يشمل الميكروبيوم البشري المجموعة الكاملة من الكائنات الحية الدقيقة التي تسكن الأنسجة البشرية والسوائل الحيوية، إلى جانب المواقع التشريحية المرتبطة بها مثل الجهاز الهضمي، والجلد، والغدد الثديية، والسائل المنوي، والرحم، وبصيلات المبيض، والرئتين، واللعاب، والغشاء المخاطي للفم، وسطح العين، والقناة الصفراوية. يشتمل هذا المجتمع الميكروبي المتنوع على البكتيريا والعتائق والفطريات والطلائعيات والفيروسات. في حين أن الحيوانات الدقيقة قد تسكن أيضًا جسم الإنسان، إلا أنها لا يتم تضمينها بشكل عام ضمن هذا التعريف. في علم الجينوم، يشير مصطلح الميكروبيوم البشري أحيانًا إلى الجينومات الجماعية لهذه الكائنات الحية الدقيقة المقيمة؛ ومع ذلك، يحمل الميتاجينوم البشري معنى مماثلًا.
إن الميكروبيوم البشري هو مجموع جميع الكائنات الحية الدقيقة الموجودة على الأنسجة البشرية والسوائل الحيوية أو داخلها جنبًا إلى جنب مع المواقع التشريحية المقابلة التي تتواجد فيها، بما في ذلك الجهاز الهضمي، والجلد، والغدد الثديية، والسائل المنوي، والرحم، وبصيلات المبيض، والرئة، واللعاب، والغشاء المخاطي للفم، وسطح العين، والقناة الصفراوية. تشمل أنواع الكائنات الحية الدقيقة البشرية البكتيريا والعتائق والفطريات والطلائعيات والفيروسات. على الرغم من أن الحيوانات الدقيقة يمكن أن تعيش أيضًا على جسم الإنسان، إلا أنها عادةً ما يتم استبعادها من هذا التعريف. في سياق علم الجينوم، يُستخدم أحيانًا مصطلح الميكروبيوم البشري للإشارة إلى الجينوم الجماعي للكائنات الحية الدقيقة المقيمة؛ ومع ذلك، فإن مصطلح الميتاجينوم البشري له نفس المعنى.
يأوي جسم الإنسان مجموعة واسعة من الكائنات الحية الدقيقة، حيث يعادل عدد الخلايا غير البشرية حجم الخلايا البشرية تقريبًا. تظهر بعض هذه الكائنات الحية الدقيقة علاقة تكافلية، حيث تتعايش مع البشر دون التسبب في ضرر، بينما ينخرط البعض الآخر في تفاعلات متبادلة مع مضيفيهم. على العكس من ذلك، يمكن لبعض الكائنات الحية الدقيقة غير المسببة للأمراض أن تؤثر سلبًا على المضيف البشري من خلال إنتاج المستقلبات، مثل ثلاثي ميثيل أمين، الذي يحوله جسم الإنسان إلى ثلاثي ميثيل أمين N-أكسيد عبر الأكسدة بوساطة FMO3. على الرغم من أن بعض الكائنات الحية الدقيقة معروفة بأداء وظائف مفيدة للمضيف البشري، إلا أن الأدوار الدقيقة للأغلبية تظل غير محددة إلى حد كبير. يُشار أحيانًا إلى الكائنات الحية الدقيقة المتوقع تواجدها والتي لا ترتبط عادةً بالمرض في الظروف العادية باسم النباتات الطبيعية أو الميكروبات الحيوية الطبيعية.
تولى مشروع الميكروبيوم البشري (HMP) مبادرة تحديد تسلسل جينومات الكائنات الحية الدقيقة البشرية، مع التركيز بشكل خاص على المجتمعات الميكروبية الموجودة عادةً في الجلد والفم والأنف والجهاز الهضمي والمهبل. حقق هذا المشروع إنجازًا هامًا في عام 2012 بنشر نتائجه الأولية.
المصطلحات
على الرغم من أنه يشار إليها عادة باسم النباتات أو النباتات الدقيقة، إلا أن هذه المصطلحات غير دقيقة من الناحية الفنية، نظرًا لأن الجذر الاشتقاقي النباتات يتعلق بالنباتات، والكائنات الحية تشير إلى التجمع الكامل للكائنات الحية داخل نظام بيئي محدد. في الآونة الأخيرة، تم اعتماد مصطلح الميكروبات باعتباره أكثر ملاءمة؛ ومع ذلك، فإن انتشارها لم يحل بعد محل الاستخدام الراسخ والتعرف على النباتات عند الإشارة إلى البكتيريا والكائنات الحية الدقيقة الأخرى. يستمر كلا التسميتين في الظهور عبر المنشورات الأكاديمية المختلفة.
الأرقام النسبية
تشير التقديرات إلى أن جسم الإنسان يحتوي على ما يقرب من 38 تريليون خلية بكتيرية، وهو رقم يمكن مقارنته بما يتراوح بين 30 إلى 40 تريليون خلية بشرية. علاوة على ذلك، يقدر أن الجينوم البكتيري يضم مليوني جين، وهو ما يزيد 100 ضعف عن 20.000 جين تقريبًا الموجودة في الجينوم البشري.
دراسة
يتضمن توضيح الميكروبيوم البشري بشكل أساسي تحديد الأعضاء المكونين لمجتمعه الميكروبي، الذي يشمل البكتيريا وحقيقيات النوى والفيروسات. يعتمد هذا المسعى في المقام الأول على التحقيقات المستندة إلى الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA)، على الرغم من إجراء دراسات تستخدم الحمض الريبي النووي (RNA)، والبروتينات، والمستقلبات أيضًا. يتم تصنيف أبحاث الميكروبيوم المستندة إلى الحمض النووي بشكل عام إلى دراسات الأمبليكون المستهدفة أو، في الآونة الأخيرة، دراسات الميتاجينوم. تركز مناهج الأمبليكون المستهدفة على جينات محددة وثابتة، وتنتج في المقام الأول معلومات تصنيفية، في حين تستخدم ميتاجينوميات البندقية منهجًا شاملاً يمكّن أيضًا من تقييم الإمكانات الوظيفية للمجتمع. يتمثل التحدي الواضح في دراسات الميكروبيوم البشري، والذي لا يتم مواجهته عادةً في التحليلات الميتاجينومية الأخرى، في ضرورة استبعاد الحمض النووي المضيف من التحقيق.
بعيدًا عن مجرد توصيف تكوين الميكروبيوم البشري، هناك سؤال بحثي مهم يتعلق بوجود ميكروبيوم "أساسي" - مجموعة فرعية مشتركة من المجتمع الميكروبي الموجود عبر غالبية البشر. إن تحديد مثل هذا النواة من شأنه أن يسهل الارتباط بين تركيبات مجتمعية محددة وحالات المرض، وهو هدف رئيسي لبرنامج HMP. من الثابت أن الميكروبيوم البشري، وخاصة ميكروبات الأمعاء، يُظهر تباينًا كبيرًا سواء داخل الفرد مع مرور الوقت أو بين الأفراد المختلفين، وهي ظاهرة لوحظت أيضًا في نماذج الفئران.
تم الإعلان عن معلم هام لمشروع الميكروبيوم البشري (HMP) في 13 يونيو 2012، من قبل فرانسيس كولينز، مدير المعاهد الوطنية للصحة (NIH). تزامن هذا الإعلان مع نشر سلسلة منسقة من المقالات في *Nature* ومجلات مختلفة ضمن المكتبة العامة للعلوم (PLoS). أنشأ باحثو HMP قاعدة بيانات مرجعية وحددوا معلمات التباين الميكروبي الطبيعي لدى البشر من خلال رسم خرائط للتركيبة الميكروبية النموذجية للأفراد الأصحاء من خلال تسلسل الجينوم. تم جمع أكثر من 5000 عينة من 15 (رجلاً) إلى 18 (امرأة) من مواقع الجسم المختلفة، بما في ذلك الفم والأنف والجلد والأمعاء السفلية (البراز) والمهبل، من 242 متطوعًا أمريكيًا سليمًا. خضع كل من الحمض النووي البشري والميكروبي من هذه العينات للتحليل باستخدام تقنيات تسلسل الحمض النووي. تم استخراج البيانات الجينومية الميكروبية على وجه التحديد عن طريق تحديد الحمض النووي الريبي الريباسي 16S البكتيري (rRNA). يقدر الباحثون أن أكثر من 10,000 نوع من الميكروبات تعيش في النظام البيئي البشري، وقد تم تحديد 81-99% من الأجناس بنجاح.
