Mikroflóra a mikrobiom
Filip Růžička
Mikrobiologický ústav LF MU a FN u sv. Anny v Brně
Přednáška pro TZKM 2020
!!! v angličtině (krátká soustava = American system) trillion = 1012 (tj. bilion v ČJ) !!!
Trilion v dlouhé soustavě (kontinentální Evropa , vč. ČR) = 1018
Bakterií máme v těle více, než vlastních buněk
Naše těla obsahují cca 10 biliónů buněk (1012)
Hostíme cca 1014 - 1015 mikroorganismů - 1,5 kg
Bakteriální geny převyšují počtem geny lidské 100:1
Ve střevě žije více než 1000 rodů bakterií, 5 rodů Archaea,
66 rodů hub, prvoků a virů (bakteriofágů)
Mikrobiom je individuální („otisk prstu“) - mění se v čase
složením potravy, xenobiotiky (léky ATB, omeprazol, jedy),
hormony (endo-, xenogenní), psychickými vlivy aj…
Firmicutes - např. laktobacily, bacily,
stafylokoky, streptoky,
klostridia aj.
Bacteroidetes - např. bakteroidy,
flavobacteria,
sphingobacteria aj.
Actinobacteria - např.
bifidobakteria,
aktinomycety, nokardie,
streptomycety,
mykobakteria,
korynebakteria,
mikrokoky,
propionibakteria aj.
Proteobacteria - např.
entrobakterie, vibria,
pseudomonády,
neisserie aj.
Mikroflóra = Mikrobiota - je společenství žijících
mikroorganizmů sídlících v stanovené ekologické nice
Komenzální mikrobiota (komenzálové) - mikrobiální
společenství kolonizující hostitele bez choroboplodných
zárodků. Vztah mezi hostitelem a touto mikrobiotou je
oboustranně prospěšný
Mikrobiom - všechny mikroorganismy, jejich geny a jejich
metabolity
Quorum sensing - molekuly umožňující bakteriím koordinovaně regulovat
expresi svých genů, tím jsou schopny synchronizovat svoje chování a
chovat se v mnoha ohledech jako mnohobuněčný organismus /
obecněji značí typ rozhodovacího procesu využívaného
decentralizovanými skupinami či společenstvy (např. hmyzu) k
jednotné reakci („kolektivnímu“ rozhodnutí).
Funkce mikrobiomu
➢ Stimulace imunitního systému
➢ Vývoj imunitního systému po narození
➢ Trávení potravy
➢ Zdroj vitamínů (B, K)
➢ Vývoj střevní stěny
➢ Prevence před pomnožením patogenních bakterií
➢ Vliv na vývoj mozku a na jeho funkce
➢ Vliv na metabolismus (ukládání tuku aj.)
➢ Vliv na vznik řady onemocnění (obezita, DM, Ca,
ateroskleróza, chronická zánětlivá
onemocnění (střeva), psychická onemocnění,
autoimunitní onemocnění aj. ……)
➢ a další….
Kong 2011, Trends Mol Med.
Výzkum mikrobiomu
Kožní mikrobiom
Kong 2011. Trends Mol Med
P. acnes je součástí mikroflóry
kůže a sliznic (cca 106/cm2)
Grice et al. 2009
Mazové žlázy
Vlhká kůže
Suchá kůže
Achermann et al. 2014
Dominuje v kožním mikrobiomu
Jahns et al.
2014
1020
μm
740
μm
300
μm
20
μm
Folliculitis - acne vulgaris – podíl P. acnes ???
SAPHO (Synovitis, Acne, Palmoplantar pustulosis, Hyperostosis, Osteitis)
Umělé klouby (zejm. rameno -  0,9-1,9 % )-  Klinické příznaky a zánět ( CRP)
– „aseptické“ uvolnění
Další ortopedické implantáty
Cerebrovaskulární shunty, CVK
Prsní implantáty – fibróza a kapsulární kontraktura
Kardiovask. implantáty (kardiostim., umělé chlopně a cévy aj.)
Implantáty čoček
aj…
Sepse
Abscesy
Osteomyelitidy , infekce pro kraniotomii
Spondylodiscitidy
Ca prostaty ?
Degenerace meziobratlových plotének ? ( 28 % P. acnes +)
Periodontitidy aj.
Prostatitidy,
Endophthalmitidy/keratitidy
Chronické rhinosinusitidy aj
Sarkoidóza ?
???
