Soolestiku tervis vol 3 - seedekulgla mikrobioom

 

Loen Dr. Gabrielle Fundaro ja dr. Jessie Hoffman raamatut "The Science of Gut Health"

Sageli viitame soolestiku mikrobioomi „mitmekesisusele” kui omadusele, mis võib viidata tervisele või haigusele, kuid sellel terminil on mitu tähendust. Mitmekesisus viitab tavaliselt valimi rikkusele (richness - erinevate liikide arv) ja ühtlusele (evenness - liikide suhteline arvukus või osakaal populatsioonis).

Mõned uuringud näitavad siiski ainult mitmekesisuse indekseid, mis hõlmavad arvukust, mis on teine ​​​​mõiste.  Ehk sul võib ühte bakteriliiki olla arvukalt, kuid see ei ole rikkus mitmekesisuse mõistes.

Kui 5 bakteriliigist on 3 liiki palju ja teist kahte väga vähe, siis on küll rikkus aga puudub ühtlus. 

Ühe valimi mitmekesisuse uurimist nimetatakse alfa-mitmekesisuseks, samas kui kahe valimi erinevuste või sarnasuste võrdlemist beeta-mitmekesisuseks. Teadlased võivad mõõta füüsiliselt aktiivse inimese väljaheite proovi rikkust ja ühtlust ning lisada kvantitatiivse väärtuse, mis näitab proovi mitmekesisust. Tõenäoliselt mõõdaksid nad ka istuva eluviisiga inimese alfa-mitmekesisust ja seejärel võrdleksid neid mitmekesisuse hinnanguid, et teha kindlaks, kuidas füüsiline aktiivsus võib mõjutada üksikisikute soolestiku mikrobioomi. Teise võimalusena võivad nad beeta-mitmekesisuse näites võrrelda mikroobide populatsioone aktiivsetel ja istuva eluviisiga inimestel, kvantifitseerides nende kahe erinevuse (mida sageli nimetatakse erisugusus). Kui nende väljaheiteproovid näeksid välja suhteliselt sarnased, oleks beeta-mitmekesisus madal (mitte väga erinev).

Teadlased saavad uurida, millised geenid mikrobioomis esinevad, millised geenid ekspresseeruvad ja millised metaboliidid ehk “postbiootikumid” kogunevad mikroobide ainevahetuse tulemusena. Need meetodid annavad olulist teavet soolestiku funktsionaalsete võimete ja tegevuste kohta. Hinnanguliselt on ainuüksi bakteriaalset DNA-d umbes 100 000 terabaidi väärtuses. Asja veelgi keerulisemaks ajamiseks -  mikroobide geeniekspressioon muutub pidevalt, nagu ka mikroobide metabolismi saadused, muutes mikrobioomi funktsionaalse analüüsi liikuvaks sihtmärgiks. Uued tehnoloogiad liiguvad selles valdkonnas edasi, kuid need on esialgu üle jõu käivalt kallid.  

Ehk võib sellest maakeeli aru saada nii, et kõik meie mikrobioomis on kogu aeg muutumises ja mingit ühest järeldust pikaks ajaks ühe bakterikogukonna puhul teha ei ole võimalik.

Kuigi mikroobikooslused on erinevad, jagavad nad sarnast funktsionaalsust, mis näitab, et mõnel organismil on funktsionaalne liiasus, mis võib ära hoida funktsioonide kadumise, mis võib tekkida liikide kadumise tagajärjel. Rasvumisega inimestel on näidatud funktsionaalse mitmekesisuse vähenemist ja see marker võib olla kasulikum ja kliiniliselt olulisem teave kui taksonoomilised erinevused.

Seedetrakt on suust pärakuni ligikaudu 7-9 meetrit pikk ja koosneb suust, neelust, söögitorust, maost, peen- ja jämesoolest, pärasoolest ja pärakust. Lisaorganite hulka kuuluvad maks, sapipõis, kõhunääre ja süljenäärmed. See ei mängi mitte ainult olulist rolli meie toidu seedimisel ja imendumisel, vaid sisaldab ka hinnanguliselt 70% meie immuunkoest ja -rakkudest. 