تحليل ما بعد المعالجة
يعد التحليل الإحصائي ضروريًا للتحقق من صحة نتائج الأبحاث، باستخدام تقنيات مثل تحليل التباين (ANOVA) المستخدمة لقياس الاختلافات بين المجموعات. عند دمجها مع الأدوات الرسومية، تصبح النتائج مرئية ومفهومة بسهولة.
بمجرد تجميع الميتاجينوم، يصبح من الممكن استنتاج الإمكانات الوظيفية للميكروبيوم. ومع ذلك، فإن التحديات الحسابية المرتبطة بهذا التحليل أكبر من تلك المتعلقة بالجينومات الفردية، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن مجمعات الميتاجينوم غالبًا ما تسفر عن نتائج أقل جودة، مما يؤدي إلى العديد من الجينات المستردة غير المكتملة أو المجزأة. بعد تحديد الجينات، يمكن استخدام البيانات للتعليق الوظيفي من خلال المواءمة المتعددة للجينات المستهدفة مع قواعد بيانات أخصائيي تقويم العظام.
تحليل الجينات المحددة
تحليل الجينات الواسمة هو أسلوب يستخدم البادئات لاستهداف مناطق وراثية محددة، مما يتيح تحديد السلالات الميكروبية. تتميز هذه المناطق الجينية بجزء شديد التباين، مما يسهل التعرف التفصيلي، وتحيط بها مناطق محفوظة تعمل كمواقع ربط لبادئات PCR. يُستخدم جين الرنا الريباسي 16S في الغالب لتوصيف البكتيريا والعتائق، في حين يعتمد تحديد الفطريات على المباعد المكتوب الداخلي (ITS). توفر هذه الطريقة طريقة سريعة وفعالة من حيث التكلفة لتحقيق تصنيف منخفض الدقة للعينات الميكروبية، مما يثبت أنه مفيد بشكل خاص للعينات التي يحتمل أن تكون ملوثة بالحمض النووي المضيف. ومع ذلك، فإن الاختلافات في تقارب التمهيدي عبر تسلسلات الحمض النووي المختلفة يمكن أن تؤدي إلى تحيزات أثناء تفاعل التضخيم. على وجه التحديد، تكون العينات منخفضة الوفرة عرضة لأخطاء التضخيم المفرط، حيث قد تصبح الكائنات الحية الدقيقة الملوثة الأخرى ممثلة بشكل مفرط مع زيادة دورات PCR. وبالتالي، فإن تحسين اختيار التمهيدي يمكن أن يخفف من هذه الأخطاء، على الرغم من أن هذا يتطلب معرفة شاملة بالكائنات الحية الدقيقة الموجودة في العينة ووفرتها النسبية.
يؤثر اختيار التمهيدي بشكل كبير على تحليل الجينات الواسمة؛ وبالتالي، من المستحسن استخدام بروتوكول تم التحقق من صحته بشكل جيد، مثل ذلك المستخدم في مشروع Earth Microbiome. تتضمن الخطوة الأساسية في تحليل علامة الجين amplicon إزالة أخطاء التسلسل. على الرغم من الموثوقية العالية للعديد من منصات التسلسل، فإن جزءًا كبيرًا من تنوع التسلسل الملحوظ غالبًا ما ينبع من الأخطاء التي يتم إدخالها أثناء عملية التسلسل. تتمثل إحدى طرق التخفيف من هذه المشكلة في تجميع التسلسلات في وحدات التصنيف التشغيلية (OTUs). تقوم هذه العملية بدمج التسلسلات المماثلة، عادةً باستخدام عتبة تشابه بنسبة 97%، في ميزة واحدة للتحليل اللاحق. ومع ذلك، قد يتجاهل هذا النهج عن غير قصد تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNPs) عن طريق تجميعها داخل OTU واحد. تتضمن الطريقة البديلة، وهي تقنية Oligotyping، معلومات خاصة بالموقع من تسلسل الرنا الريباسي 16S للكشف عن الاختلافات الدقيقة في النيوكليوتيدات والتمييز بين الأصناف ذات الصلة الوثيقة. تولد هذه الأساليب المتقدمة مخرجات تشتمل على جدول تسلسلات الحمض النووي وأعدادها لكل عينة، بدلاً من الاعتماد فقط على وحدات OTU.
تتضمن المرحلة التحليلية الحاسمة تعيين أسماء تصنيفية للتسلسلات الميكروبية داخل مجموعة البيانات. يمكن لمنهجيات التعلم الآلي تحقيق دقة تصل إلى 80% تقريبًا على مستوى الجنس لهذه المهمة. وبدلاً من ذلك، تسهل برامج التحليل المستخدمة على نطاق واسع التصنيف التصنيفي من خلال المطابقات الدقيقة لقواعد البيانات المرجعية، مما يوفر خصوصية معززة ولكن غالبًا ما يظهر حساسية محدودة. تتطلب الكائنات الحية الدقيقة غير المصنفة مزيدًا من الفحص للتأكد من وجود تسلسلات عضية.
تحليل النشوء والتطور
تستخدم العديد من تقنيات الاستدلال التطوري جين الرنا الريباسي 16S في العتائق والبكتيريا، وجين الرنا الريباسي 18S في حقيقيات النوى. تعمل طرق المقارنة التطورية (PCMs) على فرضية مقارنة السمات المتعددة عبر الكائنات الحية الدقيقة، مؤكدة أن عددًا أكبر من السمات المشتركة يشير إلى ارتباط تطوري أوثق. يتم دمج PCMs بشكل متكرر مع المربعات الصغرى المعممة للنشوء والتطور (PGLS) أو التحليلات الإحصائية الأخرى للحصول على نتائج أكثر قوة. في أبحاث الميكروبيوم، يتم استخدام إعادة بناء حالة الأسلاف لاستنتاج قيم السمات للأصناف التي تفتقر إلى الخصائص المعروفة، وغالبًا ما يتم استخدام أدوات مثل PICRUSt، التي تستفيد من قواعد البيانات الموجودة. يختار الباحثون بحكمة متغيرات التطور الوراثي بناءً على تصميم الدراسة المحدد، مما يتيح تقليل أبعاد البيانات من خلال التركيز على المتغيرات ذات الأهمية البيولوجية الكبيرة.
يتم تطبيق مقاييس المسافة الواعية للتطور، مثل UniFrac، أو مؤشر سورنسن، أو Rao's D، بشكل شائع لتحديد الاختلافات بين المجتمعات الميكروبية المتميزة. ومع ذلك، فإن كل هذه المنهجيات تتأثر سلبًا بنقل الجينات الأفقي (HGT)، والذي يمكن أن يعرض معلومات غير دقيقة ويؤدي إلى علاقات زائفة بين الأنواع البعيدة تطوريًا. تتضمن استراتيجيات التخفيف من الآثار الضارة لـ HGT استخدام جينات متعددة أو استخدام الأدوات الحسابية لتقييم احتمالية أحداث HGT المفترضة.
