Το ανθρώπινο μικροβίωμα στην υγεία και στην νόσο

Το ανθρώπινο σώμα αποικίζεται από μικρόβια τουλάχιστον δέκα φορές περισσότερα από τον αριθμό των κυττάρων του — υπολογίζεται ότι φιλοξενεί 10 έως 100 τρισεκατομμύρια μικροοργανισμούς, οι οποίοι συνολικά ζυγίζουν περίπου 200 γραμμάρια και φέρουν γενετικό υλικό εκατονταπλάσιο του ανθρώπινου γονιδιώματος (1). Η πλειοψηφία αυτών των μικροοργανισμών εντοπίζεται στο γαστρεντερικό σωλήνα, αν και σημαντικοί πληθυσμοί υπάρχουν και σε άλλες περιοχές του σώματος όπως το δέρμα, ο στοματικός βλεννογόνος, το αναπνευστικό και το ουρογεννητικό σύστημα. Το σύνολο των μικροοργανισμών (ευκαρυωτικών, αρχαίων, βακτηρίων και ιών), η γενετική πληροφορία που φέρουν και το περιβάλλον στο οποίο αλληλεπιδρούν αποτελούν το ανθρώπινο μικροβίωμα — όρος που χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τους Lederberg και McCray το 2001 (2).

Μέχρι τη δεκαετία του 1990, η γνώση για τη σύσταση της ανθρώπινης μικροχλωρίδας προερχόταν κυρίως από καλλιέργειες βακτηρίων σε θρεπτικά υποστρώματα, προσέγγιση που επέτρεπε την ανίχνευση μόλις του 20–40 % των υπαρχόντων μικροοργανισμών (3). Η εισαγωγή όμως των μοριακών τεχνικών, και ειδικότερα η ανάλυση της αλληλουχίας του γονιδίου 16S rRNA, επέτρεψε τον χαρακτηρισμό των μικροβιακών πληθυσμών χωρίς την ανάγκη καλλιέργειας, προσφέροντας πολύ πιο ακριβή χαρτογράφηση της σύνθεσης των μικροβιώσεων, κυρίως του εντέρου (4). Σήμερα, η ανάπτυξη τεχνολογιών αλληλούχησης νέας γενιάς (Next Generation Sequencing – NGS) και η εφαρμογή μεταγονιδιωματικής ανάλυσης επιτρέπουν τη μελέτη ολόκληρων μικροβιακών κοινοτήτων απευθείας από τα δείγματα, χωρίς απομόνωση ή καλλιέργεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τη σύνθεση όσο και για τη λειτουργικότητα των μικροοργανισμών (5).

Η σχέση μεταξύ ανθρώπου και μικροβιώματος ξεκινά ήδη από την εμβρυϊκή ζωή, καθώς βακτηριακό DNA έχει ανιχνευθεί στον πλακούντα υγιών κυήσεων (6). Μετά τη γέννηση, το βρέφος αποκτά μικροβιακούς πληθυσμούς από τη μητέρα και το περιβάλλον, ενώ παράγοντες όπως ο τρόπος τοκετού (φυσιολογικός ή καισαρική) και η διατροφή (θηλασμός ή γάλα φόρμουλας) επηρεάζουν καθοριστικά τη σύνθεση και εξέλιξή τους. Το μικροβίωμα σταθεροποιείται περίπου στην ηλικία των τριών ετών και παραμένει σχετικά σταθερό κατά τη διάρκεια της ζωής, επηρεαζόμενο όμως από τη διατροφή, τα φάρμακα (ιδίως τα αντιβιοτικά), τις ορμονικές αλλαγές και τις χρόνιες παθήσεις (7).

Οι περισσότερες μελέτες εστιάζουν στο μικροβίωμα του εντέρου, όπου κυριαρχούν τέσσερα κύρια φύλα βακτηρίων: Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria και Actinobacteria, σε διαφορετικές αναλογίες ανάλογα με το άτομο και τη διατροφή του (8). Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μικροβίων, των θρεπτικών συστατικών και του ανθρώπινου ξενιστή καθορίζουν την ισορροπία μεταξύ υγείας και νόσου. Έχει πλέον αποδειχθεί ότι οι διαταραχές αυτής της ισορροπίας (δυσβίωση) σχετίζονται με ένα ευρύ φάσμα παθολογικών καταστάσεων, συμπεριλαμβανομένων των φλεγμονωδών νοσημάτων του εντέρου (ελκώδης κολίτιδα, νόσος Crohn), του καρκίνου του παχέος εντέρου, μεταβολικών νοσημάτων όπως η παχυσαρκία και ο διαβήτης τύπου 2, αλλά και νευροεκφυλιστικών ή ψυχιατρικών διαταραχών όπως η νόσος Alzheimer, η κατάθλιψη και η σχιζοφρένεια (9,10). Η στενή επικοινωνία μεταξύ εντέρου και εγκεφάλου μέσω του λεγόμενου «άξονα εντέρου–εγκεφάλου» αποτελεί πλέον αναγνωρισμένο βιολογικό μηχανισμό, μέσω του οποίου το μικροβίωμα επηρεάζει τη νευροδιαβίβαση, τη νευροενδοκρινική απόκριση και τη φλεγμονή του Κεντρικού Νευρικού Συστήματος (11).

Παράλληλα, το μικροβίωμα επηρεάζει την ογκογένεση μέσω διαφόρων μηχανισμών: μεταβολικών ενζύμων, τοπικής φλεγμονής, ανοσολογικής απάντησης και παραγωγής καρκινογόνων μεταβολιτών (12). Η αποκατάσταση της ισορροπίας του μικροβιώματος μέσω διατροφής, προβιοτικών και εξατομικευμένων παρεμβάσεων αναδεικνύεται ως συμπληρωματικός θεραπευτικός άξονας σε διάφορες παθολογικές οντότητες.

