Abstract
Mikrobiota repräsentiert die gesamte mikrobielle Gemeinschaft, die im Darmwirt vorhanden ist. Es dient mehreren Funktionen, die eine gegenseitige Beziehung zum Host herstellen. In den letzten Jahren ist die Zahl der Studien zu diesem Thema, insbesondere zu Darmerkrankungen, gestiegen. In diesem Szenario sind Proteobakterien eine der am häufigsten vorkommenden Phyla, die mehrere bekannte menschliche Krankheitserreger umfasst. Diese Übersicht beleuchtet die neuesten Erkenntnisse zur Rolle von Proteobakterien nicht nur bei Darmerkrankungen, sondern auch bei extraintestinalen Erkrankungen. Tatsächlich identifiziert eine zunehmende Datenmenge Proteobakterien als mögliche mikrobielle Signatur von Krankheiten. Mehrere Studien zeigen eine erhöhte Häufigkeit von Mitgliedern dieses Stammes unter solchen Bedingungen. Hauptnachweise betreffen derzeit Stoffwechselstörungen und entzündliche Darmerkrankungen. Neuere Studien deuten jedoch auf eine Rolle auch bei Lungenerkrankungen wie Asthma und chronisch obstruktiver Lungenerkrankung hin, aber die Beweise sind noch spärlich. Bemerkenswerterweise werden alle diese Zustände durch verschiedene Entzündungsgrade aufrechterhalten, was somit einen Kernaspekt von Proteobakterien-bedingten Krankheiten darstellt.
1. Einleitung
Der Darm ist das am meisten besiedelte menschliche Organ mit bis zu 100 Billionen Mikroben, etwa dem 10-fachen der Anzahl menschlicher Zellen . Auf dieser Ebene wurden mehr als 50 Phyla beschrieben, wobei jedoch nur 4 Hauptphyla vorherrschten: Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobakterien und Proteobakterien .
Insbesondere wird der Gastrointestinaltrakt (GIT) auch von Pilzen und Viren besiedelt, die jeweils das Darmmykobiom und das Darmvirom bilden .
Die Metagenomik ermöglichte die Schätzung der Anzahl der Gene der Mikrobiota, des sogenannten Mikrobioms, mit einer Zahl, die das menschliche Genom um mehr als das 150-fache übersteigt (etwa 3, 3 Millionen im Vergleich zu etwa 20.000 Genen beim Menschen) und somit ein echtes zweites Genom für den Wirt darstellt.
Die Anzahl der mikrobiellen Zellen zeigt einen positiven rostrokaudalen Gradienten entlang des gesamten GIT: von etwa 10-103 Mikroben pro Gramm in Magen und Zwölffingerdarm, 104-107 Mikroben pro Gramm in Jejunum und Ileum bis zu 1011-1012 Mikroben pro Gramm im Dickdarm .
Darüber hinaus variiert die Zusammensetzung der Mikrobiota auch in den verschiedenen GI-Trakten: Im Dickdarm überwiegen Anaerobier, insbesondere die Familien Bacteroidetes und Lachnospiraceae, die zum Firmicutes-Stamm gehören . Andererseits überwiegen fakultative Anaerobier im Dünndarm .
Mikroorganismen Die Besiedlung des GIT beginnt bei der Geburt mit einer dynamischen Mikrobiota, die sich in den ersten Lebensjahren schrittweise stabilisiert . Bei Erwachsenen erreicht die Mikrobiota eine höhere Komplexität und nimmt an Vielfalt zu . Schließlich zeigt die Zusammensetzung der Mikrobiota bei älteren Menschen eine verringerte Diversität mit Vorherrschen von Proteobakterien und einer Abnahme von Bifidobakterien .
Darüber hinaus beeinflussen viele Faktoren die Zusammensetzung der Mikrobiota während des Lebens, die wichtigsten sind Diät, Liefermodus, Fütterungsart, Drogenkonsum, insbesondere Antibiotika, und, wie bereits oben erwähnt, Alter .
Die Darmmikrobiota erfüllt viele wichtige Funktionen im Wirt und stellt eine echte Symbiose her. Diese Funktionen umfassen den Stoffwechsel und die Synthese von Nährstoffen, insbesondere Vitamin K und B-Vitamine, Tropismus auf der Schleimhaut, Drogen und Toxine Stoffwechsel und Barrierefunktionen . Tatsächlich ist die Mikrobiota Bestandteil der sogenannten Darmbarriere, einer komplexen Struktur von größter Bedeutung, die als Grenze zwischen Wirt und Umwelt dient, die Interaktion zwischen Bakterien und Wirtszellen reguliert und die Aufnahme von Nährstoffen moduliert .
