Chapter 25: Normal microbiota and non specific host resistance

Ihmisten mikrobisto (mikrofloora) Yhdessä ihmisessä on: 1014 bakteeria ja 1013 eukarioottista solua Paksusuolessa on 1-1½ kg mikrobeja

Ihmisten mikrobisto (mikrofloora) Yhdessä ihmisessä on: 1014 bakteeria ja 1013 eukarioottista solua Paksusuolessa on 1-1½ kg mikrobeja Mikrobiston aineenvaihdunta  Maksan aineenvaihdunta

Ihmisten mikrobisto (mikrofloora) Suolistossa on arviolta >400 erilaista bakteerilajia Noin 10 sukua ovat 95-99% koko bakteeri-määrästä Monella on epävarma funktio, osa on vahingollisia osa voi olla hyödyllisiä

Suolistomikrobiston terveysvaikutukset    Bifidobacterium Bacteroides Pseudomonas Lactobacillus Peptostreptococcus Staphylococcus Enterococcus Fusobacterium Vibrio Clostridium Escherichia coli Hiivat Toksiinituotanto Karsinogeenituotanto ” mädäntyminen” ………………... Orgaanisten happojen muodostuminen Estävät patogeenien kiinnittymistä ja kasvua Säätelevät immuunivastetta ………………...

ruokatorvi ei limakalvoa nopea virtaus Mahalauku limakalvoa matala pH proteaasit vaihtelevat tyhjentymisajat Duodenum (Pojukaissuoli) limakalvoa sappi haimaneste pH nousee nopea virtaus Jejunum (Ohutsuoli) limakalvoa nopea virtaus neutraali pH Paksusuoli limakalvoa neutraali/ lievästi hapan pH hidas virtaus back mixing anaeroobinen Ileum (Ohutsuoli) limakalvoa neutraali pH virtaus hidasta matala pO2

Vertikaalinen mikrobiston jakautuminen Lumen vanhat enterocytit Mukus Limakavo O2 Villi defensiinit lysotsymi Crypts

Kiinnittyneitä mikrobeja

Adheesio ja kolonisaatio

Suolistomikrobisto on osallisena: Ripuli Ärtyneen paksusuolen syndroma Tulehduksellinen suolisairaus Paksusuolisyöpä Paksusuolentulehdus Allergia Nivelreuma ……….

Ripuli, koleratoksiini Lumen Na+ H2O Cl- sytoplasma

Häiritse suolisto-mikrobisto Antibiootti ripuli sairaus Antibiootti-hoito Antibiootti-ripuli Häiritse suolisto-mikrobisto Clostridium difficile ylikasvu Toksiini

Paksusuolisyöpä prokarsinogeenit  karsinogeenit Bakteerientsyymejä b-galaktosidaasi b-glukuronidaasi nitroreduktaasi atsoreduktaasi ureaasi bile salt hydrolase (sappihydrolaasi) Voihappo  epiteelisolujen erikoistuminen, apoptoosi (ohjelmoitu solukuolema)

Allergia Hygienia hypoteesi vähän mikrobeja ympäristössä pienet perheet vähän fekaali-oraali tauteja virukset bakteerit madot rokotus  vähän muita taudeja

Mikrobisto allergiset lapset Enemmän Clostridium Vähemmän bifidobakteereja Vääriä bifidobakteereja?

Kolonisaatioresistenssi Mikrobisto suojaa meiltä patogeeneilta Kilpailu ravintoaineista Kilpailu tilasta Antimikrobiset aineet valmistus orgaaniset hapot, etikka-, maito-, voi-, propionihappo H2O2, diasetyyli, …... bakteriosiineja Lisää immunivastetta

H2O2 muodostuminen Lactobacilleja vaginassa spermisiidi (nonoxenol-9) seksuaalinen aktiivisuus - - Lactobacillus ± H2O2 Hormonit estrogeeni - Candida Enterococcus Escherichia coli Proteus Virtsa infektio

Bakteeriosiineja Antimikrobiset proteiinit Bakteerista Tavallisesti aktiivinen vain samalle lajille/suvulle Esim. nisiini (Lactococcus lactis) E234

