Tarmflora

Ackumulering av Escherichia coli (sekundär elektronmikroskopi)

De tarmflora (syn. Tarmfloran , tarmfloran , intestinal microbiome ) beskriver helheten av de mikroorganismer som koloniserar de tarmen hos människor och djur (även insekter) och är av avgörande betydelse för värdorganismen. Det finns alltså ett samband mellan levande varelser av två arter . Tarmfloran tillhör mikrobiomen i en flercellig cell.

Termen " flora " baseras på den tidigare uppfattningen att bakterier och många andra mikroorganismer tillhör växtriket. Eftersom bakterier nu bildar en egen domän , bör man korrekt tala om en tarmmikroorganismgemenskap eller en tarmmikrobiota. Dessa termer får bara långsamt acceptans inom medicin.

Dessutom finns det ett stort antal - mestadels ofarliga - virus, såsom bakteriofager , som bryter ner bakterier i tarmen .

sammansättning

Tarmflora hos människor

Den mänskliga tarmen koloniseras av bakterier , archaea och eukaryoter . Det representerar ett komplext och dynamiskt bakterieekosystem som etableras under de första åren av livet. Tarmens koloniseringstäthet är initialt låg och ökar stadigt med åldern. Under födelseprocessen och strax därefter sker den första bakteriekoloniseringen av det tidigare sterila matsmältningssystemet . Hos naturligt födda barn börjar kolonisering under förlossningen. De första mikroorganismer som kan detekteras är Escherichia coli , enterobakterier och streptokocker . Barn som är födda med kejsarsnitt får initialt en tarmflora som motsvarar moderns hudflora.

Mat har ett särskilt inflytande på koloniseringen. Oavsett om ett barn ammar eller matas med flaskor kan man se från tarmfloran. Efter de första veckorna är tarmarna hos ammande barn huvudsakligen befolkade av mjölksyraproducerande bakterier ( bifidobakterier och laktobaciller ). Mjölksyran de producerar leder till försurning av tarmmiljön, vilket gör det svårt för patogena bakterier att bosätta sig där. Däremot upptäcks en vuxenliknande mikroflora hos flaskmatade barn .

Tarmfloran hos vuxna kännetecknas av ett stort antal olika typer av bakterier. Hos en frisk vuxen medelålders vuxen består detta ekosystem av mestadels anaeroba bakterier, totalt 10 till 100 biljoner totalt. Molekylära analyser av 16S ribosomalt DNA har hittills ökat odlingsberoende uppskattningar från 200 till 300 arter till upp till 1800 släkt med upp till 36 000 arter. Koloniseringen av en person som tillhör tarmkanalen innehåller minst 500 till 1000 olika arter. Mikroorganismerna koloniserar tarmlumen, mucinskiktet och slemhinnans ytor. Till skillnad från tunntarmen med 10 3 till 10 7 (tio miljoner) individer per gram avföring är tjocktarmen tätt befolkad med 10 11 (hundra miljarder) till 10 12 (en miljard) individer per gram. Den totala massan av mikrofloran i tarmkanalen hos en vuxen är mellan 1000 och 2000 gram, med över 50% av de mikroorganismer som kan observeras mikroskopiskt i avföringsprover kan inte odlas .

99% av tarmfloran består av fyra bakterieavdelningar (Phyla = stammar): Firmicutes , Bacteroidetes , Proteobacteria och Actinobacteria . Hos medelålders personer, nästan uteslutande obligata anaerober ( Bacteroides , Bifidobacterium , Eubacterium , Clostridium , Fusobacterium , Ruminococcus , Roseburia ) finns i tjocktarmen , medan de små tarmmikrofloran är huvudsakligen sammansatt av fakultativa anaeroba bakterier, såsom Enterococcus och Lactobacillus artärer . Det finns olika biovarvor av arten Escherichia coli . Några av dessa biovaror är helt ofarliga som människors tarm invånare, men andra är patogena: enterohemorragisk E. coli (EHEC), enteropatogen E. coli (EPEC), enteroinvasiv E. coli (EIEC), enterotoxisk E. coli (ETEC). Escherichia coli är lätt att odla och används som modellorganism i mikrobiologi .