Lumbální mikrodisektomie n=368,
Vzorky P. acnes pozitivní: 119 (32.3 %)
P. acnes pozitivní : 39% mužů, 23% žen)
A. 3D CSLM – barvení DNA (SYTO9, green)
B. FISH - EUB338 eubacterial sonda ; FISH - P. acnes sonda
Capoor, 2017, PLOS One
Vagina
Lactobacillus107-108
biofilm 1011
Sartor, R. B. (2008). "Microbial influences in inflammatory
boweldiseases." Gastroente-rology134(2): 577-594.
Mikrobiom GIT
pH  2
pH  4-5
pH  7
pH  3,8-4,5
Firmicutes (60%) např. laktobacily, bacily,
stafylokoky, streptoky, klostridia aj.
Bacteroidetes (20%) např. bakteroidy, flavobacteria,
sphingobacteria aj.
Actinobacteria (10%) např. bifidobakteria, aktinomycety,
nokardie, streptomycety,
mykobakteria, korynebakteria,
mikrokoky, propionibakteria aj.
Proteobacteria (1%) např. entrobakterie, vibria,
pseudomonády, neisserie aj.
http://www.hmpdacc.org/, http://www.metahit.eu/
Funkce mikrobiomu GIT
➢ Imunomodulace: stimulace a vývoj imunitního
systému a rozvoj lymfoid. tkání,
➢ Ochrana proti patogenům (baktericiny, mastné kys,
kompetice aj.)
➢ metabolizmus živin: fermentace sacharidů, tvorba
KMK – zejm. butyrát, bílkoviny→AK, biogenní aminy
➢ ovlivnění střevní motility
➢ tvorba vitamínů a cholinů (vit. H, B, folát)
➢ enterohepatální oběh žlučových kyselin
➢ metabolizmus cholesterolu
➢ Vliv na CNS
➢ aj…
Vývoj mikrobiomu GIT
Ottman, N., et al. (2012). "The function of our microbiota: who is
out there and what do they do?" Front Cell Infect Microbiol 2: 104.
Sterilní → kolonizace mateřskou mikrobiotou při porodu →  redox. potenciálu →
aneroby (Bacteroides a Bifidobacterium, Lactobacillus aj)
➢ střevní mikrobiom se utváří již intrauterinně ? - smolka zdravých
novorozenců (Escherichia, Enterococcus, Leuconostoc, Lactococcus a
Streptococcus)
➢ typ porodu (vaginální – mateřská mikrobiota / císařský řez)
➢ Typ výživy mateřské mléko / umělé mléko / příkrmy
➢  redox. potenciálu → aneroby (Bacteroides a Bifidobacterium, Lactobacillus aj.)
➢ do 3 let stabilizace a v průběhu života relativně stabilní
➢ změny kolem 75 - 85 let - vyšší zastoupení kmene Bacteroidetes, klesá
druhová rozmanitost
Laktace: bakterie mléč. kvašení, bifidobakterie (60-90%)
Umělá výživa: podobnost dospělému mikrobiomu
Ovoce, zelenina, vláknina: Firmicutes (Roseburia)
Maso, cukry, tuky, málo vlákniny: Alistipes, Bilophila, Bacteroides
 sacharidů - více Bifidobakterií
 nasycených tuků - vyšší poměr Firmicutes/Bacteroidetes
Antibiotika: pokles diverzity střevní mikrobioty
Probiotika: Lactobacillus, Bifidobacterium a další
Prebiotika: selektivní stimulace růstu/aktivity bakterií střeva
Pravidelné cvičení vedlo ke zvýšení různorodosti střevní mikrobioty a Firmicutes
Hlavní enterotypy
fylogenetické a funkční odlišnosti a různé metabolické cesty
Enterotyp 1 - Bacteroides
Typický pro západní dietu (živočišné bílkoviny a tuky)
Syntéza biotinu, riboflavinu, panthotenátu a askorbátu
Enterotyp 2 - Prevotella
Typický pro vegetariány a vegany (vláknina)
Syntéza thiaminu a kyseliny listové
Enterotyp 3 - Ruminococcus – alkoholy a polynenasycené mastné
kyseliny zvířat (přežvýkavci, ovce, kozy) štěpí celulózu
Produkce hemu)
Arumugam, 2011, Nature
Potravinové alergie, atopická alergie, astma …
Idiopatické záněty střev - ulcerózní kolitida, Crohnova choroba
Syndrom dráždivého střeva
DM, obezita, KV choroby
Ca tlustého střeva, prsu ....