In diesem Zusammenhang sind Proteobakterien, wie bereits erwähnt, eine der am häufigsten vorkommenden Phyla in der menschlichen Darmmikrobiota. Der Name Proteobakterien wurde zuerst von Stackebrandt et al. im Jahr 1988 . Diese Bakteriengruppe wurde jedoch bereits 1987 von Woese unter dem informellen Namen „Purpurbakterien und ihre Verwandten“ etabliert . Der Name Proteus leitet sich vom antiken griechischen Meeresgott Proteus ab, der aufgrund der hohen Heterogenität der zu diesem Stamm gehörenden Bakterien unterschiedliche Formen annehmen kann . Ein gemeinsames Merkmal von Proteobakterien ist die gramnegative Färbung und damit das Vorhandensein des Lipopolysaccharids in der äußeren Membran. Proteobakterien sind derzeit das größte Phylum innerhalb der Bakteriendomäne. Basierend auf der phylogenetischen Analyse des 16S-rRNA-Gens ist das Proteobakterien-Phylum in 6 Klassen unterteilt (zuvor als Unterklassen des Phylums angesehen): Alphaproteobakterien, Betaproteobakterien, Gammaproteobakterien, Deltaproteobakterien, Epsilonproteobakterien und Zetaproteobakterien. Wenn man bedenkt, dass die Klasseneinteilung auf molekularer Verwandtschaft basiert, ist es nicht verwunderlich, dass kein spezifisches morphologisches oder physiologisches Merkmal Mitglieder innerhalb jeder Klasse charakterisiert. Im Proteobacteria-Stamm finden sich viele häufige menschliche Krankheitserreger: Beispielsweise gehören die Gattungen Brucella und Rickettsia zur Alphaproteobacteria-Klasse, Bordetella und Neisseria zur Betaproteobacteria-Klasse, Escherichia, Shigella, Salmonella und Yersinia zur Gammaproteobacteria-Klasse und schließlich Helicobacter zur Epsilobacteria-Klasse. Beim Menschen sind Proteobakterien an verschiedenen Körperstellen wie Haut, Mundhöhle, Zunge und Vaginaltrakt vorhanden, außer im menschlichen Darm und Stuhl .
Ziel dieser Arbeit ist es, die neuesten Erkenntnisse zur Rolle von Proteobakterien-Mitgliedern bei intestinalen, aber auch extraintestinalen Erkrankungen zu überprüfen. Besonderes Augenmerk wird auf Stoffwechsel- und Entzündungsstörungen gelegt.
2. Metabolische Rolle
In den letzten Jahren hat das Interesse an der Untersuchung der Rolle der Darmmikrobiota bei mehreren extraintestinalen Erkrankungen zugenommen. Viele Studien fanden eine Implikation der Mikrobiota und ihrer Veränderungen bei vielen Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes und Glukoseintoleranz, Fettleibigkeit, nichtalkoholischer Steatohepatitis und Herz-Kreislauf-Erkrankungen .
Viele Veränderungen in der Mikrobiota wurden bei Patienten mit Merkmalen des metabolischen Syndroms gefunden. Zum Beispiel Lambeth et al. analysierte die fäkale bakterielle Zusammensetzung von Patienten mit Typ-2-Diabetes (T2DM), Prädiabetes (wie in der 2014 veröffentlichten Position der American Diabetes Association definiert ) und gesunden Kontrollen. Sie fanden eine signifikante Zunahme einer unbekannten Gattung der Familie Enterobacteriaceae (im Stamm Proteobacteria enthalten) sowie eine Zunahme der Gattung Collinsella in der T2DM-Gruppe im Vergleich zu den anderen Gruppen .
Ein Zusammenhang zwischen niedriggradiger Entzündung, die durch Lipopolysaccharide (LPS) aufrechterhalten wird, und der Entwicklung von Stoffwechselstörungen ist gut belegt ; Die Hypothese über die direkte Rolle der Mikrobiota bei der Entwicklung dieses Entzündungszustands, der als Endotoxämie bezeichnet wird, ist jedoch jünger und wurde insbesondere von Cani et al. . Tatsächlich fanden die Autoren heraus, dass die Produktion von LPS durch gramnegative Bakterien im Darm aufrechterhalten wird und dass die Verabreichung von Antibiotika die metabolische Endotoxämie und den Zökalgehalt von LPS reduziert .