تحليل الشبكة البيئية
تظهر المجتمعات الميكروبية ديناميكيات معقدة للغاية، وقابلة للتحليل باعتبارها أنظمة بيئية معقدة. تملي التفاعلات البيئية بين الميكروبات تطورها وتوازنها واستقرارها، ويمكن تمثيلها بشكل فعال من خلال النماذج الديناميكية السكانية. تتوسع الأبحاث المتعلقة بالخصائص البيئية للميكروبيوم بسرعة، مما يسهل فهمًا أعمق لخصائصه الأساسية. إن توضيح المبادئ الأساسية التي تحكم المجتمعات الميكروبية يمكن أن يُبلغ عن الأساليب العلاجية للحالات المرتبطة بالحالات الميكروبية المسببة للخلل الحيوي. يتعلق الاستفسار الأساسي بما إذا كانت العوائل البشرية المتنوعة، على الرغم من امتلاكها لمجتمعات ميكروبية متميزة، تشترك في ديناميات ميكروبية أساسية مشتركة. وتشير الأدلة المتزايدة إلى أن هذه الديناميكيات عالمية بالفعل. يعد هذا الفهم التأسيسي أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة للعلماء لصياغة استراتيجيات علاجية ترتكز على الديناميكيات المعقدة للمجتمعات الميكروبية البشرية. علاوة على ذلك، هناك العديد من الخصائص المهمة التي تستحق النظر عند وضع استراتيجيات التدخل التي تهدف إلى تنظيم الديناميات الميكروبية البشرية. إن السيطرة الفعالة على المجتمعات الميكروبية تنطوي على إمكانية حل الأمراض الخطيرة والضارة.
الأنواع
البكتيريا
تستعمر المجموعات الميكروبية، بما في ذلك البكتيريا والخمائر، الجلد والأسطح المخاطية في مناطق الجسم المختلفة. تلعب هذه الكائنات الحية الدقيقة دورًا أساسيًا في الحفاظ على فسيولوجيا الإنسان الطبيعية والصحية. ومع ذلك، يمكن أن تظهر الحالات المرضية إذا تكاثرت المجموعات الميكروبية خارج نطاقاتها النموذجية (في كثير من الأحيان بسبب ضعف الجهاز المناعي) أو إذا استعمرت الميكروبات مناطق من الجسم تكون عادة معقمة أو غير مستعمرة (على سبيل المثال، عن طريق عدم كفاية النظافة أو الإصابة)، مثل مجرى الدم، أو الجهاز التنفسي السفلي، أو تجويف البطن. يمكن أن يؤدي مثل هذا الاستعمار إلى أمراض مثل تجرثم الدم/الإنتان، والالتهاب الرئوي، والتهاب الصفاق، على التوالي.
كشف مشروع الميكروبيوم البشري (HMP) أن الأفراد يؤويون آلاف الأنواع البكتيرية، حيث يستضيف كل موقع متميز في الجسم مجتمعه الميكروبي المميز. أظهرت الميكروبات الموجودة في الجلد والمهبل تنوعًا أقل مقارنة بتجويف الفم والأمعاء، مما أظهر أعلى ثراء. يختلف التركيب البكتيري في موقع معين من الجسم بشكل كبير بين الأفراد، ليس فقط من حيث الأنواع الموجودة ولكن أيضًا من حيث وفرتها النسبية. علاوة على ذلك، غالبًا ما تشتمل البكتيريا التي تنتمي إلى نفس النوع داخل تجويف الفم على أنواع فرعية متعددة، يُظهر كل منها تفضيلًا للموائل الدقيقة المميزة. حتى الأنماط المعوية للأمعاء البشرية، والتي كانت تعتبر محددة جيدًا في السابق، أصبح من المفهوم الآن أنها تمثل سلسلة متواصلة واسعة من المجتمعات ذات الحدود التصنيفية غير الواضحة.
يُقدر أن الميكروبيوم المعوي البشري يستضيف ما بين 500 إلى 1000 نوع بكتيري، تنتمي في المقام الأول إلى عدد محدود من الشعب. تعد Bacillota وBacteroidota الشعبتين السائدتين، إلى جانب Pseudomonadota وVerrucomicrobiota وActinobacteriota وFusobacteriota و"البكتيريا الزرقاء".
توجد أنواع بكتيرية مختلفة، بما في ذلك Actinomyces viscosus وA. naeslundii، تسكن تجويف الفم، وتساهم في تكوين البلاك، وهو غشاء حيوي عنيد. الفشل في إزالة البلاك من خلال ممارسات نظافة الفم يؤدي إلى تكلسها في الجير، المعروف باسم الجير. علاوة على ذلك، تنتج هذه البكتيريا أحماضًا تؤدي إلى تآكل مينا الأسنان، مما يؤدي إلى تسوس الأسنان.
تتكون البكتيريا المهبلية الدقيقة في الغالب من أنواع *العصيات اللبنية* المتنوعة. تاريخيًا، كان العصية اللبنية الحمضية يعتبر أكثر الأنواع انتشارًا؛ ومع ذلك، فقد أثبتت الأبحاث اللاحقة L. iners باعتبارها الأكثر شيوعًا، مع L. Crispatus كونها ثاني أكثر الأنواع وفرة. تشمل أنواع *Lactobacillus* الإضافية التي تم تحديدها في المهبل L. جينسيني، إل. ديلبرويكي، وإل. جاسيري. يمكن أن يؤدي حدوث اضطرابات في هذه النباتات المهبلية الحساسة إلى حدوث عدوى مثل التهاب المهبل الجرثومي وداء المبيضات.
العتائق
تسكن العتائق الأمعاء البشرية؛ ومع ذلك، فإن تنوع أنواعها مقيد إلى حد كبير مقارنة بالمجموعات البكتيرية الواسعة داخل هذا العضو. تشكل الميثانوجينات المجموعة الأثرية السائدة، ولا سيما بما في ذلك Methanobrevibacter smithii وMethanosphaera stadtmanae. ومع ذلك، يُظهر استعمار الميثانوجين تباينًا، حيث يمتلك حوالي 50% فقط من الأفراد مجموعات يمكن اكتشافها بسهولة من هذه الكائنات الحية الدقيقة.
قبل عام 2007، ظلت الحالات المحددة لمسببات الأمراض الأثرية غير محددة، على الرغم من اقتراح وجود علاقة بين بعض مسببات الميثانوجين وأمراض اللثة البشرية. يُعزى أيضًا فرط نمو البكتيريا المعوية الصغيرة المسيطرة على الميثان (SIBO) في المقام الأول إلى مولدات الميثان، مع كون Methanobrevibacter smithii مساهمًا مهمًا بشكل خاص.
الفطريات
تُعد الفطريات، وخاصة الخمائر، من مكونات الميكروبيوم المعوي البشري. تعد أنواع المبيضات هي الأكثر بحثًا على نطاق واسع بين هذه الأنواع، وذلك نظرًا لقدرتها على تحفيز القدرة المرضية لدى الأفراد الأصحاء والذين يعانون من ضعف المناعة. تستعمر الخمائر، مثل أنواع الملاسيزية، الجلد أيضًا، حيث تقوم باستقلاب الدهون التي تفرزها الغدد الدهنية.
الفيروسات
تسكن الفيروسات، وخاصة العاثيات (الفيروسات التي تصيب البكتيريا)، مواقع تشريحية متنوعة داخل جسم الإنسان، بما في ذلك الجلد والأمعاء والرئتين وتجويف الفم. لقد تورطت المجتمعات الفيروسية في حالات مرضية معينة وتمثل كيانات بيئية متميزة، وليس مجرد انعكاس للمجموعات البكتيرية.
في يناير 2024، أعلن علماء الأحياء عن تحديد "المسلات"، وهي فئة جديدة من العناصر الشبيهة بالفيروسات، و"oblins"، مجموعة البروتين المرتبطة بها، داخل الميكروبيوم البشري.
