια του προγράμματος του ανθρώπινου γονιδιώματος.

Για τη σύνταξη του άρθρου μελετήθηκαν οι πηγές: 

 

Ετικέτες:

Ο σχολιασμός έχει κλείσει