Nisiini Tioeeterit: -C-S-C-

Gnotobiootiset eläimet

Gnotobiootiset eläimet 109 Salmonella enteritidis tappaa tavallisen marsun 10 Salmonella enteritidis tappaa gnotobiootisen marsun Immunivaste  vastasyntynyt eläin

Analysis of the intestinal microbiota Culture based methods Selektiiviset maljat/agarit Molecular biological methods Kvantitatiivinen PCR Fluorescent in situ hybridisation DGGE/TGGE

Suoliston kolonisaatio, lapset Benno & Mitsuoka, 1986

Denaturing Gradient Gel Electrophoresis PCR derived rDNA amplicons + GC-clamp Bacterium A Bacterium B Bacterium C Bacterium D C A B D Denaturing gel Increasing denaturing gradient Non-denaturing gel ABCD

Suoliston kolonisaatio (DGGE) G +C määrä

Bifidobakteerien kolonisaatio Bifidobakteerejamäärä Birth Weaning Adulthood Old age

Fluorescent in situ hybridisation

Mikrobiston koostumuksen vaihtaminen ja/tai aktiivisuuden Probiooteja (pelastajabakteereja) ”Elävää mikrobivalmistetta, joka riittävässä määrin annosteltuna edistää ihmisen tai eläimen terveyttä” Prebiooteja ”ruoan sulamattomia komponentteja, jotka edistävät suoliston edullisten bakteerien kasvua”

Probiootteja Laktoosi-intoleranssi (ei probiootteja vaan jogurtti) Rotavirus ripuli (-1 päivä) Antibioottiripuli, vähentää riskiä, hoito Allergia, vähentää riskiä, hoito Säätelevät immuunivastetta  ja sitten? Muuttaa bakteerientsyymi aktivisuus  ja sitten? L. rhamnosus GG L. reuteri B. lactis Bb12 ? + ? + ?

Prebiootteja Bifidobacterium määrä nouse  ja sitten? Vähentää ummetusongelmia enemmän bakteereja ja kosteus Paranta Ca2+ imytyminen Alentaa pH paksusuolessa, Ca2+ liukenee paremmin Muutta bakteerien entsyymiaktiivisuutta  ja siten?

Ca2+ imytyminen mikrobisto prebiootti orgaaniset hapot pH  liukunut Ca2+  pH  H+  Ca2+ imytyminen  protonikäyttövoima 

Prebiootteja Inuliini (frukto-oligosakkarideja)  rasvakorvike Galakto-oligosakkarideja  äidinmaitovastike Resistensitärkkelys Xylo-oligosakkarideja Laktuloosi  laksatiivi Laktitoli, ksylitoli

Prebiootteja ja paksusuolisyöpä Clostridium  Bifidobacterium 

Puolustusmekanismit

Puolustusmekanismit (entsyymit) Lysotsyymi Peroksidaasi  H2O2 Proteaasit Haimaneste Proteaasi

Puolustusmekanismit (muut) Normaali mikrobisto Mukus Matala pH Sappi ’saippua’ detergentti Rasvahappoja  rikovat membraaneja Defensiinit (cryptdins)  antimikrobiset proteiinit Virtaus (peristalsis)  huuhtoo mikrobeja pois Laktoferriini  sitoutuuFe2+ Kuljetus

Mukus Goblet solu Musiini proteiini oligosakkarideja)

Puolustusmekanismit (muut) Normaali mikrobisto Mukus Matala pH Sappi ’saippua’ detergentti Rasvahappoja  rikovat membraaneja Defensiinit (cryptdins)  antimikrobiset proteiinit Virtaus (peristalsis)  huuhtoo mikrobeja pois Laktoferriini  sitoutuu Fe2+ Kuljetus

Mucociliary blanket (kuljetus) henkitorvessa

AVAINSANAT Paksusuolisyöpä Mikrobisto Allergia Kolonisaatioresistenssi Gnotobiootiset eläimet Koloniasaatio Probioottit Prebioottit Puolustusmekanismit Mikrobisto mahassa, ohutsuolessa, paksusuolessa, ihossa, suussa, vaginassa, nenässä, korvassa,.. Limakalvo mukus, villus, crypts Adheesio, kolonisaatio Ripuli koleratoksiini antibiootti