Tarmflora hos hunden

Tarmfloran hos hundar består av 99% av fem bakterieavdelningar. Förutom Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria och Actinobacteria som hos människor förekommer Fusobacteria hos hundar . Hos friska hundar finns Helicobacter spp. I magen och koloniserar invasivt magslemhinnan, inklusive magkörtlar. Clostridia , mjölksyrabakterier och Proteobacteria dominerar i tunntarmen och Clostridiales , Bacteroides , Prevotella och Fusobacteria i tjocktarmen . Det bör noteras att varje djur har ett individuellt tarmmikrobiom.

Användning, funktion, mening

Det finns cirka 1,3 gånger så många mikroorganismer i tarmen som det finns celler i den mänskliga organismen . Det finns många fler mikroorganismer i tjocktarmen än i tunntarmen. Tarmmikrofloran är involverad i försvaret mot patogener ( koloniseringsresistens ) och påverkar immunsystemet , även om det inte är helt klart om det finns en fördel för värden som helhet. Experiment med normala möss utan mikroorganismer har visat att olika bakterier och amöber endast blir patogena genom närvaron av tarmfloran, medan de negativa effekterna av vissa andra eukaryota encelliga organismer och flukar reduceras. Miljöförhållandena i tarmen och mångsidigheten hos substraten som tillhandahålls i form av mat gynnar utvecklingen av ett mikroorganismsamhälle som är extremt komplext när det gäller antalet individer och arter och aktiviteter. Livsmedelskomponenter och ämnen som bildas av den mänskliga organismen tjänar mikroorganismerna som en källa till näringsämnen och energi. Mikroorganismerna har olika effekter på människor som

Under den mikrobiella nedbrytningen av osmältbara kolhydrater (fiber), kortkedjiga fettsyror (huvudsakligen ättiksyra, propionsyra och smörsyra) och gaser såsom väte (H 2 ), koldioxid (CO 2 ) och metan (CH 4 ) är utformade i människans tarm . Tarmepitelceller tar upp fettsyrorna och metaboliserar dem. gaserna utsöndras ( flatulens ). Bland de kortkedjiga fettsyrorna är smörsyra särskilt viktig på grund av dess fysiologiska effekter. Exempelvis har minskade tarmsmörsyrahalter observerats i kolorektal cancer. En annan funktion av kortkedjiga fettsyror är att stimulera tarmperistaltik , tarmens kontraktiva rörelse för att transportera matmassa mot ändtarmen .

Metabolism av kortkedjiga fettsyror bildade av bakterier

Under den anaeroba metabolismen av proteiner bildas kortkedjiga men också grenade fettsyror (iso-valerinsyra, iso-smörsyra). Dessutom produkter såsom tioler (merkaptaner), indoler , aminer och vätesulfid (H 2 kan S) också bildas. Kväve (N 2 ) är också formad till en liten utsträckning . Fetter metaboliseras inte i tarmen under anoxiska förhållanden.

Tarmfloran påverkar kroppsvikt och spelar en roll i fetma ( fetma ). Från experiment på "fett" (engelska överviktiga ) mutanter (ob / ob) som saknar fettsyraregulatorn leptin , är det känt att tarmfloran hos fett och smala möss skiljer sig åt med avseende på sammansättningen av förhållandet mellan bakterier i släktet. Bacteroides och stammen (avdelningen) av Firmicutes , varvid feta möss har en större andel Firmicutes. Den mänskliga tarmfloran påverkar också kroppsvikt. I tarmarna hos friska människor finns stammar av Firmicuten och Bacteroideten i förhållandet 1: 1 till 3: 1. Hos överviktiga patienter flyttas förhållandena till Firmicutes ofta från 3: 1 till upp till 25: 1 (i extrema fall upp till 200: 1). Firmicutes dominans leder till en bättre fibernedbrytning och produktion av ytterligare energi. Fetma är därför också ett resultat av en förbättrad energiförsörjning genom alltför starka firmicutes. När du går ner i vikt växlar förhållandet mellan Firmicutes och Bacteroides. Det ömsesidiga inflytandet av tarmflorans sammansättning och kroppsvikt är förknippat med energiintaget, eftersom matsmältningen av fettsyror och polysackarider påverkas av tarmflorans sammansättning. Detta framgår av experiment där tarmfloran (från caecum ) av fettmöss transplanterades till mikroorganismfria möss och dessa därefter ökade i vikt trots en minskning av matintaget.