Revmatoidní artritida
Neurologická a psychiatrická onemocnění (autizmus, deprese, schizofrenie aj.)
Chronický únavový syndrom aj…………………….
Obezita: Bacteroidetes a Firmicutes
 proteobakterií,  bifidobakteria,  metanogenní archea
 příjmu E z potravy, zánět střeva, změny metabolizmu
Kolorektální karcinom: Streptococcus bovis, Helicobacter pylori, B.
fragilis, E. faecalis, C. septicum, Fusobacterium sp.
Genotoxiny (např. cyklomoduliny, colibactin, cytotoxický nektorizující
faktor aj. s vlivem na apoptózu buněk),
Enzymy (glukuronidáza uvolňuje toxiny vázané na GK, azoreduktáza –
kancerogenní produkty aj.)
Reaktivní kyslíkové radikály (superoxidy, O, OH radikály aj), Zánětlivé
změny střeva
Idiopatické střevní záněty: Morbus Crohn – souvislost s M. avium
susp. paratuberculosis, a AIEC, H. pylori,  klostridií -  butyrátu),
Ulcerózní kolitida ( klostridií -  butyrátu, B. vulgatus a F. varium aj.)
Průjmovitá onemocnění: Salmonella, Shigella, Escherichia coli,
Clostridium difficile
Alergie
GIT - 200 m2 + se sliznicemi asociovaný imunitní systém - GALT (Gutassociated
lymphoid tissue).
Normální mikroflóra je nezbytná pro fyziologicky vývoj. V časném období
života reguluje ovlivňováním vývoje střevní lymfatické tkáně systémové a
lokální imunitní odpovědi (včetně odpovědí na mikrobiální a potravinové
antigeny) k tolerogennímu nezánětlivému stavu, při čemž současně
udržuje schopnost přiměřené (fyziologické) zánětlivé odpovědi.
Chronický zánět
Změny mucinu
„Hygienická hypotéza“ a vznik alergií - mikrobiální deprivace může –
nevyváženost přirozené antigenní stimulace – dysregulace Th1 a Th2,
souhra Th1, Th17, Th2 a Treg buněk
Dysbióza → narušení vývoje i poruchy psychiky
- riziko rozvoje zánětlivé reakce
- Imunitní aktivace pomocí cytokinů
- Narušení vzájemná komunikace pomocí signálních molekul, např.
kyseliny gama – aminomáselné (GABA), dopaminu (DA),
norepinefrinu (NE), acetylcholinu (Ach), mastných kyselin s krátkým
řetězcem a mnoho dalších.
- Tryptofanový metabolismus (prekurzor serotoninu)
Deprese
Úzkost s stres
Poruchy autistického spektra
Schizofrenie
aj. ……………….
Jak mozek ovlivňuje mikrobiom
Dráhy a mediátory systému centrální regulace pocitu hladu a sytosti
→ změna v dostupnosti živin pro střevní MF
Nervové a endokrinní dráhy - autonomní nervový systém a osa HPA
(hypotalamus – hypofýza – nadledviny) → modulace střevní
fyziologie (motilita, permeabilita a sekrece)
Uvolňování signálních molekul, cytokinů a antimikrobiálních peptidů
(AMPs) do střevního lumen prostřednictvím neuronů, imunitních a
endokrinních buněk přímou nebo nepřímou stimulací z CNS
aj…..
Prebiotika
těžko stravitelné látky, zejména fruktooligosacharidy (např. inulin), různé
druhy vlákniny, pektiny, xylany a celulóza.
Mikrobi štěpí tyto substráty na látky významné pro MF i střevní sliznici
(krátké mastné kyseliny, aminokyseliny, polyaminy, růstové faktory a
antioxidantia). Tyto substance (zejm. butyrát) kryjí značnou část nutričních
potřeb kolonické sliznice, která není schopna vyživit se pouze substráty z
krevního oběhu. Prospěšné pro střevní MF, např. oligofruktóza a inulin
stimulují růst a aktivitu laktobacilů a bifidobakterií
Probiotika
živé mikroorganizmy převážně lidského původu, které aplikovány v
přiměřeném množství příznivě ovlivňují zdravotní stav hostitele. Bakterie
mléčného kvašení (Lactobacillus a Bifidobacterium), Saccharomyces
boullardii, E. coli, Enteroccocus, Streptococcus thermophilus aj.
Symbiotika - jsou potraviny kombinující probiotika s prebiotiky
Psychobiotika
Transplantace střevní, resp. fekální mikroflory