Dezvoltarea microbiomului copilului - Trillium GmbH Medizinischer Fachverlag
Dezvoltarea microbiomului copilului
Microbiota tractului gastro-intestinal joacă un rol important în dezvoltarea sistemului imunitar și a funcțiilor metabolice, precum și dezvoltarea ulterioară a bolilor. Factorii materni în faza perinatală, precum și schimbările de mediu din primii trei ani de viață sunt decisivi.
Cuvinte cheie: microbiom, microbiotă, NGS
Investigarea posibilelor conexiuni între profilurile individuale ale microorganismelor din corpul uman și anumite boli este, fără îndoială, una dintre cele mai dinamice domenii de cercetare în științele vieții în acest moment. În special, lansarea pe piață a metodelor de mare viteză pentru secvențierea ADN și ARN în 2005 a făcut posibilă o analiză sistematică, independentă de cultură, a „microbiomului”. Acest termen descrie întreaga informație genetică conținută în bacterii, arhee și eucariote - așa-numita microbiotă - a intestinelor noastre. pielea și alte compartimente ale corpului sunt incluse.
Lucrarea de pionierat pentru studierea microbiomului uman sănătos a început în 2008 în SUA cu Human Microbiome Project (HMP) și în Europa ca parte a consorțiului MetaHIT. Cercetări din ce în ce mai intense au condus la realizarea faptului că relația reciprocă dintre oameni și microorganisme este de o importanță fundamentală pentru procesele fiziologice, imunologice și neurologice.
De la alergii la depresie
O perturbare a compoziției microorganismelor se numește disbioză. Este potențial cauza unei mari varietăți de boli - de la alergii și boli autoimune la boli inflamatorii intestinale și cancer de colon la obezitate și diabet de tip 2.
Profilurile microbiene modificate semnificativ au fost găsite chiar și la pacienții care suferă de depresie. Această constatare a fost susținută de studii pe modele animale, în care un transfer al microbiotei fecale a pacienților deprimați la șoareci fără germeni a indus un comportament depresiv, în timp ce conținutul intestinal al persoanelor sănătoase de control nu a avut efecte.
În copilărie și în copilărie, organismul este deosebit de susceptibil la dezvoltarea disbiozei, în timp ce compoziția microorganismelor la vârsta adultă se dovedește a fi relativ stabilă și rezistentă. Cum se dezvoltă microbiota după naștere și ce influență are compoziția sa asupra dezvoltării bolilor ulterioare face obiectul a numeroase studii, inclusiv studiul de sănătate KUNO-Kids condus de oamenii de știință de la Universitatea din Regensburg (http://kunokids.de).
Dezvoltarea microbiotei
Colonizarea microbiană a organismului probabil începe deja în uter și atinge un grad tot mai mare de diversitate în faza peri- și postnatală (Fig. 1).
Studiile asupra microbiomului meconiului la șoareci colonizați în mod specific sugerează că bacteriile pot pătrunde în fluxul sanguin al fătului prin translocarea celulelor din intestinul matern. Transmiterea directă a bacteriilor din uter către copil a fost, de asemenea, postulată, dar existența unei microbiote intrauterine viabile nu a fost până acum dovedită în mod concludent din cauza problemelor de contaminare cu pielea și germenii vaginali [6] .
Pionieri în colonizarea tractului gastro-intestinal al copilului sunt bacterii care se pot adapta la mediul inițial bogat în oxigen (Enterobacteriaceae). Datorită activității lor metabolice, intestinul devine aproape lipsit de oxigen în câteva zile după naștere; Apoi, domină reprezentanții pielii materne și microbiota vaginală (Bifidobacteriaceae, Clostridiaceae, Enterococcaceae, Lactobacillaceae).
Alăptarea cu lapte matern duce la răspândirea bacteriilor lactice (în special a Bifidobacterium), care scad odată cu introducerea dietei pasate pentru a da loc speciilor cu o mai bună adaptare la spectrul de carbohidrați modificat (Bacteroides, Clostridium și Ruminococcus).
Influențele externe, precum contactul pielii cu mama și „apucarea” obiectelor cu mâinile, picioarele și gura, influențează colonizarea postnatală a pielii și a intestinelor cu microorganisme. Desigur, infecțiile și terapiile cu antibiotice joacă, de asemenea, un rol important în dezvoltarea unui spectru individual de germeni.
Influența factorilor materni asupra sistemului imunitar al copilului începe deja în timpul sarcinii: într-un studiu efectuat pe șoareci, colonizarea tranzitorie a mamelor însărcinate cu o tulpină de E. coli a arătat că produsele sale metabolice din descendenți pot exprima gene pentru peptidele antibacteriene și a promovat metabolismul metaboliților bacterieni. Anticorpii materni, care promovează transferul produselor metabolice de la mamă la descendenți, joacă, de asemenea, un rol aici [5] .
Metaboliții bacterieni postpartum sunt încă esențiali pentru dezvoltarea funcției de barieră intestinală specifică și pentru diferențierea și proliferarea celulelor T helper și a celulelor T reglatoare (TReg) în contextul apărării imune.
Astăzi se presupune că o perturbare susținută a constelației microbiomului în primii câțiva ani de viață poate duce la o gamă întreagă de boli imunologice. Aceste tulburări includ, de asemenea, realizările civilizației, cum ar fi igiena, numărul tot mai mare de operații cezariene sau utilizarea antibioticelor. Toți acești factori sunt legați de creșterea dovedită statistic a bolilor imunologice în țările industrializate.