الأميبا
يتم التعرف على العديد من أنواع الأميبا غير المسببة للأمراض باعتبارها كائنات متعايشة في الجهاز الهضمي البشري. وتشمل هذه Endolimax nana، وأنواعًا مختلفة من جنس Entamoeba (على وجه التحديد Entamoeba coli، وE. hartmanni، وE. poecki)، والأنواع Iodamoeba buetschlii.
المناطق التشريحية
الجلد
حددت دراسة شملت 20 موقعًا جلديًا متميزًا عبر عشرة أشخاص أصحاء 205 جنسًا بكتيريًا يمتد إلى 19 شعبة. تُعزى غالبية التسلسلات إلى أربع شعب أساسية: الفطريات الشعوية (51.8%)، العصوية (24.4%)، الزائفة (16.5%)، والبكتيرويدوتا (6.3%). يؤوي جلد الإنسان السليم أيضًا العديد من الأجناس الفطرية، مما يُظهر اختلافات إقليمية. ومع ذلك، في ظل الظروف المرضية، غالبًا ما تصبح أجناس محددة هي السائدة في المناطق المصابة. على سبيل المثال، ينتشر الملاسيزية في التهاب الجلد التأتبي، في حين يهيمن الأكريمونيوم على فروة الرأس المصابة بالقشرة.
يعمل الجهاز الغلافي كحاجز وقائي، مما يعيق دخول الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض. يستضيف جلد الإنسان مجتمعًا ميكروبيًا متنوعًا، يضم كائنات دقيقة مقيمة وعابرة، والتي تعيش إما في الطبقات السطحية أو العميقة. يختلف تكوين الكائنات الحية الدقيقة المقيمة وفقًا لنوع الجلد المحدد في جسم الإنسان. تستعمر معظم الميكروبات خلايا البشرة السطحية أو تنشئ ارتباطات مع الغدد. تقوم الغدد، بما في ذلك الغدد الدهنية والعرقية، بتزويد هذه الميكروبات بالموارد الأساسية مثل الماء والأحماض الأمينية والأحماض الدهنية. علاوة على ذلك، فإن البكتيريا المقيمة المرتبطة بالغدد الدهنية غالبًا ما تكون إيجابية الجرام وتمتلك إمكانات مسببة للأمراض.
الملتحمة
تستضيف الملتحمة عادةً عددًا محدودًا من البكتيريا والفطريات. تشمل تصنيفات البكتيريا المكورات إيجابية الجرام، مثل المكورات العنقودية والمكورات العقدية، إلى جانب العصيات والمكورات سالبة الجرام، بما في ذلك المستدمية والنيسرية. الأجناس الفطرية الشائعة التي تم تحديدها هي المبيضات، والرشاشيات، والبنسيلليوم. يحافظ الإفراز المستمر من الغدد الدمعية على رطوبة الملتحمة، بينما يوفر الوميض المتقطع تزييتًا ويسهل إزالة الجزيئات الغريبة. تحتوي الدموع على عوامل مبيدة للجراثيم، مثل الليزوزيم، والتي تعيق بقاء الميكروبات واستعمار الأسطح الظهارية.
الجهاز الهضمي
يبدأ تكوين الميكروبيوم الهضمي البشري عند الولادة. تؤثر طريقة الولادة، سواء كانت عملية قيصرية أو مهبلية، بشكل كبير على الصورة الميكروبية للأمعاء. عادةً ما يكتسب الرضع الذين يتم ولادتهم عن طريق المهبل ميكروبات أمعاء مفيدة وغير مسببة للأمراض تشبه تلك الموجودة في أمهاتهم. على العكس من ذلك، غالبًا ما يُظهر الأطفال حديثي الولادة الذين يولدون بعملية قيصرية ارتفاع معدل انتشار البكتيريا المسببة للأمراض، بما في ذلك الإشريكية القولونية والمكورات العنقودية، وبالتالي يحتاجون إلى فترة ممتدة لإنشاء ميكروبات أمعاء مفيدة وغير مسببة للأمراض.
يمتد التفاعل بين بعض ميكروبات الأمعاء والبشر إلى ما هو أبعد من مجرد التعايش (تعايش غير ضار) إلى ارتباط متبادل. تمنح الكائنات الحية الدقيقة المعوية البشرية مزايا للمضيف عن طريق تخمير الألياف الغذائية إلى أحماض دهنية قصيرة السلسلة (SCFAs)، مثل حمض الأسيتيك وحمض البيوتريك، والتي يتم امتصاصها لاحقًا. علاوة على ذلك، تساهم البكتيريا المعوية في تخليق فيتامينات B وK، بالإضافة إلى استقلاب الأحماض الصفراوية والستيرول والمركبات الغريبة الحيوية. تشبه الأهمية النظامية للأحماض الدهنية SCFA وغيرها من المستقلبات الميكروبية أهمية الهرمونات، مما يشير إلى أن نباتات الأمعاء نفسها تعمل كعضو غدد صماء؛ في الواقع، تم ربط عدم تنظيم هذه النباتات بالعديد من الاضطرابات الالتهابية والمناعة الذاتية.
إن تكوين الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء البشرية ديناميكي، ويتطور مع التحولات الغذائية والتغيرات في الحالة الصحية العامة. أشارت مراجعة منهجية لـ 15 تجربة بشرية معشاة ذات شواهد، نُشرت في يوليو 2016، إلى أن سلالات بكتيرية بروبيوتيك محددة متاحة تجاريًا من أجناس Bifidobacterium وLactobacillus (B. longum، B. breve، B. Infantis، L. helveticus، L. rhamnosus، وL. plantarum، وL.casei)، والتي يتم تناولها عن طريق الفم بجرعات يومية من 10§1819§–10§2021§ لمدة شهر إلى شهرين، أثبتت فعاليتها العلاجية. وتضمنت هذه الفعالية تحسينات في النتائج السلوكية لبعض اضطرابات الجهاز العصبي المركزي، مثل القلق والاكتئاب واضطراب طيف التوحد واضطراب الوسواس القهري، بالإضافة إلى تحسينات في وظائف ذاكرة معينة.
المريء
تاريخيًا، كان يعتبر المريء بيئة معقمة، خالية من الميكروبيوم. ومع ذلك، كشفت الأبحاث منذ الثمانينيات أن المريء ليس معقمًا ولكنه بدلاً من ذلك يؤوي مجتمعًا ميكروبيًا متنوعًا. على الرغم من هذا الاكتشاف، فإن دوره في التسبب في المرض وصحة المريء بشكل عام لا يزال غير مدروس إلى حد كبير وغير مفهوم بشكل جيد. ويعزى هذا الفهم المحدود جزئيا إلى التحديات المرتبطة بأخذ عينات من ميكروبات المريء. تعيش العديد من الأصناف البكتيرية في هذه المنطقة، بما في ذلك الأصناف الثابتة (المكورات العقدية، والفيلونيلا، والميغاسفيرا، والحبيبية، والجيميلا، والمطثيات، والبوليدية)، والبكتيرويدات (البريفوتيلا و البكتيريا)، والبكتيريا المغزلية، والبكتيريا الشعوية (الروتيا والفطريات الشعوية)، والبكتيريا السكرية. تم تحديد المكورات العقدية باعتبارها أكثر الأنواع انتشارًا. يتكون الميكروبيوم المريئي الصحي في الغالب من بكتيريا إيجابية الجرام، مثل المكورات العقدية.