Autonoomne närvisüsteem reguleerib suures osas seedetrakti spetsialiseerunud enteraalset närvisüsteemi (kuigi enteraalne närvisüsteem võib toimida iseseisvalt). Neuromoduleerivaid kemikaale, sealhulgas peptiide, hormoone ja neurotransmittereid, toodavad nii seedetrakti enda rakud kui ka autonoomse närvisüsteemi sümpaatilise (võitle või põgene) ja parasümpaatilise (puhata ja seedida) haru närvid. Enamik sümpaatilistest signaalidest saadetakse mööda sisusenärve, samas kui uitnärv, mis kannab umbes 75% parasümpaatilisest toonist, tagab seedetrakti parasümpaatilise innervatsiooni (Innervatsioon ehk närvistus on elundite või kudede varustatus närvidega. Innervatsioon on neuroregulatsiooni alus, kindlustades kogu organismi ühenduse kesknärvisüsteemiga. Elundi puhul tähendab innerveeritud olemine närviharude või neuroimpulsside (närvist) saamist). Need signaalid juhivad lainetaolisi kokkutõmbeid, mis kontrollivad toidu liikumist, seedeensüümide sekretsiooni ning sulgurlihaste kokkutõmbumist ja lõdvestumist.

PH varieeruvus, anatoomia ning hapniku ja toitainete kättesaadavus inimese seedetraktis pakuvad mikroobidele mitmesuguseid mikroelupaiku. Seega on mikrobioomi jaotus üsna erinev, tekitades üsna selge biogeograafia maost käärsooleni ja luumenist limaskestani.

Kuna enamikus mikrobioomiuuringutes kasutatakse väljaheidete proove kogu seedetrakti mikroobikogukonna väljaselgitamiseks, pole üllatav, et teadlased peavad võtma teatud vabadust oma leidude tõlgendamisel, et need kehtiksid kogu mikrobioomi kohta. Väljaheiteproovid annavad käärsoole mikrobioomi üsna täpse keskmise esituse, kuid sageli jäetakse olulised üksikasjad vahele, ja nii tekivad meie arusaamisse teatud lüngad.

Fekaaliproovid erinevad tõepoolest oluliselt tegelikest biopsiatest (elusorganismist proovitüki võtmine) ja individuaalsed erinevused on selgemad, kui võrrelda biopsiaid ja väljaheiteproove. Kuigi väljaheiteproovid kipuvad näitama suuremat bioloogilist mitmekesisust, siis ainult biopsiad võivad illustreerida mikrobioomi kohaspetsiifilisi variatsioone kogu seedetrakti pikkuses.

Kuigi enamik mikroobe esineb kõigis väljaheiteproovides, võib suhteline arvukus kohati erineda ja see eraldusvõime kaob väljaheiteproovis. Lisaks võivad mõned mikroobid olla väljaheiteproovides üle- või alaesindatud, võrreldes biopsiaproovidega, tulenevalt koha varieeruvusest ja proovide töötlemisest. See võib juhtuda ka seetõttu, et bakterite kogukond valendikus erineb soolestiku pikkuses suuresti, samas kui limaskesta bakterid on palju stabiilsemad. Kuna mikroobid suhtlevad üksteisega keskkonnamuutustele reageerides, võib ühe rühma kasv pärssida või soodustada teise rühma vohamist, mistõttu on peaaegu võimatu kindlaks teha, millised muutujad võivad põhjustada kohaspetsiifilisi erinevusi ja erinevusi väljaheite ja biopsia proovides.

Sellegipoolest on võimalik teoretiseerida selliste asjade, nagu toitumine, füüsiline aktiivsus, pH, hapnikutase ja toitainete kättesaadavuse mõju mikroobipopulatsioonidele kogu seedetrakti pikkuses.