Det diskuteras i vilken utsträckning sammansättningen av tarmfloran hos möss, som hos människor, påverkar emotionellt beteende och hantering av stress.

I sin funktion som kommensaler förhindrar enbart mängden mikroorganismer överväxt av patogena mikroorganismer, som händer med Clostridium difficile vid pseudomembranös kolit . Omvänt kan administrering av avföring från en frisk donator genom en lavemang (via ändtarmen eller ett liggande nasoduodenalt rör ) i de flesta fall bota terapiresistent pseudomembranös kolit, vilket studier har visat. Framgångar med andra inflammatoriska tarmsjukdomar har också rapporterats.

Med cirka 30% av torrsubstansen är tarmfloran en väsentlig del av avföringen .

Felaktig kolonisering av tarmen

Förändringar i tarmfloran kan bestå av under- eller överkolonisering och en förändring i deras sammansättning. Felaktig kolonisering kan inträffa i antingen tjocktarmen eller tunntarmen, eller båda samtidigt. Den optimala sammansättningen av tarmfloran beror på värden. Möss som är utrustade med en typisk tarmflora från människor eller från råttor har svaga punkter i sitt immunsystem jämfört med möss som har den typiska tarmfloran för möss.

Symtom

Dessa inkluderar vanligtvis buksmärta, flatulens, ökad känslighet för infektioner och känslighet för matintolerans . Om floran i tunntarmen störs uppstår en uppblåst mage utan att tarmgaserna lämnas och magen plattar ut igen över natten. Om kolon är dåligt koloniserad, å andra sidan, uppblåst mage uppstår med utgående tarmgaser. Effekter på immunsystemet och samband mellan störd kolonisering av tarmarna och nervsystemet kan också observeras.

diagnos

För att kontrollera för oriktig kolonisering, en laktulos H 2 andetag är testet först utförs för att utesluta en felaktig kolonisering i tunntarmen . Dessutom kan en detaljerad H 2 är utandningsprov med laktos eller fruktos rekommenderas , eftersom dessa intolerans kan bero på bakteriell överväxt. Om en felaktig kolonisering av tunntarmen har uteslutits kan tarmflorastatus också bestämmas med hjälp av ett avföringsprov för att kontrollera om en felaktig kolonisering av tjocktarmen är.

Forskningshistoria

Eftersom det upptäcktes att bakterier kan orsaka sjukdom, misstogs förekomsten av tarmfloran efter upptäckten för en sjukdom som kallades "tarmtoxemi": Sir Arbuthnot Lane, kirurgen i den brittiska kungafamiljen, rekommenderade att hans patienter skulle vara borta på grund av det farliga Att ha tarminvånare tagit bort kolon. Kolrengöring blev modern bland läkare. I det efterföljande avsnittet ignorerades ämnet till stor del av forskning. De anaeroba mikroorganismerna kunde inte undersökas i laboratoriet.

Det var inte förrän tillkomsten av antibiotika , vars bakteriedödande egenskaper skadade tarmfloran, och konsekvenserna av denna skada, förde ämnet tillbaka till forskningsagendan. I slutändan, på grund av de praktiska svårigheterna, fanns det initialt inga stora framsteg. Detta berodde på det faktum att endast en bråkdel av tarmmikrobioten kunde detekteras med de klassiska odlingsmetoderna . Bilden av tarmflorans sammansättning har i vissa fall förändrats grundläggande sedan introduktionen av molekylära tekniker.

Påverkar tarmfloran

Först och främst, under en vaginal födelse, koloniseras spädbarns tarm omedelbart. Enterobakterier och streptokocker är initialt detekterbara i avföringen, och bifidobakterier och ruminokockarter är snart dominerande i bröstmjölk . Det finns en koppling mellan moderns vaginala flora och fostrets tarmflora vid vaginala födelser.

Medicinska ingrepp

Skador på tarmfloran med antibiotika är en bieffekt av denna grupp läkemedel och kan leda till antibiotikeassocierad diarré . Vanligtvis återställs dock den ursprungliga jämvikten inom några veckor. Intensiv och konstant antibiotikabehandling kan permanent störa koloniseringen av mikroorganismer i tarmen, särskilt hos barn. Var fjärde läkemedel från humanmedicin har en negativ effekt på tarmbakterier och kan bidra till antibiotikaresistens .