الإحليل والمثانة
وُجد أن الجهاز البولي التناسلي يمتلك ميكروبيوتا، وهو اكتشاف يتحدى الافتراض القديم القائم على أساليب الثقافة الميكروبيولوجية السريرية القياسية. هذه الطرق التقليدية، التي تُستخدم كثيرًا للكشف عن البكتيريا في البول أثناء الاشتباه في التهابات المسالك البولية، غالبًا ما تؤدي إلى نتائج سلبية، مما يشير إلى عدم قدرتها على تحديد العديد من الأنواع البكتيرية الموجودة بشكل طبيعي والكائنات الحية الدقيقة الأخرى. بحلول عام 2017، تم استخدام تقنيات التسلسل لتوصيف هذه الكائنات الحية الدقيقة، بهدف تمييز الاختلافات في تكوين الكائنات الحية الدقيقة بين الأفراد الذين يعانون من مشاكل في المسالك البولية ونظرائهم الأصحاء. لإجراء تقييم دقيق للميكروبيوم الموجود في المثانة، والذي يختلف عن الجهاز البولي التناسلي بأكمله، يتم جمع عينات البول بشكل مثالي مباشرة من المثانة، عادةً من خلال القسطرة.
المهبل
تشمل الكائنات الحية الدقيقة المهبلية الأنواع والأجناس المتنوعة التي تستعمر المهبل، وتلعب دورًا حاسمًا في الحماية من العدوى والصحة المهبلية بشكل عام. في النساء قبل انقطاع الطمث، تنتمي الكائنات الحية الدقيقة المهبلية السائدة إلى جنس العصيات اللبنية، والتي تمنع مسببات الأمراض من خلال إنتاج بيروكسيد الهيدروجين وحمض اللاكتيك. يتقلب التركيب المحدد والوفرة النسبية للأنواع البكتيرية داخل النباتات المهبلية مع مرحلة الدورة الشهرية. العرق أيضًا له تأثير. على سبيل المثال، تظهر النساء الأمريكيات من أصل أفريقي انخفاضًا في انتشار العصيات اللبنية المنتجة لبيروكسيد الهيدروجين وارتفاع درجة الحموضة المهبلية. ارتبطت عوامل إضافية، بما في ذلك الاتصال الجنسي واستخدام المضادات الحيوية، بانخفاض أعداد العصيات اللبنية. تشير الأبحاث إلى أنه حتى الاتصال الجنسي المحمي بالواقي الذكري يمكن أن يغير مستويات العصيات اللبنية ويزيد من وجود الإشريكية القولونية داخل النباتات المهبلية. تشير التغيرات في الكائنات الحية الدقيقة المهبلية الصحية والمتوازنة إلى وجود عدوى، مثل داء المبيضات أو التهاب المهبل الجرثومي. على وجه التحديد، ثبت أن المبيضات البيضاء تمنع تكاثر أنواع العصيات اللبنية، في حين أن أنواع العصيات اللبنية المنتجة لبيروكسيد الهيدروجين تمنع نمو وفوعة المبيضات البيضاء في كل من البيئات المهبلية والأمعاء.
تشمل الأجناس الفطرية التي تم تحديدها داخل المهبل، على سبيل المثال لا الحصر، ما يلي: المبيضات، والبيشيا، واليوروتيوم، والبديل، والرودوتورولا، والكلادوسبوريوم.
المشيمة
تاريخيًا، كانت المشيمة تعتبر عضوًا معقمًا؛ ومع ذلك، فقد حددت التحقيقات الأخيرة الأنواع والأجناس البكتيرية غير المسببة للأمراض داخل أنسجة المشيمة. على الرغم من هذه النتائج، لا يزال وجود ميكروبيوم مشيمي متميز موضوعًا لنقاش كبير، حيث أثارت العديد من الدراسات البحثية انتقادات. لقد تم اقتراح أن "الميكروبيوم المشيمي" المرصود قد ينشأ إلى حد كبير من التلوث الكاشف، لا سيما في ضوء قابلية عينات الكتلة الحيوية المنخفضة لمثل هذه المشكلات.
الرحم
في السابق، كان من المفترض أن يكون الجهاز التناسلي العلوي عند النساء بيئة معقمة. ومع ذلك، فقد ثبت الآن أن رحم النساء الأصحاء في سن الإنجاب، وبدون أعراض، يؤوي مجموعة متنوعة من الكائنات الحية الدقيقة. يظهر الميكروبيوم الرحمي اختلافات تركيبية كبيرة مقارنة بكل من الميكروبيوم المهبلي والجهاز الهضمي.
تجويف الفم
يوفر تجويف الفم البشري بيئة مواتية لتكاثر الكائنات الحية الدقيقة المميزة. وتوفر هذه البيئة الموارد الأساسية مثل الماء والمواد المغذية، إلى جانب درجة الحرارة المعتدلة. تُظهِر الميكروبات المقيمة في الفم التصاقًا بالأسنان واللثة، وهي آلية تمكنها من مقاومة الإزالة الميكانيكية والانتقال اللاحق إلى المعدة، حيث سيتم القضاء على الكائنات الحية الدقيقة الحساسة للحمض بواسطة حمض الهيدروكلوريك.
تشمل أجناس البكتيريا اللاهوائية الشائعة في تجويف الفم ما يلي: الفطريات الشعاعية، العنكبوتيات، الباكتيرودات، البيفيدوباكتيريوم، Eubacterium، وFusobacterium، وLactobacillus، وLeptotrichia، وPeptococcus، وPeptostreptococcus، وPropionibacterium، وSelenomonas، وTreponema، و الفيلونيلا. تشمل الأجناس الفطرية المتكررة التي يتم اكتشافها في الفم المبيضات، وCladosporium، وAspergillus، وFusarium، وGlomus، وAlternaria، وPenicillium، وCryptococcus، من بين أجناس أخرى.
تتراكم البكتيريا على أنسجة الفم الصلبة والناعمة داخل الأغشية الحيوية، مما يتيح التصاقها وانتشارها في بيئة الفم مع حمايتها من الضغوطات البيئية والعوامل المضادة للميكروبات. يلعب اللعاب دورًا حاسمًا في ديناميكيات الأغشية الحيوية، مما يسهل إعادة الاستعمار البكتيري لتشكيل الأغشية الحيوية وتنظيم النمو من خلال انفصال الأغشية الحيوية المتراكمة. كما أنه يساهم في توفير المواد الغذائية وتنظيم درجة الحرارة. يحدد الموقع المحدد للأغشية الحيوية العناصر الغذائية المتاحة.
طوّرت البكتيريا الفموية آليات متطورة لإدراك محيطها والتهرب من استجابات المضيف أو تعديلها. ومع ذلك، يقوم نظام دفاع مضيف فطري قوي بمراقبة الاستعمار البكتيري بشكل مستمر، وبالتالي منع الغزو الميكروبي للأنسجة المحلية. وبالتالي، يتم الحفاظ على التوازن الديناميكي بين البكتيريا التي تتكون من لوحة الأسنان والدفاعات المناعية الفطرية للمضيف.
يعد التفاعل المعقد بين تجويف فم المضيف والمجتمعات الميكروبية المقيمة فيه أمرًا محوريًا لكل من الصحة والمرض، نظرًا لدوره كبوابة للدخول إلى الجسم. في ظل الظروف الصحية، يظهر هذا التوازن كعلاقة تكافلية، حيث تحد الميكروبات الفموية من تكاثر مسببات الأمراض والالتصاق بها، بينما يوفر المضيف بيئة مواتية لنموها. ومع ذلك، فإن الاضطرابات البيئية، بما في ذلك التغيرات في الحالة المناعية، أو التحولات في التجمعات الميكروبية المقيمة، أو التغيرات في توافر المغذيات، يمكن أن تحول هذه العلاقة المتبادلة إلى علاقة طفيلية، مما يهيئ المضيف للأمراض الفموية والجهازية. والجدير بالذكر أن الحالات الجهازية مثل مرض السكري وأمراض القلب والأوعية الدموية ارتبطت بصحة الفم دون المستوى الأمثل. إن تورط الكائنات الحية الدقيقة عن طريق الفم في اثنين من أمراض الأسنان السائدة، تسوس الأسنان وأمراض اللثة، يستحق اهتماما خاصا. يؤدي استعمار اللثة إلى استجابة مناعية مبالغ فيها، مما يؤدي إلى تكوين جيب اللثة - وهي مساحة عميقة بين السن واللثة. يعمل هذا الجيب بمثابة خزان محمي وغني بالدم، ويوفر العناصر الغذائية الأساسية لمسببات الأمراض اللاهوائية. علاوة على ذلك، يمكن للميكروبات الفموية تجاوز جيوب اللثة وأغشية الفم لدخول مجرى الدم، مما قد يؤدي إلى أمراض جهازية في أماكن مختلفة من الجسم.