Dank der technologischen Innovationen und der Verbreitung neuartiger Techniken zur Analyse der Mikrobiota, nämlich der 16s-rRNA-Sequenzierung und der Metagenomsequenzierung, haben sich die jüngsten Studien auf die Identifizierung der Bakterien konzentriert, die an der Entstehung von Endotoxämie und an der Entwicklung von Stoffwechselstörungen beteiligt sein können. In diesem Zusammenhang wurde häufig festgestellt, dass Proteobakterien vermehrt sind .
Zum Beispiel fanden Fei und Zhao eine Zunahme der Enterobacteriaceae-Familie bei einem adipösen Freiwilligen . Darüber hinaus war nach Gewichtsverlust die Enterobacteriaceae-Population mit einer signifikanten Reduktion am stärksten betroffen. Darüber hinaus überwindet die Impfung mit einem klinischen Isolat der Enterobacter-Population in keimfreien (GF) Mäusen die Resistenz gegen die Entwicklung von Fettleibigkeit nach einer fettreichen Diät (HFD) . Tatsächlich sind GV-Mäuse normalerweise resistent gegen HFD-induzierte Fettleibigkeit .
Wichtige Erkenntnisse über die Rolle der Mikrobiota bei Fettleibigkeit stammen aus der sehr bekannten Studie von Turnbaugh et al. durchgeführt in einem Mausmodell der Fettleibigkeit, das zeigte, dass nicht nur fettleibige Mäuse eine dysbiotische Mikrobiota mit einem Anstieg der Firmicutes und einer Verringerung der Bacteroidetes beherbergten, sondern auch der fettleibige Phänotyp durch Transplantation von fäkaler Mikrobiota auf keimfreie Mäuse übertragen werden konnte. Tatsächlich führte der Transfer von fäkaler Mikrobiota von adipösen Mäusen in keimfreie Mäuse zu einer stärkeren Zunahme des Körpergewichts im Vergleich zu Mäusen, die mit Mikrobiota von mageren Mäusen transplantiert wurden .
Weitere Studien untersuchten, ob die Wirkung der Mikrobiota-Transplantation bei nicht keimfreien Mäusen nach Antibiotikabehandlung repliziert werden konnte. Die Autoren fanden ähnliche, wenn auch weniger offensichtliche Veränderungen der Stoffwechselparameter wie bei keimfreien Mäusen. Dementsprechend war die Mikrobiota in den transplantierten Mäusen nur vorübergehend der Mikrobiota der Spendermäuse ähnlich, mit der Tendenz, im Laufe der Zeit in den Status vor der Transplantation zurückzukehren .
Schließlich liefern Studien am Menschen interessante, aber immer noch begrenzte Ergebnisse. Zum Beispiel, Vrieze et al. untersuchte die Auswirkungen der Transplantation von Darmmikrobiota von mageren Spendern auf Patienten mit metabolischem Syndrom bei der Beurteilung von Veränderungen im Glukosestoffwechsel . Kurz gesagt, Patienten mit metabolischem Syndrom wurden randomisiert, um entweder Mikrobiota von mageren Spendern oder autologe Mikrobiota zu erhalten.; die Insulinsensitivität und die Zusammensetzung der Mikrobiota wurden zu Studienbeginn und nach 6 Wochen nach der Stuhlinfusion bewertet. Nach 6 Wochen zeigte nur die allogene Infusionsgruppe eine Verbesserung der peripheren Insulinsensitivität mit einer signifikanten Zunahme der Mikrobiota-Diversität.
Darüber hinaus wurde in verschiedenen Studien die Rolle der Mikrobiota bei der nichtalkoholischen Fettlebererkrankung (NAFLD) und der nichtalkoholischen Steatohepatitis (NASH) untersucht. Zum Beispiel Michail et al. untersuchte die mikrobielle Zusammensetzung von Kindern mit und ohne NAFLD. Die Autoren fanden heraus, dass Patienten mit NAFLD häufiger Gammaproteobakterien und Prevotella und signifikant höhere Ethanolspiegel aufwiesen . Interessanterweise fanden frühere Studien heraus, dass sowohl Gammaproteobakterien als auch Prevotella mit endogener Alkoholproduktion assoziiert sind, was auf einen Mechanismus für die Entwicklung von Leberschäden hindeutet.