I vilken utsträckning tarmfloran kan påverkas genom tillsats av mikroorganismer, till exempel probiotika (" symbios-kontroll "), är vetenskapligt kontroversiellt.

Vid behandling av Clostridium difficile tarminfektioner ( antibiotikeassocierad kolit ) och andra bakteriella tarminflammationer har fekal bakteriebehandling i form av avföringstransplantationer använts med stor framgång i flera år . I denna process upplöses avföring från en frisk donator i fysiologisk saltlösning, rengörs och antingen förs in i tjocktarmen via en lavemang eller i mottagarens mage via ett nasogastriskt rör.

Enligt resultaten av ny forskning rekommenderas BLIS som en möjlig renovering. I en studie bekräftas det positiva inflytandet på tarmarnas tillstånd genom administrering av probiotika.

Eftersom de levererade bakterierna endast kan utveckla sin optimala effekt när tarmbarriären är intakt, är det vettigt att använda dem i förväg eller samtidigt, t.ex. B. att stabilisera sig med ett läkemedel med myrra . Studier vid Charité Berlin visar att läkemedelsväxtens myrra stabiliserar tarmbarriären och skyddar den från skadlig påverkan. Forskning vid universitetet i Leipzig har också visat att myrra och kaffe kol är lika effektivt som ofta föreskriven kortikosteroid läkemedel budesonid .

Se även

litteratur

  • Jörg Blech: Life on Humans - The History of Our Settlers. Rowohlt-Verlag, 2010, ISBN 978-3-499-62494-0 .
  • Peter Brookesmith, Karin Prager: Little Monsters. Den hemliga världen av små levande saker. Gondrom-Verlag, 1999, ISBN 3-8112-1735-6 , s. 55-59.
  • J. Müller, R. Ottenjann, J. Seifert (red.): Tarmekosystem - morfologi. Mikrobiologi. Immunologi. Springer-Verlag, Berlin 1989, ISBN 3-540-51707-3 .
  • Rosemarie Blatz: Medicinsk mikrobiologi och immunologi - systematisk. Uni-Med, Bremen 1999, ISBN 3-89599-139-2 .
  • Jürgen Schulze ao: probiotika; Mikroekologi, mikrobiologi, kvalitet, säkerhet och hälsoeffekter. Hippokrates-Verlag, 2008, ISBN 978-3-8304-5356-7 .
  • BD Muegge, J. Kuczynski: Diet driver konvergens i tarmmikrobiomfunktioner över däggdjursfylogeni och hos människor. I: Vetenskap . Volym 332, nummer 6032, maj 2011, s. 970-974, ISSN  1095-9203 . doi: 10.1126 / science.1198719 . PMID 21596990 . PMC 3303602 (fulltext).

webb-länkar

Wiktionary: Gut flora  - förklaringar av betydelser, ordets ursprung, synonymer, översättningar