تشكل ممارسات نظافة الفم المتسقة والمناسبة الإستراتيجية الرئيسية للوقاية من أمراض الفم والجهازية. مثل هذه الممارسات تخفف من كثافة الأغشية الحيوية وتمنع النمو الزائد للبكتيريا المسببة للأمراض، وبالتالي تمنع المرض. ومع ذلك، قد تكون نظافة الفم الكافية وحدها غير كافية، حيث تساهم عوامل مثل تكوين الميكروبيوم الفموي، وعلم الوراثة المضيف، والتغيرات في الاستجابة المناعية أيضًا في تطور الالتهابات المزمنة. في حين أن المضادات الحيوية يمكنها معالجة حالات العدوى المثبتة، إلا أنها غالبًا ما تثبت عدم فعاليتها ضد البكتيريا المحتجزة داخل الأغشية الحيوية.
تجويف الأنف
المكورات العنقودية الذهبية تمثل أحد الأنواع المسببة للأمراض البارزة التي توجد بشكل متكرر داخل تجويف الأنف.
الرئة
على غرار تجويف الفم، تم تجهيز كلا الجهازين التنفسيين العلوي والسفلي بدفاعات ميكانيكية مصممة للقضاء على الكائنات الحية الدقيقة. تفرز الخلايا الكأسية المخاط الذي يحبس الميكروبات ويسهل طردها من الجهاز التنفسي من خلال العمل المستمر للخلايا الظهارية الهدبية. علاوة على ذلك، يُظهر مخاط الأنف تأثيرًا مبيدًا للجراثيم، ويعزى ذلك إلى محتواه من الليزوزيم. تميز المجتمعات الميكروبية المميزة كلا من الجهاز التنفسي العلوي والسفلي. تشتمل الكائنات الحية الدقيقة البكتيرية في الرئتين على تسعة أجناس أساسية: Prevotella، وSphingomonas، وPseudomonas، وAcinetobacter، وFusobacterium، وMegasphaera، وVeillonella، وStaphylococcus، و المكورات العقدية. يمكن لبعض البكتيريا التي تُعتبر عادةً من الكائنات الحية الطبيعية في الجهاز التنفسي أن تسبب مرضًا شديدًا، خاصة في الأفراد الذين يعانون من نقص المناعة؛ وتشمل هذه المكورات العقدية المقيحة، والمستدمية النزلية، والمكورات العقدية الرئوية، والنيسرية السحائية، والمكورات العنقودية الذهبية. يشتمل الميكوبيوم الرئوي على أجناس فطرية مثل المبيضات، والملاسيزية، ونيوسارتوريا، والساكرومايسز، والرشاشيات، من بين أجناس أخرى.
يظهر الأفراد المصابون بالتليف الكيسي توزيعات غير نمطية للأجناس البكتيرية والفطرية داخل مسالكهم التنفسية. تشتمل نباتاتها البكتيرية في كثير من الأحيان على أنواع مقاومة للمضادات الحيوية وبطيئة النمو، مع اختلاف انتشار مسببات الأمراض هذه مع تقدم العمر.
القناة الصفراوية
تقليديًا، كان من المفترض أن تكون القناة الصفراوية معقمة، حيث يعمل وجود الكائنات الحية الدقيقة في الصفراء كمؤشر على العمليات المرضية. وقد تم دعم هذا الافتراض من خلال العزلة غير الناجحة للسلالات البكتيرية من القنوات الصفراوية السليمة. ومع ذلك، تشير الأبحاث التي ظهرت منذ عام 2013 إلى أن الكائنات الحية الدقيقة الصفراوية الطبيعية تشكل طبقة وظيفية متميزة توفر الحماية ضد استعمار الكائنات الحية الدقيقة الخارجية داخل القناة الصفراوية.
الدم
إن وجود بكتيريا قابلة للحياة داخل مجرى الدم يمكن أن يثير استجابة مناعية قوية، مما يؤدي إلى مظاهر سريرية تتراوح من أشكال خفيفة نسبيًا من تجرثم الدم إلى الحالة المميتة المحتملة للإنتان. يمكن أن تنشأ تجرثم الدم بشكل تلقائي أو كنتيجة للتدخلات الطبية، بما في ذلك زرع الكبد المثلي.
حتى في حالة عدم وجود الكائنات الحية الدقيقة، يمكن للكابولات البكتيرية، وخاصة أجزاء من الحمض النووي الميكروبي، الوصول إلى الدورة الدموية وتبقى بشكل عابر حتى يتم التخلص منها عن طريق الترشيح الكبيبي أو الهدم الأنزيمي. أدت هذه الظاهرة إلى ظهور مفهوم ميكروبيوم الدم، والذي يشير في الغالب إلى الحمض النووي الميكروبي المنتشر بدلاً من الخلايا البكتيرية السليمة والقابلة للحياة.
لم يتم بعد توضيح الآليات الدقيقة التي يدخل من خلالها الحمض النووي الميكروبي إلى مجرى الدم بشكل كامل، على الرغم من افتراض أن الانتقال من تجويف الجهاز الهضمي هو الأصل الأساسي، خاصة في سياقات ضعف سلامة الحاجز المعوي، وهي سمة واضحة في العديد من الالتهابات المزمنة. الحالات.
تم التحقيق في بصمات الحمض النووي الميكروبي المكتشفة في الدم كمؤشرات حيوية محتملة غير غازية لحالات مرضية متنوعة، مثل داء السكري، وأمراض القلب والأوعية الدموية، وحالات الأورام. علاوة على ذلك، تشير بعض التحقيقات إلى أن هذه التوقيعات يمكن أن تسهل التمييز بين أنواع فرعية مختلفة من السرطان.
على الرغم من الاهتمام الأكاديمي المتزايد، لا يزال وجود ميكروبيوم الدم المنفصل وأهميته الفسيولوجية موضع خلاف. تشمل التحفظات الأولية القيود التقنية المتأصلة في منهجيات التسلسل ومعالجة المعلومات الحيوية، إلى جانب الميل الكبير للتلوث وتوليد القطع الأثرية التحليلية.
في محاولة لحل أوجه الغموض هذه، تمت الدعوة إلى إجراء تحقيقات إثبات المفهوم الخاضعة لرقابة صارمة ومستقبلية ومتعددة الجنسيات للتأكد من تمثيل الحمض النووي الميكروبي المنتشر فيما يتعلق بالميكروبيوم البشري الشامل.
المرض والموت
يعتمد الكائن البشري على مجموعة واسعة من الجينات البكتيرية لتوفير العناصر الغذائية الأساسية. تؤكد كل من التحقيقات الميتاجينومية والوبائية على الوظائف الحاسمة للميكروبيوم البشري في التخفيف من مجموعة واسعة من الأمراض، بدءًا من داء السكري من النوع 2 والسمنة إلى مرض التهاب الأمعاء، ومرض باركنسون، وحتى الاضطرابات العصبية والنفسية مثل الاكتئاب. يمكن للتفاعل التكافلي بين الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء والأنواع البكتيرية المختلفة أن يعدل التفاعل المناعي للفرد. تعتبر المستقلبات التي تنتجها الكائنات الحية الدقيقة المعوية متورطة كعوامل مسببة لمرض السكري من النوع 2. على الرغم من مرحلتها الناشئة، تُظهر الأساليب العلاجية التي تركز على الميكروبيوم إمكانات كبيرة، خاصة في معالجة C المقاومة للأدوية. العسيرة العدوى وفي إدارة مرض السكري.