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον συγκεντρώνει και το μικροβίωμα του ουρογεννητικού και αναπαραγωγικού συστήματος. Το κολπικό μικροβίωμα, κυρίως στις γυναίκες αναπαραγωγικής ηλικίας, χαρακτηρίζεται από επικράτηση των γαλακτοβακίλλων που συμβάλλουν στη διατήρηση όξινου pH και προστασίας έναντι παθογόνων. Η απώλεια αυτής της ισορροπίας (δυσβίωση) συνδέεται με αυξημένη επίπτωση λοιμώξεων, πρόωρο τοκετό και προδιάθεση για κακοήθειες του τραχήλου της μήτρας (13). Αντίστοιχα, το ενδομητρικό μικροβίωμα, το οποίο μέχρι πρόσφατα θεωρούνταν ανύπαρκτο, αποδεικνύεται σήμερα ότι διαθέτει διακριτό προφίλ, ανάλογα με το ποσοστό των γαλακτοβακίλλων, και παίζει καθοριστικό ρόλο στην επιτυχή εμφύτευση κυήματος και την εξέλιξη της κύησης (14,15).

Τέλος, το σπερματικό μικροβίωμα φαίνεται να επηρεάζει τη σπερματογένεση, την κινητικότητα και τη γονιμοποιητική ικανότητα των σπερματοζωαρίων, ενώ διαταραχές στη σύνθεσή του έχουν συσχετιστεί με υπογονιμότητα ανδρών και φλεγμονώδεις καταστάσεις του γεννητικού συστήματος (16,17). Οι παρατηρήσεις αυτές ανοίγουν νέους δρόμους στη μελέτη της ανδρικής και γυναικείας γονιμότητας, επιβεβαιώνοντας τον συστημικό ρόλο του μικροβιώματος στην αναπαραγωγική υγεία και υπογραμμίζοντας τη σημασία της μικροβιακής ισορροπίας σε όλα τα επίπεδα της ανθρώπινης φυσιολογίας.

Συνολικά, το μικροβίωμα αντιπροσωπεύει έναν «αόρατο» αλλά καθοριστικό βιολογικό σύμμαχο. Η κατανόηση της σύνθεσης και της λειτουργίας του, μέσα από τις σύγχρονες μεταγονιδιωματικές μεθόδους, επιτρέπει νέες προσεγγίσεις στην πρόληψη, διάγνωση και θεραπεία χρόνιων και εκφυλιστικών νοσημάτων. Η Ανάλυση, παρακολουθώντας τις πλέον πρόσφατες εξελίξεις της μοριακής βιολογίας, προσφέρει αξιόπιστη διερεύνηση του ανθρώπινου μικροβιώματος με τεχνολογίες Αλληλούχησης Νέας Γενιάς (NGS), παρέχοντας στους θεράποντες ιατρούς ισχυρό εργαλείο για την κατανόηση και την αντιμετώπιση πολυπαραγοντικών νοσημάτων που σχετίζονται με τη μικροβιακή ισορροπία.

Βιβλιογραφία:

1. Sender R, Fuchs S, Milo R. Revised estimates for the number of human and bacteria cells in the body. PLoS Biol. 2016;14(8):e1002533.
2. Lederberg J, McCray AT. ‘Ome sweet ’omics—a genealogical treasury of words. Scientist. 2001;15(7):8.
3. Relman DA. The human microbiome: ecosystem resilience and health. Nutr Rev. 2012;70(Suppl 1):S2–S9.
4. Woese CR, Fox GE. Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms. Proc Natl Acad Sci USA. 1977;74(11):5088–5090.
5. Turnbaugh PJ et al. The human microbiome project. Nature. 2007;449:804–810.
6. Aagaard K et al. The placenta harbors a unique microbiome. Sci Transl Med. 2014;6(237):237ra65.
7. Rodríguez JM et al. The composition of the gut microbiota throughout life, with an emphasis on early life. Microb Ecol Health Dis. 2015;26:26050.
8. Qin J et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature. 2010;464:59–65.
9. Marchesi JR, Ravel J. The vocabulary of microbiome research: a proposal. Microbiome. 2015;3:31.
10. Sampson TR, Mazmanian SK. Control of brain development, function, and behavior by the microbiome. Cell Host Microbe. 2015;17(5):565–576.
11. Dinan TG, Cryan JF. Gut–brain axis in 2016: brain–gut–microbiota axis—mood, metabolism and behaviour. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2017;14:69–70.
12. Zitvogel L, Ma Y, Raoult D, Kroemer G, Gajewski TF. The microbiome in cancer immunotherapy: Diagnostic tools and therapeutic strategies. Science. 2018;359(6382):1366–1370.
13. Champer M et al. The role of the vaginal microbiome in gynaecological cancer. BJOG. 2018;125(3):309–315.
14. Moreno I et al. Evidence that the endometrial microbiota has an effect on implantation success or failure. Am J Obstet Gynecol. 2016;215(6):684–703.
15. Toson B, Simon C, Moreno I. The Endometrial Microbiome and Its Impact on Human Conception. Int J Mol Sci. 2022;23(1):485.
16. Weng SL, Chiu CM, Lin FM, Huang WC, Liang C, Yang T, et al. Bacterial communities in semen from men of infertile couples: metagenomic sequencing reveals relationships of seminal microbiota to semen quality. PLoS One. 2014;9(10):e110152.
17. Lundy SD, Sangwan N, Parekh NV, Selvam MKP, Gupta S, McCaffrey P, Bunge E, Agarwal A. Functional and taxonomic dysbiosis of the gut, urine, and semen microbiomes in male infertility. Eur Urol. 2021;79(6):826–836.