Suu, söögitoru ja magu moodustavad seedetrakti ülaosa. Suu toodab hämmastavalt 1-2 liitrit sülge päevas! See on meie toidu keemilise ja mehaanilise seedimise koht ning sellel on immuunkaitses väike roll, kuna sülg on kergelt antimikroobne. Närimine ehk mälumine alustab meie söögi purustamist väiksemateks tükkideks, mis segunevad süljes leiduva vee ja seedeensüümide lahusega. Seda massi nimetatakse toidubooluseks. Söögitoru on 25 cm pikkune toru, mis on ümbritsetud nelja lihaskihiga, mis töötavad koos, et lükata meie toiduboolust allapoole, kontrollides selle vabanemist meie makku.  

Söögitoru sisaldab kahte sulgurlihast ehk ringlihast, mis kontrollivad toidu sisenemist ja väljumist. Kui alumise sulgurlihase funktsioon on kahjustatud, võib see põhjustada happelist refluksi, kuna maomahl võib maost tagasi söögitorusse voolata. Söögitoru funktsiooni võivad mõjutada ka song, toiduallergia või isegi liiga suure toidutüki allaneelamise kahjustus.

Magu on reservuaar, mille maht võib ulatuda 50 ml-st 1 või 2 liitrini, ja see on peamine keemilise seedimise koht. See eritab 1-3 liitrit maomahla päevas ja hoiab muljetavaldavalt happelist pH-d vahemikus 1-2. Mao limaskesta kaitseb aga lima, mida eritavad maonäärmetes paiknevad spetsiaalsed rakud. Kõrge antimikroobse happelise sisalduse tõttu on magu ka esialgne kaitseliin potentsiaalsete patogeenide vastu.

Kuid hoolimata mao vaenulikust keskkonnast, suudavd mõned mikroobid maos õilmitseda. Kuigi maos toimub väga väike imendumine, segab see toitu 1–4 tundi seedeensüümidega. Peamised rakud sekreteerivad rasvade lagundamiseks lipaasi ja pepsinogeeni, mis lõhustatakse vesinikkloriidhappe (HCl) toimel aktiivseks vormiks pepsiiniks. Parietaalrakud sekreteerivad vesinikkloriidhapet ja sisemist faktorit, mis on vajalikud B12 hilisemaks imendumiseks. Nende sekretsioonide vabanemist reguleerivad atsetüülkoliin, histamiin, gastriin ja somatostatiin, mida toodetakse nii maos kui ka peensooles. Gastriin, somatostatiin ja histamiin töötavad koos, et suurendada mao happesust, samas kui somatostatiin pärsib neid protsesse, et vältida liigset happesust. Juba enne sööma hakkamist käivitavad meie meeled seedimise tsefaalse faasi, mille käigus vabanevad vesinikkloriidhape ja pepsinogeen toidu sissevõtmisel.

Järgneva faasi ajal stimuleerivad mao venitamine ja valgu olemasolu veelgi maomahlade eritumist. Nagu söögitoru, sisaldab ka magu sulgurlihaseid ja see kontrollib toidu (chyme) vabanemist kaksteistsõrmiksoole ehk peensoole esimesse sektsiooni. Soole faas algab vastusena peensoolde siseneva maosisu olemasolule; erinevalt kahest eelmisest stimuleerivast faasist pärsib see viimane faas mao motoorikat somatostatiini vabanemise kaudu.

Maomahl on äärmiselt happeline, mistõttu on bakterite kasv ja mitmekesisus maos piiratud. Nendel aladel elavad mikroobid peavad olema hapniku juuresolekul ellu jääma ja taluma happesust; need nõuded piiravad mikrobioomi mitmekesisust nendes piirkondades enamjaolt fakultatiivsete anaeroobidega (mikroobid, mis võivad toota ATP-d hapnikuga või ilma), mis asuvad epiteelirakkudele lähemal. Paljud patogeensed bakterid ei jää maos ellu, mis on meile kasulik. Mõned kasulikud bakterid, nagu laktobatsillid, taluvad happelist keskkonda.