Flora intestinală: compoziție și funcții

Rezumat:

Studii recente evidenţiază rolul-cheie al florei intestinale nu doar în ceea ce privește digestia, ci și pentru metabolism. Se pare că microbiota este implicată într-un număr de afecţiuni, de la obezitate până la colita ulcerativă, astfel că o mai bună înţelegere a funcţiilor microbiotei ar putea deschide noi posibilităţi terapeutice.

Cuvinte-cheie: floră intestinală, microbiotă, microbiom

Abstract:

Recent studies have emphasized the key role of the gut flora, not only in what concerns digestion, but also for the metabolism. It seems that microbiota is involved in a number of diseases, from obesity to ulcerative colitis, so understanding the functions of the microbiota could open new therapeutic possibilities.

Keywords: gut flora, microbiota, microbiome

Flora intestinală – Definiţie

Flora intestinală sau microbiota gastrointestinală reprezintă o comunitate complexă de microorganisme, care trăiesc în interiorul tractului digestiv al oamenilor [1] și animalelor.  Flora intestinală umană cuprinde cel mai mare număr de bacterii, comparativ cu alte zone ale organismului. Flora intestinală se dezvoltă complet în jurul vârstei de 2 ani [2], alături de epiteliu și bariera mucoasă, acestea două din urmă fiind tolerante şi chiar susținând microbiota, care acționează precum o barieră împotriva agenților patogeni [4,5]. Microorganismele aduc beneficii gazdei prin fermentarea unor substraturi energetice ca fibrele vegetale din dietă, și prin antrenarea sistemului imunitar prin intermediul produșilor finali de metabolism ca propionatul și acetatul [3].

Bacteriile intestinale sunt de asemenea utile prin sinteza vitaminelor B și K, precum și prin rolul lor în metabolizarea acizilor biliari, sterolilor și xenobioticelor [2]. Acizii grași cu lanț scurt și celelalte substanțe produse sub acțiunea florei intestinale acționează ca și hormoni, flora intestinală în sine comportându-se ca un organ endocrin [7]; perturbarea florei s-a dovedit responsabilă de apariția afecțiunilor inflamatorii și autoimune [1,6].

Microbiota previne creșterea la nivel intestinal a unor specii nocive de bacterii [4], contribuie la dezvoltarea intestinului și produce hormoni care intervin în stimularea depozitării grăsimilor în organism [2]. Modificarea severă și dezechilibrul microbiotei (sau genomului acesteia) și microbiomului sunt asociate cu obezitatea [9]. În anumite condiții, unele specii din flora intestinală pot îmbolnăvi organismul gazdă, cauzând infecții sau crescând riscul de cancer al gazdei [7,12].

Compoziţia florei intestinale

a) în funcţie de segmentul de tract digestiv

Compoziția microbiotei intestinale se modifică de-a lungul vieții, fiind influențată de transformările care survin în dietă, dar și în starea de sănătate [3,7]. Această compoziție variază și în funcție de segmentul de tract digestiv. În stomac și în intestinul subțire este prezent un număr redus de specii bacteriene [1,3]. Ca urmare a mediului gastric acid, majoritatea microorganismelor nu pot supraviețui. Principalele specii bacteriene care colonizează stomacul sunt Streptococcus, Staphylococcus, Lactobacillus, Peptostreptococcus, și unele tipuri de drojdii [2] .

Intestinul subțire conține doar urme de microorganisme, deoarece este aflat în vecinătatea stomacului. Bacteriile predominant întâlnite la acest nivel sunt coci și bacili gram-pozitivi [2]. Totuși, în intestinul subţire distal, mediul alcalin permite existența bacteriilor gram-negative de tipul Enterobacteriaceae [3]. Flora intestinului subțire susține funcțiile acestuia, oferind semnale reglatorii care permit dezvoltarea acestuia.

La nivelul colonului întâlnim cel mai bogat ecosistem microbian din corpul uman, cu până la 10 celule per gram de conținut intestinal [12] și cu 300 până la 1.000 de specii bacteriene diferite [1,2]. Circa 99% din flora colonului este reprezentată de 30-40 de specii [7],  Faecalibacterium prausnitzii fiind specia cel mai frecvent întâlnită la adulții sănătoși [3]. Bacteriile intestinale constituie până la 60% din greutatea materiilor fecale [2].

Câteva exemple de bacterii întâlnite frecvent la nivelul colonului: Klebsiella sp.: 40-80%, Clostridium perfrigens: 25-35%, Bifidobacterium bifidum: 30-70%, Lactobacillus: 20-60%, Enterococcus faecalis: 100%, Peptococcus, Peptostretococcus, Staphylococcus aureus: 30-50%, Enterobacter sp.: 40-80%, Bacteroides fragilis.

Deși fungii, virusurile (de tip bacteriofagi) și organismele tip arhea fac parte din flora intestinală, se cunosc puține despre activitatea acestora [1]. 99% din microbiota colonului și din fecale se constituie din bacterii strict anaerobe ca Bacteroides și Bifidobacterium [3]. Factorii care perturbă această populație microbiană sunt reprezentați de antibiotice, stres și paraziți [2]. Chiar dacă 99% din microbiotă este reprezentată de anaerobi, la nivelul cecului există o mare densitate de bacterii aerobe [2]. Se estimează că flora intestinală ar conține de sute de ori mai multe gene decât genomul uman [12]. Populațiile microbiene variază de la un individ la altul [5,12].

b) în funcţie de tipurile de bacterii

Cele patru încrengături bacteriene dominante din intestinul uman sunt Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria şi Proteobacteria [2].  Majoritatea bacteriilor aparțin genurilor Bacteroides, Clostridium, Faecalibacterium [7,3], Eubacterium, Ruminococcus, Peptococcus, Peptostreptococcus şi Bifidobacterium. Alte genuri ca Escherichia și Lactobacillus sunt prezente, dar într-un număr mai mic [7]. Genul Bacteroides constituie cam 30% din totalul bacteriilor din intestin, sugerând faptul că ar juca un rol important pentru organismul uman [3].