Dar tulburările metabolice și neurobiologice pot fi, de asemenea, favorizate de disbioza intrauterină sau a copilăriei timpurii. De exemplu, obezitatea maternă în timpul sarcinii este asociată cu un risc crescut de tulburări de dezvoltare neuronală și boli ale spectrului autismului. În modelul șoarecilor, modificările de lungă durată ale metabolismului dopaminei în sistemul mezolimbic al descendenților au fost arătate prin dieta grasă a barajelor. Administrarea orală a Lactobacillus reuteri a eliminat atât disfuncțiile sinaptice, cât și deficiențele sociale [2] .
Într-un alt studiu impresionant, microbiota a fost transferată de la șoareci pe o dietă bogată în grăsimi la animale ținute în mod convențional. Speciile din diferite familii ale firicutelor filului au scăzut odată cu dieta bogată în calorii în grăsimi; Interesant este faptul că compoziția microbiană modificată a dus la un fenotip diferit în funcție de sex: în timp ce animalele de sex feminin au dezvoltat semnificativ supraponderalitate, animalele de sex masculin au prezentat tulburări ale funcțiilor cognitive, precum și comportamentul explorator și compulsiv modificat [1] .
La om, disbioza intestinală pre și postpartum a fost, de asemenea, legată de boala pediatrică. Acestea includ enterocolita necrozantă și bolile inflamatorii intestinale, obezitatea și sindroamele de malnutriție, precum și astmul și atopia [7] .
Potrivit Oficiului Federal de Statistică, aproape fiecare al treilea copil din Germania se naște acum prin cezariană. Acest mod de naștere duce la diferențe semnificative în microbiota nou-născuților la doar câteva zile după naștere: Imediat după o naștere vaginală, speciile din genul Lactobacillus, un reprezentant principal al microbiotei vaginale, domină în spațiile nazale, orale, nazofaringiene și intestinale. Nașterile prin cezariană, pe de altă parte, sunt colonizate în toate habitatele prin comemale tipice ale pielii din genurile Streptococcus, Staphylococcus și Propionibacterium. Chiar și la un an după naștere, diversitatea microbiotei este redusă semnificativ după o operație cezariană.
Măsura în care acest lucru va duce la probleme de sănătate ulterioare la copil nu a fost încă clarificată dincolo de orice îndoială. Într-un studiu, copiii au fost incubați cu lichid vaginal matern imediat după operație pentru a simula microbiota fiziologică. La urma urmei, acest lucru a permis ajustarea compoziției microbiene a cezarianelor și a copiilor născuți în mod natural [4].
Influența dietei
Se știe că copiii alăptați au, în general, mai puține șanse de a dezvolta infecții sau alergii. Mai multe studii efectuate cu lapte matern în comparație cu preparatele substitutive (pre-hrană) au arătat că sugarii ingerează milioane de bacterii prin laptele matern în fiecare zi, care modelează sistemul imunitar în această fază timpurie a vieții. Marea majoritate provine cu siguranță din microbiota pielii mamei, dar se discută și o cale enteromamară. În plus, transmiterea anticorpilor materni (IgA), a lactoferinei și a altor factori antimicrobieni activi prin alăptare ar putea fi demonstrată.
În special, carbohidrații complexi, nedigestibili din laptele matern (așa-numitele oligozaharide din laptele uman, HMO) favorizează soluționarea unor comensale care promovează sănătatea. Unele bifidobacterii - interesant doar din microbiota copiilor, dar nu și a adulților - pot fermenta astfel de HMO în acid lactic și acizi grași cu lanț scurt (acetat, propionat și butirat).
Mediul acid rezultat previne invazia bacteriilor patogene enterice. În plus, acizii grași formați sunt surse importante de energie pentru celulele intestinului gros. Acest lucru ar putea fi clinic important în țările în curs de dezvoltare; În Malawi, de exemplu, s-a arătat o corelație semnificativă între un nivel redus de HMO sialilate în laptele matern și malnutriția la copii. Această constatare ar putea fi dovedită și la modelele animale: hrănirea cu HMOs sialilate de bovine a crescut greutatea corporală, a îmbunătățit morfologia osoasă și a condus la modificări pozitive ale metabolismului anabolic, al creierului și al ficatului [3] .
În copilărie există o susceptibilitate crescută la infecții, dar acestea pot fi importante pentru maturarea sistemului imunitar. Tratamentul cu antibiotice la scurt timp după naștere poate perturba definitiv colonizarea microbiană a nou-născutului. De fapt, bolile asociate cu disbioza, cum ar fi diabetul de tip 2, inflamația intestinală cronică sau alergiile, se găsesc semnificativ mai frecvent la vârsta adultă, în cazul în care copiii au primit antibiotice în primii ani de viață. În plus, enterocolita necrozantă la sugarii prematuri și boala Crohn în copilărie au fost observate mai frecvent dacă mamele au fost tratate cu antibiotice în timpul sarcinii. La nou-născuți, genele de rezistență bacteriană ar putea fi chiar detectate cu o frecvență mare în meconiu.
Chiar dacă relația de cauzalitate dintre antibioticele copilăriei timpurii și imaginile clinice menționate mai sus nu este sigură în toate detaliile, indicația pentru sugari și copii mici ar trebui să fie deosebit de strictă, deoarece microbiota este încă foarte sensibilă la această vârstă. O reglementare restrictivă le protejează stabilizarea dezvoltării și contribuie astfel la sănătatea la maturitate.