Individuella bevis

  1. https://www.faz.net/aktuell/wissen/leben-gene/nuetzliche-untermieter-auch-im-darm-vieler-insekten-leben-bakterien-16060202.html
  2. Census: 140.000 typer av virus i tarmen , orf.at den 5 mars 2021 nås 11 mars 2021.
  3. Natur . Volym 442, 24 augusti 2006, s.851.
  4. Dom MG Dominguez-Bello, EK Costello, M. Contreras et al.: Leveransläge formar förvärvet och strukturen för den ursprungliga mikrobioten över flera kroppsmiljöer hos nyfödda . I: Proc. Natl. Acad. Sci. USA . tejp 107 , nr. 26 juni 2010, s. 11971-11975 , doi : 10.1073 / pnas.1002601107 , PMID 20566857 .
  5. JL Sonnenburg et al.: Att få grepp om saker: hur blir samhällen av bakteriella symbionter etablerade i vår tarm? I: Nat Immunol . tejp 5 , nr. 6 , 2004, s. 569-573 , PMID 15164016 .
  6. DN Frank et al .: Molekylär-fylogenetisk karakterisering av mikrobiella samhällsobalanser vid mänskliga inflammatoriska tarmsjukdomar. I: Proc Natl Acad Sci USA. 104, 2007, sid 13780-13785.
  7. M. Wilson: Mikrobiella invånare av människor. Deras ekologi och roll i hälsa och sjukdom. Cambridge University Press, Cambridge 2005, ISBN 0-521-84158-5 .
  8. F. Guarner, JR Malagelada: Tarmflora i hälsa och sjukdom . I: The Lancet . tejp 361 , nr. 9356 , 2003, s. 512-519 , PMID 12583961 .
  9. JL Suau et al.: Direkt analys av gener som kodar för 16S rRNA från komplexa samhällen avslöjar många nya molekylära arter inom den mänskliga tarmen . I: Appl Environ Microbiol . tejp 65 , nr. 11 , 1999, s. 4799-4807 , PMID 10543789 .
  10. F. Guarner et al.: Mekanismer för sjukdomar: hygienhypotesen omprövat . I: Nat Clin Practice Gastroenterol Hepatol . tejp 3 , nr. 5 , 2006, s. 275-284 , PMID 16673007 .
  11. E PB Eckburg, DA Relman: Mikrobernas roll i Crohns sjukdom. I: Clin Infect Dis . 44, 2007, s. 256-262.
  12. Such Jan Suchodelski, Kenneth Simpson: Den gastrointestinala mikrobiomen hos friska och sjuka hundar. I: Veterinärfokus. 23, 2013, s. 22-28.
  13. R. Sender et al.: Reviderade uppskattningar för antalet mänskliga celler och bakterieceller i kroppen.
  14. Q LQ Vieira, MR Oliveira, E. Neumann, JR Nicoli, EC Vieira: Parasitiska infektioner hos bakteriefria djur . I: Braz J Med Biol Res. Volym 31 (1), januari 1998, s. 105-110.
  15. S. Rakoff-Nahoum et al.: Erkännande av kommensiell mikroflora av vägtullsreceptorer krävs för tarmhomeostas. I: Cell. 118, 2004, s. 229-241.
  16. a b c d M. J. Wolin, TL Miller: Kolhydratjäsning. I: DJ Hentges (red.): Människans tarmmikroflora i hälsa och sjukdom. Academic Press, New York 1983.
  17. ^ SR Gill et al .: Metagenomisk analys av humant distalt tarmmikrobiom. I: Vetenskap. 312, 2006, s. 1355-1359.
  18. CM Shing, JM Peake, CL Lim et al.: Effekter av tillskott av probiotika på gastrointestinal permeabilitet, inflammation och träningsprestanda i värmen. I: Eur J Appl Physiol. 114 (1), jan 2014, s. 93-103.
  19. Arnd Krüger : Tarm med charm. In: konkurrenskraftig sport . 45, 2015, s. 2, 29; YJ Hsu, CC Chiu, YP Li et al: Effekt av tarmmikrobiota på träningsprestanda hos möss. I: Journal Strength Cond Res.29 (2), feb 2015, s. 552-558
  20. H. Köppen: Tarmflora & mikrobiom . På: Webbplats Praxiszentrum-Leipzig . ( praxiszentrum-leipzig.de [nås den 22 maj 2017]).
  21. ^ RE Ley, PJ Turnbaugh, S. Klein, JI Gordon: Mikrobiell ekologi: mänskliga tarmmikrober associerade med fetma. I: Natur. 444 (7122), 21 december 2006, s. 1022-1023.
  22. PJ Turnbaugh, RE Ley, MA Mahowald, V. Magrini, ER Mardis, JI Gordon: Ett fetmeassocierat tarmmikrobiom med ökad kapacitet för energiskörd. I: Natur. 444 (7122), 21 december 2006, s. 1027-1031.
  23. F. Bäckhed, JK Manchester, CF Semenkovich, JI Gordon: Mekanismer som ligger bakom motståndet mot dietinducerad fetma hos bakteriefria möss. I: Proc Natl Acad Sci US A. 104 (3), 16 jan 2007, s 979-984. Epub 2007 8 jan.
  24. B F. Bäckhed, H. Ding, T. Wang, LV Hooper, GY Koh, A. Nagy, CF Semenkovich, JI Gordon: Den goda mikrobioten när det gäller miljöfaktor gjorde Reglerar fettlagring. I: Proc Natl Acad Sci U.S.A. 101 (44), 2 nov 2004, s. 15718-15723. Epub 2004 25 okt.
  25. Emeran A. Mayer et al .: Tarm / hjärnaxel och mikrobiota . I: Journal of Clinical Investigation . tejp 125 , nr. 3 , mars 2015, ISSN  0021-9738 , s. 926-938 , doi : 10.1172 / JCI76304 .
  26. Thomas J Borody et al: Bakterioterapi med fekal flora: leksaker med mänskliga rörelser. I: Journal of Clinical Gastroenterology. 2004.
  27. H. Chung, SJ Pamp et al:. Gut immun mognad beror på kolonisering med en värdspecifik mikrobiota. I: Cell. Volym 149, nummer 7, juni 2012, s. 1578-1593, ISSN  1097-4172 . doi: 10.1016 / j.cell.2012.04.037 . PMID 22726443 . PMC 3442780 (fri fullständig text).
  28. a b Joël Doré ( INSA ): Effekten av tarmbakterier går längre än mag-tarmkanalen. ( Minne av den 18 juni 2012 i internetarkivet ) 11 juni 2012, åtkomst den 16 juni 2012.
  29. Tyska institutet för näringsforskning: Gastrointestinal mikrobiologi ( Memento från 15 januari 2014 i internetarkivet )
  30. CF Favier, EE Vaughan, WM De Vos, AD Akkermans: Molekylär övervakning av arv från bakteriesamhällen hos mänskliga nyfödda . I: Appl. Miljö. Mikrobiol. tejp 68 , nr. 1 januari 2002, s. 219-226 , PMID 11772630 , PMC 126580 (fri fulltext).
  31. C. Palmer, EM Bik, DB DiGiulio, DA Relman, PO Brown: Utveckling av tarmmikrobioten hos människa . I: PLoS Biol . tejp 5 , nr. 7 juli 2007, s. e177 , doi : 10.1371 / journal.pbio.0050177 , PMID 17594176 , PMC 1896187 (fri fullständig text) - ( plosjournals.org ).
  32. R. Mändar, M. Mikel Saar: Överföring av mammas mikroflora till den nyfödda vid födseln . I: Biol. Nyfödda . tejp 69 , nr. 1 , 1996, s. 30-35 , PMID 8777246 .
  33. Många vanliga läkemedel hämmar våra tarmbakterier. In: embl.de . 19 mars 2018, nått 30 mars 2019 .
  34. Lisa Maier, Mihaela Pruteanu, Michael Kuhn, Georg Zeller, Anja Telzerow, Exene Erin Anderson, Ana Rita Brochado, Keith Conrad Fernandez, Hitomi Dose, Hirotada Mori, Kiran Raosaheb Patil, Peer Bork, Athanasios Typas: Omfattande effekt av icke-antibiotikum droger på mänskliga tarmbakterier. I: Natur. 555, 2018, s. 623, doi : 10.1038 / nature25979 .
  35. Christian Lodberg Hvas, Simon Mark Dahl Baunwall, Christian Erikstrup: Fekal mikrobiota-transplantation: En livräddande terapi utmanad av kommersiella anspråk på exklusivitet . I: EClinicalMedicine . tejp 24 juli 2020, ISSN  2589-5370 , doi : 10.1016 / j.eclinm.2020.100436 , PMID 32642633 ( thelancet.com [nås 13 juni 2021]).
  36. Probiotisk Escherichia coli Nissle 1917 hämmar läckande tarm genom att förbättra slemhinnans integritet .
  37. Woojung Shina, Hyun Jung Kim: Intestinal barriär dysfunktion organiserar uppkomsten av inflammatorisk värd-mikrobiom-tvärprat i en mänsklig brunninflammation-på-ett-chip. Proceedings of the National Academy of Sciences 115.45 (2018)
  38. ^ Rita Rosenthal et al.: Myrra utövar barriärstabiliserande och skyddande effekter i HT-29 / B6 och Caco-2 tarmepitelceller. Int J Colorectal Dis. 32 (5): 623-634 (2017)
  39. Laura Weber et al.: Antiinflammatoriska och barriärstabiliserande effekter av myrra, kaffekol och kamomillblommeextrakt i en samodlingscellmodell av tarmslemhinnan. Biomolekyler 10, 1033 (2020)