Genurile de fungi care au fost descoperite la nivel intestinal sunt reprezentate de Candida, Saccharomyces, Aspergillus, Penicillium, Rhodotorula, Trametes, Pleospora, Sclerotinia, Bullera și Galactomyces [1,2]. Rhodotorula este frecvent observată la pacienții cu boală inflamatorie intestinală, iar Candida la cei cu hepatită și ciroză hepatică cu virus B [1]. Organismele tip arhea sunt importante în metabolizarea produșilor bacterieni de fermentație. Pentru studierea florei intestinale se folosește extragerea acizilor nucleici din specimenele de bacterii din materiile fecale, îndeosebi secvențe de gene rRNA 16S.

c) în funcţie de vârstă

Diversitatea compoziției microbiotei din probele de materii fecale este semnificativ mai mare la adulți, decât la copii [3]. În microbiomul adult se observă o prevalență mare de enzime implicate în fermentație și în metabolismul argininei, glutamatului, aspartatului și lizinei. Prin contrast, în microbiomul sugarului, enzimele dominante sunt cele implicate în metabolismul cisteinei și în procesele de fermentație [5].

Studiile au identificat asocierea dintre diferite genuri bacteriene din microbiotă și aportul de nutrienți. Microflora este compusă, în principal, din trei enterotipuri: Prevotella, Bacteroides și Ruminococcus. S-a observat o asociere între concentrația fiecărei comunități microbiene și dietă. De exemplu, Prevotella este legată de consumul de carbohidrați și zaharuri simple, în timp ce Bacteroides – cu proteine, aminoacizi și grăsimi saturate. Bacteriile specializate care descompun mucina, supraviețuiesc pe baza excreției de carbohidrați ai gazdei [3]. Un anumit enterotip va domina în funcție de dietă [2].

Copiii malnutriți vor avea o floră intestinală mai puțin diversificată, comparativ cu cei sănătoși, iar schimbările microbiomului, ca urmare a deficitului de nutrienți pot constitui o cauză de malnutriție [5,3]. Copiii malnutriți tind să aibă o floră potențial patogenă, precum și mai multe drojdii la nivelul cavității bucale și gâtului.

d) în funcţie de proveniența geografică a pacientului

Compoziția microbiomului depinde și de originea geografică a pacienților. Variații ale conținutului de  Prevotella, a ponderii genei pentru urează și a genelor care codifică sinteza și degradarea glutamatului, precum și a altor enzime implicate în degradarea aminoacizilor sau în biosinteza vitaminelor, au arătat diferențe semnificative între pacienții din SUA, Malawi și cei de origine amerindiană [7].

Spre exemplu, populația americană prezintă la nivelul microbiotei un procent reprezentativ de enzime care degradează glutamina și enzime implicate în biosinteza vitaminelor și acidului lipoic; populațiile din Malawi și cele amerindiene au un procent mai mare de enzime implicate în sinteza glutamatului precum și o suprareprezentare a alfa-amilazei. Deoarece oamenii din SUA au o dietă mai bogată în grăsimi, alimentația este probabil un determinant major al compoziției bacteriene intestinale [3].

Unele studii au arătat diferențe în microbiota copiilor europeni versus cea a celor din zonele rurale africane. Dieta copiilor africani este săracă în proteine și grăsimi de origine animală, dar bogată în proteine și polizaharide vegetale, flora intestinală fiind dominată de Bacteroidetes, pe când microbiota copiilor europeni este dominată de genul Firmicutes și prezintă o reducere marcantă a biodiversității. Compoziția diferită și biodiversitatea crescută ale florei intestinale a populațiilor africane contribuie la digestia polizaharidelor vegetale și la scăderea incidenței bolilor colonice non-infecțioase.

Colonizarea tractului intestinal

Tractul gastrointestinal al fetusului este steril, deși poate apărea colonizarea microbiană, după cum demonstrează un studiu în care specii de Lactobacillus și Bifidobacterium erau prezente în biopsiile placentare [2,4]. În timpul nașterii și imediat după aceea, bacteriile de la mamă și din mediul înconjurător colonizează intestinul sugarului [5]. Populațiile bacteriene inițiale sunt, în general, organisme facultativ anaerobe, acestea scăzând concentrația de oxigen din intestin și astfel permițând bacteriilor exclusiv anaerobe ca Bacteroides, Actinobacteria, și Firmicutes să colonizeze intestinul și să se dezvolte la acest nivel [7].

Copiii alimentați la sân au o floră dominată de bifidobacterii, posibil ca urmare a conținutului laptelui matern în factori de creștere pentru aceste bacterii și în prebiotice. Microbiota sugarilor alăptați cu formule de lapte are o diversitate mai mare, cu concentraţii mai mari de Enterobacteriaceae, enterococci, bifidobacterii, Bacteroides şi clostridii [2].