العدوى المطثية العسيرة
انتشار C. يؤدي العسير داخل الجهاز الهضمي إلى عدوى ترتبط عادةً بديسبيوسيس الميكروبي، وغالبًا ما يُعزى إلى العلاج بالمضادات الحيوية. يمكن أن يؤدي تناول المضادات الحيوية إلى القضاء على نباتات الأمعاء المفيدة، مما يعرض المقاومة الطبيعية لاستعمار البكتيريا المسببة للأمراض للخطر. الاستراتيجيات العلاجية التقليدية لـ C. تتطلب حالات العدوى العسيرة مزيدًا من العلاج بالمضادات الحيوية؛ ومع ذلك، تتراوح معدلات فعاليتها عادةً من 20% إلى 30%. اعترافًا بالدور الحاسم الذي تلعبه ميكروبيوم الأمعاء الصحي، اعتمد الباحثون عملية زرع الميكروبات الحيوية البرازية (FMT) كتدخل علاجي. في هذا الإجراء، المرضى المصابين بأمراض الجهاز الهضمي، مثل C. العسيرة (CDI)، تلقي المواد البرازية من متبرع سليم بهدف إعادة إنشاء الكائنات الحية الدقيقة المعوية الوظيفية. يُظهر FMT فعالية تقريبية تبلغ 85-90٪ لدى الأفراد الذين يعانون من CDI والذين لم يستجيبوا للعلاج بالمضادات الحيوية أو الذين يعانون من مرض متكرر بعد العلاج بالمضادات الحيوية. يحقق غالبية مرضى CDI التعافي بعد تدخل واحد من FMT.
السرطان
على الرغم من أن السرطان يُعزى عمومًا إلى العوامل الوراثية والبيئية المضيفة، إلا أن الكائنات الحية الدقيقة متورطة في حوالي 20% من الأورام الخبيثة البشرية. فيما يتعلق بسرطان القولون والمستقيم على وجه التحديد، تتجاوز الكثافة السكانية البكتيرية في القولون كثافة الأمعاء الدقيقة بعامل مليون، كما أن معدل الإصابة بسرطان القولون والمستقيم أعلى بحوالي اثني عشر مرة من معدل الإصابة بالأمعاء الدقيقة، مما يشير إلى مساهمة مسببة للأمراض محتملة للميكروبات في تكوين أورام القولون والمستقيم. علاوة على ذلك، يمكن أن تكون الكثافة الميكروبية بمثابة مؤشر إنذار في تقييم سرطانات القولون والمستقيم.
يمكن للميكروبات أن تؤثر على التسرطن من خلال ثلاث آليات أساسية: (1) تعديل التوازن بين تكاثر الخلايا السرطانية وموت الخلايا المبرمج، (2) التأثير على وظيفة الجهاز المناعي، و(3) التأثير على استقلاب العوامل المضيفة الداخلية، والمكونات الغذائية، والعوامل الصيدلانية. غالبًا ما ترتبط الأورام الخبيثة التي تتطور على الأسطح العازلة، بما في ذلك الجلد والبلعوم الفموي والجهاز التنفسي والجهاز الهضمي والجهاز البولي التناسلي، بالميكروبات الحية المقيمة. ومع ذلك، فإن مجرد وجود عدد كبير من الميكروبات في موقع الورم لا يثبت بشكل قاطع وجود علاقة ترابطية أو سببية. على العكس من ذلك، قد تزدهر الكائنات الحية الدقيقة ببساطة في توتر الأكسجين المحدد أو البيئة المغذية التي يوفرها الورم. علاوة على ذلك، فإن الانخفاض في مجموعات ميكروبية معينة أو تحفيز الإجهاد التأكسدي يمكن أن يؤدي أيضًا إلى زيادة مخاطر الإصابة بالسرطان. ومن بين الأنواع الميكروبية التي يقدر عددها بـ 1030 على مستوى العالم، تم تصنيف عشرة منها على أنها مواد مسرطنة للإنسان من قبل الوكالة الدولية لأبحاث السرطان. تمتلك الكائنات الحية الدقيقة القدرة على إفراز البروتينات أو الجزيئات المؤثرة الأخرى التي تحفز بشكل مباشر تكاثر الخلايا المضيفة، أو قد تعدل الجهاز المناعي المضيف، مما قد يؤدي إلى التهاب حاد أو مزمن، وبالتالي المساهمة في العملية المسببة للسرطان.
وفيما يتعلق بالتفاعل بين وظيفة المناعة والعمليات الالتهابية، تتعرض الحواجز المخاطية باستمرار للضغوطات البيئية وتستلزم آليات إصلاح سريعة للحفاظ على التوازن الفسيولوجي. وبالمثل، يمكن أن يؤدي انخفاض المرونة في المضيف أو الكائنات الحية الدقيقة إلى إضعاف مقاومة الأورام الخبيثة، مما قد يؤدي إلى تعزيز الالتهاب والتسرطن لاحقًا. عند تسوية الحاجز، تكون الكائنات الحية الدقيقة قادرة على بدء استجابات مسببة للالتهابات أو مثبطة للمناعة عبر مسارات جزيئية متنوعة. على سبيل المثال، لوحظ أن بعض الميكروبات المرتبطة بالسرطان تعمل على تنشيط مسارات إشارات NF-κΒ داخل البيئة الدقيقة للورم. علاوة على ذلك، فإن مستقبلات التعرف على الأنماط الأخرى، بما في ذلك أفراد عائلة المستقبلات الشبيهة بمجال قليل النوكليوتيدات (NLR) مثل NOD-2، وNLRP3، وNLRP6، وNLRP12، متورطة في التوسط في سرطان القولون والمستقيم. وبالمثل، فإن بكتيريا الملوية البوابية معروفة برفع خطر الإصابة بسرطان المعدة، وذلك بشكل أساسي من خلال تحفيز الاستجابة الالتهابية المستمرة داخل المعدة.
مرض التهاب الأمعاء
يشمل مرض التهاب الأمعاء (IBD) حالتين متميزتين: التهاب القولون التقرحي ومرض كرون. تتميز كلتا الحالتين بتغييرات كبيرة في الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء، وهي ظاهرة تسمى ديسبيوسيس. تتجلى حالة الخلل الحيوي هذه في انخفاض التنوع الميكروبي داخل الجهاز الهضمي وترتبط بالعيوب الجينية المضيفة التي تعدل الاستجابة المناعية الفطرية لدى الأفراد المصابين.
اضطرابات التفاعل بين الأمعاء والدماغ
من بين الأفراد الذين تم تشخيص إصابتهم بمتلازمة القولون العصبي (IBS) وغيرها من اضطرابات الجهاز الهضمي الوظيفية، مثل انتفاخ البطن، حددت الأبحاث تغيرات مهمة في الوفرة النسبية لأصناف بكتيرية معينة. على وجه التحديد، تتضمن الملاحظات انخفاض أعداد البكتيريا المفيدة، مثل Bacteroides وLactobacillus، إلى جانب المستويات المرتفعة من البكتيريا الضارة المحتملة، بما في ذلك Bacteroides وProteobacteria. قد يساهم خلل التنظيم الميكروبي هذا في العديد من النتائج الفيزيولوجية المرضية، بما في ذلك زيادة نفاذية الأمعاء (يطلق عليها بالعامية "تسرب الأمعاء")، وفرط الحساسية الحشوية (حساسية متضخمة للجهاز الهضمي للمحفزات المختلفة)، وحركة الأمعاء غير المنتظمة، وتنشيط الجهاز المناعي.
اضطرابات التفاعل بين الأمعاء والجلد
لقد كان الارتباط المعقد بين الكائنات الحية الدقيقة في الجهاز الهضمي والصحة الجلدية موضوعًا للبحث العلمي لفترة طويلة. في الواقع، بحلول أوائل القرن العشرين، تم تسويق تناول خميرة الخباز عن طريق الفم (Saccharomyces cerevisiae) تجاريًا كتدخل علاجي لعلاج حب الشباب الشائع.