Die Analyse der Mikrobiota-Zusammensetzung bei Kindern hat einen allmählichen Anstieg der Proteobakterien zwischen gesunden, adipösen und NASH-Kindern gezeigt . Bei der Analyse auf Familien- und Gattungsebene stellten die Autoren fest, dass dieser Unterschied durch einen Anstieg der Enterobacteriaceae bzw.
Ähnliche Ergebnisse wurden von Kapil et al. . Die Autoren untersuchten die Rolle des bakteriellen Überwachsens des Dünndarms (SIBO) bei der Entwicklung von NAFLD / NASH und fanden heraus, dass bis zu 37,5% der Patienten mit NAFLD SIBO haben. Interessanterweise war Escherichia coli gemäß der zuvor erwähnten Studie das häufigste bakterielle Isolat. Schließlich hatten Patienten mit SIBO auch ein höheres Maß an Endotoxämie .
Andere Autoren stellten die Hypothese auf, dass die Darmmikrobiota Veränderungen in der Darm-Hirn-Achse induzieren könnte, um ihre Rolle bei Stoffwechselerkrankungen zu erklären. Eigentlich, Vaughn et al. gefunden, dass Ratten, die mit HFD gefüttert wurden, nicht nur mit Mikrobiota-Variationen assoziiert waren, insbesondere mit der Proliferation von Proteobakterien, sondern auch mit der Reorganisation von vagalen Afferenzen und Mikroglia-Aktivierung im Kern des solitären Trakts, dem Gehirnzentrum, das das Sättigungsgefühl moduliert . Darüber hinaus reichte die Verabreichung einer Antibiotikabehandlung aus, um die oben erwähnte neuronale Reorganisation im Nervensystem rückgängig zu machen, was auf eine direkte Rolle der Mikrobiota bei diesem Phänomen hindeutet .
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Gestaltung der Darmmikrobiota durch die Ernährung. Zum Beispiel de Filippo et al. vergleich der fäkalen Mikrobiota europäischer Kinder mit der von Kindern aus Burkina Faso . Die Autoren fanden heraus, dass die Mikrobiota von Burkina Faso-Kindern durch einen höheren mikrobiellen Reichtum und eine höhere Biodiversität sowie durch eine Unterrepräsentation von Enterobacteriaceae im Vergleich zu europäischen Kindern gekennzeichnet war, was wiederum auf eine schädliche Rolle von Proteobakterien hindeutet und die Bedeutung der Erhaltung der mikrobiellen Biodiversität hervorhebt .
Schließlich scheinen Proteobakterien auch an Herz-Kreislauf-Erkrankungen beteiligt zu sein. Zum Beispiel Amar et al. es wurde festgestellt, dass die Dysbiose der Blutmikrobiota und insbesondere der Anstieg der Proteobakterien mit dem Auftreten kardiovaskulärer Ereignisse in einer Allgemeinbevölkerung nach adäquater Anpassung an bekannte kardiovaskuläre Risikofaktoren wie Rauchen verbunden waren . Die atherosklerotische Erkrankung ist durch eine Verdickung der Arterienintima aufgrund einer Ansammlung von Lipiden und Immunzellen gekennzeichnet, hauptsächlich Makrophagen und T-Zellen, die die typische Plaque bilden. Ein Zusammenhang zwischen Atherosklerose und Infektion wurde postuliert . Insbesondere neuere Studien konzentrierten sich auf die Rolle verschiedener Krankheitserreger auf die Bestandteile der Plaque mit Hinweisen auf proatherosklerotische Wirkungen . In diesem Zusammenhang gibt es Hinweise darauf, dass in der atherosklerotischen Plaque hohe Mengen an Proteobakterien vorhanden sind ; Daher kann spekuliert werden, dass diese Mikroorganismen proinflammatorische Wirkungen haben können, die zur Aktivierung der Plaque beitragen können. Andere Autoren stellten jedoch die Hypothese auf, dass Mikroorganismen auch indirekt durch Mechanismen der molekularen Mimikry beitragen könnten, wobei der „schuldige“ Erreger möglicherweise nicht lokal gefunden wird .
3. Entzündung und entzündliche Darmerkrankung
Die Interaktion zwischen Mikrobiota und Wirtszellen im Darm ist essentiell für die Gestaltung und Modulation des Immunsystems , wobei viele Studien über eine Veränderung der Mikrobiota-Zusammensetzung bei verschiedenen entzündlichen Erkrankungen berichten-anhaltende Bedingungen sowohl bei Tieren als auch beim Menschen . In diesem Zusammenhang wird häufig festgestellt, dass Proteobakterien an Krankheiten zunehmen und von einigen Autoren als möglicher Marker für die Instabilität der Mikrobiota identifiziert wurden, der somit für den Ausbruch der Krankheit prädisponiert .
Interessanterweise wurde bei neugeborenen Mäusen eine vorübergehende Dominanz von Proteobakterien, insbesondere Enterobacteriaceae, gefunden, die jedoch mit zunehmendem Alter progressiv verloren geht . Diese Veränderung ist auch mit einem proinflammatorischen Zustand verbunden, wie durch Quantifizierungen üblicher proinflammatorischer Interleukine aufgedeckt. Der Übergang zu einer stabilen und weniger reaktiven Mikrobiota war mit der Produktion spezifischer IgA verbunden, die insbesondere auf Proteobakterien abzielen, was auf eine wichtige Rolle von B-Zellen bei der Kontrolle und Modulation der Darmbakterien durch Immunglobulinproduktion hindeutet. Konsequent führen sowohl das Fehlen differenzierter B-Zellen, wie sie bei Ighm−/− Mäusen vorkommen, als auch ein Mangel an IgA-Produktion zu einer Persistenz in der Proteobakteriendominanz auch bei adulten Mäusen mit ebenfalls persistierendem Entzündungsphänotyp.
Die Autoren, die die Rolle von B-Zellen weiter untersuchten, fanden heraus, dass die Produktion von spezifischem IgA gegen Proteobakterienmitglieder durch dendritische Zellen vermittelt wird. Zusammengenommen unterstreichen diese Daten die dramatische Relevanz der Mikrobiota für die Modulation des Wirtsimmunsystems .
Die Rolle von Proteobakterien bei Darmentzündungen wurde in verschiedenen Mäusemodellen von Colitis mit positiven Korrelationen untersucht . Zum Beispiel Carvalho et al. verwendete ein entzündungsanfälliges Mausmodell, nämlich den Flagellinrezeptor TLR5-defiziente Mäuse (T5KO), um die Rolle der Mikrobiota bei der Entwicklung von Darmentzündungen zu untersuchen . Die Autoren fanden heraus, dass Mäuse, die zu Colitis fortschritten, eine bestimmte Mikrobiota-Signatur zeigten, die durch erhöhte Proteobakterien, insbesondere der Gattung Escherichia, gekennzeichnet war .
Interessanterweise haben Langgartner et al. kürzlich fand man eine Expansion von Proteobakterien auch in einem Mausmodell für chronischen psychosozialen Stress. Diese Daten unterstützen das Konzept einer Gehirn-Mikrobiota-Achse, ein neuartiges Konzept, das auf das komplexe bidirektionale Übersprechen zwischen diesen scheinbar getrennten Einheiten hinweist und Proteobakterien als Disruptoren der intestinalen Homöostase impliziert.
Entzündliche Darmerkrankungen (IBD), hauptsächlich Morbus Crohn (CD) und Colitis ulcerosa (UC), sind chronische Erkrankungen, die durch anhaltende Darmentzündungen gekennzeichnet sind, deren Ätiologie noch unbekannt ist.
Neuere Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass sie aus einer unangemessenen und anhaltenden Entzündungsreaktion auf Mikrobiota in einem anfälligen Wirt resultieren können .
Die meisten Studien konzentrierten sich auf die Variationen der Darmmikrobiota bei IBD. In diesem Zusammenhang wird häufig festgestellt, dass Proteobakterien unter diesen Bedingungen erhöht sind , was wiederum unterstützt, dass diese speziellen Mikroorganismen proinflammatorische Eigenschaften aufweisen können.
Die genauen Mechanismen, die zum Anstieg der Proteobakterien während der Erkrankung und insbesondere während der Entzündung führen, sind nicht vollständig bekannt. Die Beobachtung, dass während einer Darmentzündung eine Abnahme der obligaten Anaerobier und eine Zunahme der fakultativen Anaerobier wie Enterobacteriaceae auftritt, führte jedoch zur Formulierung der „Sauerstoffhypothese“ . Tatsächlich wurde gezeigt, dass Kolonepithelzellen unter physiologischen Umständen den Sauerstoffgehalt im Lumen an der Schleimhautgrenzfläche durch Beta-Oxidationsprozesse abbauen und so eine anaerobe Umgebung erzeugen . Andererseits verringern die Epithelzellen im Falle einer Darmentzündung ihre Fähigkeit zur Beta-Oxidation mit der Folge einer erhöhten Verfügbarkeit von Sauerstoff, von der angenommen wird, dass sie die Dysbiose fördert, und sie ist mit Proteobakterien verbunden blühen . Ein weiterer wichtiger Faktor, der an der Entwicklung von Dysbiose und insbesondere an der Blüte von Enterobacteriaceae beteiligt sein könnte, ist Nitrat. Tatsächlich wurde gezeigt, dass Nitrat, das vom Wirt unter entzündlichen Bedingungen produziert wird, von kommensalen Enterobacteriaceae ausgenutzt werden kann, die somit vorherrschen . Weitere Studien zeigten, dass die Expression von Nos2, dem Gen, das für die Stickoxidsynthase kodiert, durch die Aktivität von PPAR-γ gehemmt wird, das wiederum durch einige Mikrobiota-Produkte wie Butyrat aktiviert wird . Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Fehlen einer gesunden butyratproduzierenden Mikrobiota zu einer erhöhten Nos2-Expression und Nitratproduktion führt, die schließlich die Blüte von Enterobacteriaceae ermöglicht .
Darüber hinaus wurde in dem Versuch, spezifische Proteobakterien, die mit IBD assoziiert sind, besser zu identifizieren, ein neuer Pathovar (d.h., ein Stamm mit gleichen oder ähnlichen Eigenschaften, der sich auf infrasubspezifischer Ebene von anderen Stämmen derselben Art oder Unterart auf der Grundlage einer ausgeprägten Pathogenität unterscheidet), der zur Gattung Escherichia gehört, identifiziert wurde . Diese neue pathogene Gruppe wurde als adhärent-invasive E. coli (AIEC) bezeichnet, da sie anhaftet und anschließend in Darmepithelzellen eindringt . Weitere Studien zeigten, dass AIEC bei CD im Vergleich zu gesunden Kontrollen häufiger auftraten, insbesondere mit ileumaler CD assoziiert waren und auch als vorherrschende Mikroorganismen gefunden wurden, die Ileumläsionen dieser Patienten besiedelten .
Eine weitere Studie, durchgeführt von Willing et al., fand auch eine erhöhte Häufigkeit von Escherichia coli-Bakterien speziell in Ileumzellen . Der „Mehrwert“ dieser Studie war die Mikrobiota-Analyse von eineiigen Zwillingen, um mögliche Störfaktoren im Zusammenhang mit genetischen Variablen zu mildern . Angesichts dieser Daten spekulieren die Autoren, dass Umweltfaktoren, insbesondere Mikrobiota-Variationen, eher an der Definition des IBD-Phänotyps als an genetischen Faktoren beteiligt sein könnten.
Ein komplexeres Szenario ist jedoch wahrscheinlicher, insbesondere in der Pathogenese von IBD. Zum Beispiel Knights et al. die Analyse von Darmbiopsien von Patienten mit IBD zeigte, dass es einen signifikanten Zusammenhang zwischen der Anzahl der NOD2-Risikoallele und der relativen Häufigkeit von Enterobacteriaceae gibt . Diese Daten stehen im Einklang mit dem aktuellen Konzept von IBD als multifaktorielle Erkrankungen mit einer vorrangigen Rolle von Mikrobiota-Variationen in einem anfälligen Wirt, wie bereits erwähnt.
4. Entzündungen und Lungenerkrankungen
Trotz der weit verbreiteten Vorstellung, dass der Atemweg eine sterile Umgebung ist, belegen neuere Erkenntnisse die Existenz eines Lungenmikrobioms, das etwa 500 Arten beherbergt. Eine „Kern“ -Atemwegsmikrobiota wurde auch in gesunden Lungen identifiziert, wobei die gleichen Phyla im Darm vorherrschten, insbesondere Bacteroidetes, Firmicutes und Proteobakterien .
Asthma und chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) sind chronisch entzündliche Erkrankungen der Lunge. Jüngste Studien konzentrierten sich auf die Analyse des Lungenmikrobioms unter diesen Bedingungen, um die Pathophysiologie besser zu verstehen und möglicherweise neue und wirksamere Behandlungen zu entwickeln. Mehrere Beweise deuten auf eine wichtige Rolle der Mikrobiota bei beiden Krankheiten hin. Zum Beispiel korreliert der Einsatz von Antibiotika mit dem Risiko des Auftretens von Asthma bei Kindern .
Darüber hinaus zeigt der Vergleich der bakteriellen Zusammensetzung von Patienten mit oder ohne Asthma in verschiedenen Studien eine höhere Häufigkeit von Proteobakterien bei Asthmatikern . Weitere Ergebnisse sind höhere Anteile von Firmicutes und Actinobakterien bei gesunden Patienten, die jedoch keine statistische Signifikanz erreichten .
Rauchen ist der Hauptrisikofaktor für die Entwicklung von COPD; Allerdings entwickeln nicht alle Raucher letztendlich eine Krankheit, was darauf hindeutet, dass andere Faktoren eine Rolle spielen könnten. Biedermann et al. zum Beispiel untersuchte die Variation der Mikrobiota-Zusammensetzung zu Studienbeginn und nach Raucherentwöhnung . Nach der Raucherentwöhnung zeigte sich eine Abnahme der Proteobakterien. Es muss jedoch betont werden, dass die Analyse in Stuhlproben durchgeführt wurde, sodass die Ergebnisse die Darmmikrobiota betreffen .
In Bezug auf Asthma fanden verschiedene Studien einen Anstieg der Proteobakterien bei Patienten mit COPD und insbesondere bei Patienten mit Exazerbationen der Krankheit . Schließlich fanden die Autoren in derselben Studie unterschiedliche „mikrobielle Signaturen“ oder Mikrobiomprofile zwischen bakteriellen und eosinophilen Exazerbationen, insbesondere eine Zunahme von Proteobakterien in der ersteren Gruppe und eine Zunahme von Firmicutes in der letzteren Gruppe .
5. Schlussfolgerungen
Dank der jüngsten Fortschritte in der Technologie sind wir nun in der Lage, Mikrobiota sowohl in Bezug auf Gesundheit als auch auf Krankheit besser zu bewerten. Die Forschung ist besonders aktiv bei entzündlichen Erkrankungen wie IBD. Insbesondere wird gezeigt, dass Entzündungen an der Entwicklung von Stoffwechselstörungen wie Fettleibigkeit, Diabetes und NASH / NAFLD beteiligt sind. Viele Studien zu diesen Themen basieren auf dem Vergleich der Mikrobiota-Zusammensetzung in Gesundheit und Krankheit mit häufiger Beobachtung einer erhöhten Häufigkeit von Proteobakterien in der letzteren Gruppe. Basierend auf diesen Daten haben die Autoren vorgeschlagen, dass Proteobakterien eine „mikrobielle Signatur“ der Krankheit darstellen können . Somit kann die Mikrobiota ein neuartiges Ziel für die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien zur Behandlung von Stoffwechselstörungen darstellen. Weitere Studien sollten sich auf die Möglichkeit konzentrieren, die Darmmikrobiota zu modulieren, um dysbiotische Zustände mit dem Endziel eines Nutzens für den Wirt wiederherzustellen. In diesem Zusammenhang hat die fäkale Mikrobiota-Transplantation die idealen Eigenschaften, um diesem Bereich zu dienen. Das Studium des Lungenmikrobioms ist ein expandierendes Forschungsgebiet, im Zuge der großen Datenmenge, die aus Studien der Darmmikrobiota gewonnen wird. Während dieser Bereich noch weitgehend unerforscht ist, können viele Ähnlichkeiten mit der Darmmikrobiota gefunden werden, zum Beispiel die Verbindung zwischen Entzündung und Asthma oder COPD.
Zusammenfassend sind Proteobakterien bei mehreren intestinalen und extraintestinalen Erkrankungen häufig überrepräsentiert, meist mit einem entzündlichen Phänotyp. Während die Kausalität noch nicht bewiesen ist, werden Studien, die mögliche Verbindungsmechanismen zwischen Dysbiose, insbesondere Proteobakterien, und Krankheiten untersuchen, mit Spannung erwartet.
Interessenkonflikte
Die Autoren erklären, dass sie keine Interessenkonflikte haben.