قدمت التحقيقات العلمية الحديثة أدلة تجريبية تثبت وجود محور الجلد والميكروبيوم المعوي. على سبيل المثال، في الأفراد المصابين بالصدفية، تم توثيق انخفاض في أعداد فطريات الخميرة، وهي حالة ثبت إمكانية عكسها بعد العلاج باستخدام ثنائي ميثيل فومارات، مما يشير ضمنًا إلى دور تعديلي مهم للفطريات المرتبطة بالأمعاء في التسبب في هذا المرض.
كما تم توثيق الاضطرابات في ميكروبيوم الأمعاء في حالات جلدية التهابية أخرى. على سبيل المثال، تظهر الاختلافات في التركيب الميكروبي للأمعاء ارتباطًا بنشاط المرض في التهاب الغدد العرقية القيحي، مما يعزز فكرة محور الأمعاء والجلد الذي يحركه الميكروبيوم.
تتجلى العلاقة المعقدة بين الأمعاء والجلد بشكل أكبر في المظاهر خارج الأمعاء التي لوحظت في أمراض الأمعاء الالتهابية المزمنة، بما في ذلك التهاب القولون التقرحي ومرض كرون. وفي ظل هذه الظروف، ثبت أن التغيرات في ميكروبيوم الأمعاء، وتحديدًا انخفاض البكتيريا المضادة للالتهابات Faecalibacterium prausnitzii، تتزامن مع اضطرابات الجلد الالتهابية، مثل الصدفية.
بشكل جماعي، تدعم هذه النتائج فرضية وجود محور الأمعاء والجلد ثنائي الاتجاه، يتوسطه الميكروبات الحيوية. يتحدى هذا الإطار المفاهيمي المنظور التقليدي الذي ينظر إلى الأمعاء والجلد كأنظمة أعضاء مستقلة، وبدلاً من ذلك يقترح طرقًا جديدة لتوضيح آليات المرض وصياغة التدخلات العلاجية التي تستهدف النظم البيئية الميكروبية لتعزيز صحة الجهاز الهضمي والأمراض الجلدية.
فيروس نقص المناعة البشرية
يؤثر تطور مرض فيروس نقص المناعة البشرية (HIV) بشكل كبير على التركيبة والخصائص الوظيفية للميكروبات المعوية، مما يكشف عن اختلافات واضحة بين المجموعات المصابة بفيروس نقص المناعة البشرية والسلبية والمصابة بفيروس نقص المناعة البشرية وما بعد العلاج المضاد للفيروسات القهقرية (ART). فيروس نقص المناعة البشرية يضر بسلامة وظيفة الحاجز الظهاري المعوي من خلال آثاره على الوصلات الضيقة. يسهل هذا الاضطراب الانتقال عبر ظهارة الأمعاء، وهي عملية يُفترض أنها تساهم في الاستجابات الالتهابية المرتفعة التي لوحظت لدى الأفراد المصابين بفيروس نقص المناعة البشرية.
تؤثر الكائنات الحية الدقيقة المهبلية على الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية، مع ارتفاع خطر الإصابة بالعدوى وانتقال العدوى لدى النساء المصابات بالتهاب المهبل البكتيري، وهي حالة يحددها مجتمع بكتيري مهبلي غير متوازن. ترتبط هذه العدوى المتزايدة بزيادة مستويات السيتوكينات المؤيدة للالتهابات وخلايا CCR5+ CD4+ داخل المهبل. وعلى العكس من ذلك، ترتبط الزيادة في مستويات العصيات اللبنية المهبلية بانخفاض معدل العدوى، حيث يعزز هذا الجنس بيئة مضادة للالتهابات.
الميكروبيوم المعوي للمعمرين
يمتلك الأفراد الذين تبلغ أعمارهم 100 عام أو أكثر، والمصنفين على أنهم من المعمرين، ميكروبيومًا أمعائيًا فريدًا. يتم إثراء هذا المجتمع الميكروبي بشكل ملحوظ بالكائنات الحية الدقيقة القادرة على تصنيع الأحماض الصفراوية الثانوية الجديدة. تشتمل هذه الأحماض الصفراوية الثانوية على أشكال إسوية مختلفة من حمض الليثوكوليك، والتي قد تلعب دورًا في تعزيز الشيخوخة الصحية.
الموت
عند الموت، يتعرض الميكروبيوم الخاص بالكائن الحي إلى الانهيار، مما يؤدي إلى إنشاء مجتمع ميكروبيوم متميز يسمى النيكروبيوم. يظهر هذا النيكروبايوم كعنصر نشط مهم في عملية التحلل الجسدي المعقدة. تعتبر تعديلاتها الزمنية والتي يمكن التنبؤ بها ذات قيمة لتقدير فترة ما بعد الوفاة.
صحة البيئة
بحثت الأبحاث التي أجريت في عام 2009 فيما إذا كان الانخفاض في الكائنات الحية، بما في ذلك الكائنات الحية الدقيقة، الذي يعزى إلى الأنشطة البشرية، يمكن أن يؤثر سلبًا على صحة الإنسان، وبروتوكولات سلامة المستشفيات، وتطوير المنتجات الغذائية، وعلاجات الأمراض.
التغييرات والتعديل والإرسال
هناك العديد من العوامل، بما في ذلك ممارسات النظافة، والبروبيوتيك، والبريبايوتكس، والسينبيوتيك، والعلاج بالضوء، وزرع الكائنات الحية الدقيقة (البرازية والجلدية)، والمضادات الحيوية، والتمارين البدنية، والأنماط الغذائية، والرضاعة الطبيعية، والشيخوخة، قادرة على تغيير الميكروبيوم البشري عبر أنظمة ومناطق تشريحية متنوعة، مثل الجلد والأمعاء.
الانتقال من شخص إلى شخص
يتم نقل الميكروبيوم البشري بين الأمهات وذريتهم، بالإضافة إلى مشاركته بين الأفراد المقيمين داخل نفس الأسرة.
الأبحاث
الترحيل
تشير الأبحاث الأولية إلى أن التغيرات السريعة في الكائنات الحية الدقيقة يمكن أن تظهر عندما ينتقل الأفراد إلى أماكن أخرى على المستوى الدولي، وهو ما يتجسد في المهاجرين التايلانديين الذين يستقرون في الولايات المتحدة أو مهاجري أمريكا اللاتينية إلى الولايات المتحدة. وكان الانخفاض في تنوع الكائنات الحية الدقيقة أكثر وضوحًا بين الأفراد الذين يعانون من السمنة المفرطة وأطفال المهاجرين.
هضم السليلوز
تشير دراسة أجريت عام 2024 إلى وجود ميكروبات الأمعاء القادرة على هضم السليلوز داخل الميكروبيوم البشري، مع ملاحظة انخفاض وفرتها لدى السكان المقيمين في المجتمعات الصناعية.
Sexome
يشير مصطلح "سيكسوم" إلى المجتمعات الميكروبية المترسبة على الأعضاء التناسلية بعد النشاط الجنسي المخترق. في مجال علم الطب الشرعي، يحمل الجنسوم فائدة محتملة في التحقيقات المتعلقة بالاعتداء الجنسي لتحديد هوية مرتكب الجريمة، خاصة في الحالات التي لا يتوفر فيها الحمض النووي الذكري البشري.
قائمة المراجع
قائمة المراجع
- يونج، إد. أنا تحتوي على جموع: الميكروبات الموجودة بداخلنا ونظرة أعظم للحياة. إيكو، 2016. 368 صفحة. رقم ISBN 0062368591.
المراجع
- معرض العالم السري بداخلك 2015-2016، المتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي
- الأسئلة الشائعة: الميكروبيوم البشري، يناير 2014، الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة