Ľudská mikrobiota a mikrobióm

Ľudská Mikrobiota

• Súbor mikroorganizmov vyskytujúcich sa v ľudskom tele a na ňom.
• Pôvodne označovaná ako fyziologická mikroflóra.
• Každý jedinec má jedinečnú mikrobiotu, podobne ako otlačky prstov.
• Počet mikrobiálnych buniek niekoľkonásobne prevyšuje počet vlastných ľudských buniek.
• Osídľuje nosovú sliznicu, ústnu dutinu, pokožku, tráviaci trakt a močovo-pohlavný trakt.
• Tvoria ju nepatogénne mikroorganizmy ako baktérie, kvasinky, vírusy, protozoá a roztoče.

Ľudský Mikrobióm

• Predstavuje súhrn všetkých génov mikroorganizmov nachádzajúcich sa v ľudskom tele a na ňom.
• Považovaný za "druhý ľudský genóm" a zásadnú súčasť ľudského organizmu.
• Obsahuje okolo 3-4 miliónov génov.
• Ľudský genóm má približne 25 000 génov.

Mikrobiota a jej funkcie

• Jej narušenie môže vyvolať zmeny v tele, ako chemické, fyzikálne, hormonálne a imunitné.
• Ovplyvňuje fyziologické funkcie, ako vstrebávanie, peristaltiku, produkciu vitamínov a stav imunity.
• Chráni pred druhmi s vyššou patogenitou obsadzovaním receptorov, kompetíciou o živiny a produkciou bakteriocínov.
• Poznáme transientnú (dočasnú) a rezidentnú (trvalú) flóru.
• Stabilné miesto, kde je mikroorganizmus nepatogénny, je dôležité, pretože presun môže vyvolať závažné ochorenia.

Mikrobiota kože

• Ovplyvnená suchosťou alebo vlhkosťou kože, rozmiestnením mazových a potných žliaz, teplotou a salinitou.
• Rôzne mikróby, vrátane vírusov, húb a baktérií, pokrývajú povrch kože a jej štruktúry.
• Hlavné baktérie: Staphylococcus epidermidis, S. hominis, S. aureus.
• Lokality s vyšším obsahom triglycerolov v maze: Corynebacterium, Propionibacterium acnes, Brevibacterium, Acinetobacter.
• Medzi huby patria kvasinky Candida a Torulopsis.
• Najviac osídlené sú medziprstné priestory na nohách, perineum a vlasaté časti tela.

Mikrobiota respiračného traktu

• Najviac kolonizovaný je nos a nosohltan.
• Nos obývajú Staphylococcus epidermidis, S. aureus, S. viridans, Propionibacterium, Corynebacterium.
• V nosohltane prevládajú ústne streptokoky a občas aj nepatogénne Neisseria sp., Streptococcus pneumoniae, Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzae (nevirulentné, neopúzdrené), Prevotella.
• Dolné dýchacie cesty sú sterilné, alebo slabo osídlené baktériami Pseudomonas, Streptococcus, Prevotella.
• Nie je jednoznačné, či tvoria baktérie normálnu mikroflóru, alebo sú len prechodné.

Mikrobiota gastrointestinálneho traktu

• GIT je najviac osídlený mikroorganizmami.
• Ústna dutina: Silná kolonizácia kvôli množstvu živín.
• Povrch zubov: Väčšina zubného plaku sa skladá z baktérií s extracelulárnym polysacharidovým puzdrom, produkujúcich kyseliny, spôsobujúce zubné kazy.
• Medzi mikroorganizmy patria Streptococcus mutans, S. sobrinus, S. salivarius, Bacteroides, Fusobacterium, Leptotrichia, aktinomycéty, Bifidobacterium, Eubacterium, Treponema, Neisseria, Haemophilus.
• Pažerák: Rýchly prechod potravy.
• Žalúdok: Kyslé pH, acidorezistentné baktérie (Lactobacillus, Streptococcus), Helicobacter pylori.
• Tenké črevo: Slabšie osídlenie ako hrubé črevo (streptokoky, enterokoky, lactobacily, bakteroidy, bifidob., E. coli produkujúce vitamíny B a K), postupne smerom ku hrubému črevu až na 106 - 108/ml.
• Hrubé črevo: Až 10⁹ - 10¹¹, viac ako 1000 druhov (zhruba 160 probiotických baktérií), z viac než 95% anaeróbne baktérie: Bacteroides, Bifidobacterium, Eubacterium, Peptococcus, Clostridium, Fusobacterium, E. coli, Str. faecalis, Proteus, Ps. aer.
• Kojenci majú v čreve hlavne laktobacily.

Funkcie črevného mikrobiómu

• Ochrana pred patogénmi
• Syntéza vitamínov
• Rozvoj imunitného systému
• Podpora intestinálnej angiogenézy
• Podpora ukladania tukov
• Produkcia mastných kyselín s krátkym reťazcom skvasovaním vlákniny
• Modulácia CNS

Mikrobiota urogenitálneho traktu

• Obličky a močovody sú sterilné.
• Močový mechúr a moč nemusia byť sterilné, majú vlastnú mikrobiotu.
• Močová rúra osídlená baktériami Staphylococcus epidermidis, Enterococcus faecalis, E.coli, Proteus, Streptococcus z povrchu kože, pošvy a konečníka.
• Vonkajšie genitálie žien pred pubertou sú osídlené prevážne stafylokokmi, streptokokmi, korynebaktériami, E.coli, Candida.
• U žien po puberte prevažuje Lactobacillus acidophillus (Döderleinov bacil).
• L. acidophillus produkuje kyselinu mliečnu, ktorá vytvára kyslé prostredie.
• Zmeny hormonálnych hladín môžu ovplyvniť osídlenie.

Vybrané pojmy v patogenéze ochorení človeka

• Infekcia: vniknutie a rozmnožovanie mikróba v hostiteľovi.
• Parazit: organizmus, ktorý žije na inom organizme (hostiteľovi) a čerpá z neho živiny.
• Mutualizmus: vzájomne prospešné spolužitie dvoch organizmov (napr. Bacteroides v žalúdku prežúvavcov).
• Komenzalizmus: mikrób má prospech zo spolužitia, hostiteľ neutrálny vzťah (napr. Bacteroides v hrubom čreve človeka).
• Parazitizmus: jednostranne výhodný vzťah pre parazita poškodzujúci hostiteľa (všetky patogény).
• Patogénne mikroorganizmy: spôsobujú chorobu hostiteľa svojím množením.
• Primárne patogénne MO: vyvolávajú ochorenie aj u zdravého hostiteľa (napr. N. gonorrhoeae, T. pallidum, V. cholerae).
• Podmienene (sekundárne) patogénne MO: vyvolávajú chorobu iba pri oslabení imunity hostiteľa (E.coli, S.aureus).

Infekcia a patogenita

• Infekcia: vstup patogénu, jeho množenie, rast a poškodenie hostiteľa.
• Patogenita: schopnosť vyvolať ochorenie u hostiteľa.
• Virulencia: miera patogenity kmeňa, charakterizovaná invazívnosťou a toxigenitou.
• Invazívnosť: schopnosť parazita preniknúť do organizmu hostiteľa, množiť sa a šíriť sa v ňom.
• Toxigenita: schopnosť mikroorganizmu produkovať toxické látky.
• Príklady baktérii: Clostridium tetani (toxigénny, ale neinvazívny) a Streptococcus pneumoniae (netoxigénny, ale invazívny).

Ukazovatele infekcie

• LD₅₀ (letálna dávka): počet mikroorganizmov, ktoré spôsobia smrť 50 % hostiteľov.
• ID₅₀ (infekčná dávka): počet mikroorganizmov, ktoré spôsobia ochorenie u 50 % hostiteľov (salmonela = 10⁶, Treponema p. = 10 baktérií).
• Clostridium botulinum - LD50 0,000001 mg/kg toxínu
• Bacillus anthracis - LD50 2 500 – 55 000 spór a ID50 8 000 – 50 000 spór
• Salmonella typhi - ID50 1 000 - 1 000 000 baktérií
• Escherichia coli O157:H7 - ID50 10-100 baktérií
• Vibrio cholerae - ID50 10⁴-10⁶ baktérií
• Mycobacterium tuberculosis - ID50 1-10 baktérií (veľmi nízka ID50)
• Yersinia pestis - LD50 100-500 baktérií a ID50 1-10 baktérií

Faktory patogenity

• Geneticky kódované (chromozomálne, extrachromozomálne - na plazmide).
• Viazané na lyzogénnu konverziu (baktéria musí mať fága, ktorý nesie gén pre toxín, alebo aktivuje produkciu toxínu).

Produkcia exoenzýmov

• Faktory prieniku baktérií do hostiteľského organizmu.
• Leukocidín spôsobuje lýzu leukocytov.
• Hemolyzíny spôsobujú lýzu červených krviniek (zóna hemolýzy okolo kolónií na krvnom agare).
• Koaguláza obalí mikroorganizmus fibrínom, čo slúži ako ochrana pred leukocytmi.
• Hyaluronidázy degradujú kyselinu hyalurónovú (medzibunkový tmel), čo uľahčuje prienik do tkanív.
• Kolagenázy degradujú kolagén.

Toxíny (bakteriálne)

• Sú to toxické, vysokomolekulárne, termolabilné proteíny.
• Sú antigény.
• Neutralizujú sa špecifickými protilátkami.
• Toxicita sa udáva v ng/kg hmotnosti vnímavého hostiteľa (napr. botulotoxín 0,5 ng/kg).
• Rozdiely pozorované v pôsobení toxínov – produkcia, aktivita, vstrebávanie a rezistencia voči tráviacim enzýmom (botulotoxín, tetanospasmin).
• Termolabilné (inaktivácia varom, hlavne exotoxíny, endotoxíny sú termostabilnejšie).
• Väčšinou dobré imunogény.
• Aktivita je blokovaná neutralizačnými protilátkami.
• Zmenené na toxoidy (strated toxicity ale nie imunogenicity) sú využívané na aktívnu imunizáciu.
• Spôsobujú ochorenia nazývané toxikózy.
• Neurotoxíny (botulotoxín, tetanospazmín)
• Enterotoxíny (choleragén, enterobakt. - E. coli)
• Dermonekrotoxíny (difterický, stafylokokový alfa toxín)
• Cytotoxíny
• Kardiotoxíny
• Kapilarotoxíny
• Exotoxíny
• Endotoxíny

Bakteriálne exotoxíny

• Proteíny uvoľňované baktériou extracelulárne.
• Sú imunogénne a vyvolávajú tvorbu protilátok.
• Detoxikáciou strácajú biologický účinok, ale zachovávajú si antigenicitu (toxoidy).
• Používajú sa na imunizáciu zvierat na získanie antitoxických sér na pasívnu imunizáciu ľudí (antidifterické, antitetanové ap.).

Bakteriálne endotoxíny

• Pevne viazané na bunkovú stenu baktérie.
• Uvoľňujú sa až po rozpadnutí bunky.
• Väčšia dávka endotoxínov môže spôsobiť smrteľný šok.

Imunita hostiteľa

• Obrana hostiteľa proti patogénnym mikroorganizmom.
• Špecifická imunita: cielená proti určitému mikroorganizmu (produkcia protilátok, T a B lymfocyty).
• Nešpecifická imunita: všeobecné mechanizmy obrany (koža, sliznice, fagocytóza, zápal, prirodzená mikrobiota, slzy, sliny, riasinkový epitel).

Faktory ovplyvňujúce imunitu

• Vek: infekčné ochorenia najviac u detí a starších ľudí.
• Stres: fyzický (zlá výživa, dehydratácia, teplotný stres) aj psychický.
• Diéty: jednostranná potrava - zmena spektra.
• Prejedanie: kolonizácia Streptococcus mutans.
• Ďalšie faktory: fajčenie, alkohol, drogy, málo spánku, infekčné ochorenia, neinfekčné ochorenia, stres.

Pojmy spojené s ochoreniami

• Príznaky: merateľné alebo nemerateľné zmeny, ktoré pociťuje pacient.
• Diagnóza: určenie choroby.
• Etiológia: príčina ochorenia.
• Patogenéza: vývoj ochorenia.
• Infekčné choroby: spôsobené mikroorganizmami (baktérie, prvoky, huby, vírusy).
• Typy ochorení: prenosné/neprenosné, akútne/chronické, sporadické/epidemické.
• Lokálne infekcie: napr. furunkuly
• Systémové infekcie: mikroorganizmy sú roznášané krvou, usadzujú sa v rôznych častiach tela, postihnutý systém
• Primárne infekcie: akútne ochorenia
• Sekundárne infekcie: nasledujú po primárnej, spôsobené podmienenými patogénmi
• Epidemiológia: výskyt choroby v populácii, spôsob prenosu, ako sa proti nej postupuje
• Typy prenosu: priamy kontakt (skutočný, kvapôčková infekcia), nepriamy kontakt (jedlo, predmety), účasť zvierat
• Bakteriémia: prítomnosť baktérií v krvi
• Septikémia (ľudovo otrava krvi): množenie baktérií v krvi

Kultivačné pôdy pre baktérie

• Tekuté kultivačné pôdy: pomnožovanie v skúmavke, tekutina umožňuje lepšiu difúziu živín, rast baktérií sa prejavuje zákalom, sedimentom, vločkami alebo blankou na povrchu

• Mäsopeptónový bujón: vývar z hovädzieho mäsa, peptón, NaCl – bežná pomnožovacia pôda

• Anaeróbny bujón: pomnoženie anaeróbnych baktérií, obsahuje redukujúce substancie, znižujú oxidoredukčný potenciál pôdy, po naočkovaní sa hladina zalieva parafínom (anaeróbne prostredie)

• Šulova pôda: tekutá pôda selektívna na záchyt baktérií rodu Mycobacterium

• Selenitová pôda: tekutá pôda pre selektívne pomnoženie salmonel

• Polotuhé pôdy: obsahujú malé množstvo agaru, určené pre špeciálne účely

• Tuhé (pevné) kultivačné pôdy: sú vylievané do Petriho misiek alebo skúmaviek (šikmý agar), baktérie na agare - kolónie (= státisíce až milióny baktérií namnožených z 1 bunky), charakter kolónie - často typický pre určitý rod alebo druh baktérie, z kolónií možno izolovať a identifikovať baktérie

• Pôdy diagnostické (určenie pôvodcu)

• Pôdy selektívne (obmedzenie okruhu rastúcich baktérií)

• Pôdy selektívne diagnostické (Endova pôda - enterobaktérie)

• Hajnova pôda – identif. gramnegatívnych črevných paličiek - dôkaz skvasovania cukrov a produkcie H2S Obsahuje tri cukry: glukóza, sacharóza, laktóza a železité soli + indikátor pH Zožltnutie pôdy znamená pozit. skvasovanie Enzymatickou činnosťou MO dochádza k zmene pôvodne červenej farby média na žltú Súčasne možno sledovať produkciu plynu a tvorbu sírovodíku /bublinky, čierna zrazenina/

• Mäsopeptónový agar (MPA) - obsahuje výťažok z mäsa, peptón, soli a 2% agar, základ pre ďalšie pôdy Krvný agar (KA) – pre náročné mikróby; pripravuje sa pridaním 5- 10%-nej defibrinovanej zvieracej krvi k MPA - najviac používaná pôda, rastie na nej väčšina baktérií; na KA možné odčítať hemolýzu, ak baktérie tvoria hemolyzíny - vznik úplného prejasnenia pri neúplnej hemolýze nie je prejasnenie úplné. Čokoládový agar - obsahuje krv pridávanú do horúceho agaru (80°C), slúži na kultiváciu veľmi náročných mikróbov.

• Saboraudova pôda - selektívna pôda pre mikroskopické huby a kvasinky, obsahuje peptón, agar a cukry (glukózu alebo maltózu), pH 5,0

• Endova pôda (Endoagar, EA) - je to selektívna diagnostická pôda pre črevné baktérie (čeľaď Enterobacteriaceae), obsahuje laktózu. Baktérie, ktoré kvasia laktózu majú tmavo fialovo sfarbené kolónie, baktérie, ktoré neskvasujú majú kolónie ružové.

Antibiotiká

• Látky mikrobiálneho pôvodu používané na liečbu bakteriálnych ochorení.
• V súčasnosti sa vyrába asi 150 druhov.
• NnPožiadavky:: nesmú poškodzovať eukaryotické bunky, účinkujú už v nízkych koncentráciách a primerane skoro.
• Flemming objavil Penicillium a jeho účinok na stafylokoky na agare.
• Najčastejšie sekundárne produkty pôdnych mikroorganizmov.
• Majú význam v konkurencii baktérií - produkujúci druh je chránený pred účinkom enzýmov, ktoré štiepia antibiotikum. Mechanizmy účinku antibiotík: bakterostatický (zabraňuje rastu a množeniu), baktericídny (usmrcuje prítomné baktérie).

Klasifikácia ATB

• B-laktámové atb: Penicilíny:

  • prirodzené penicilíny - penicilín V (na anaeróbnych G+ baktériách, Trep. pallidum, aktinomycéty, niektoré koky)
  • aminopenicilíny - ampicilín, amoxicilín (aj na G-)
  • penicilíny rezistentné k B-laktamázam – oxazozylpenicilíny - oxacilín, meticilín (stafylokoky)
  • karboxypenicilíny - carbenicilín, tikarcilín (Pseudomonas, Proteus)
  • ureidopenicilíny - azlocilín, mezlocilín, piperacilín (enterobaktérie)

• Cefalosporíny: 1. generácia (cefalotín, cefazolín, cefalexín, Staphyloc., Streptoc., E.coli, Neisseria gonorhoeae), 2. generácia (cefaklor, cefuroxím, cefoxitín, hemofily, Neisseria, Klebsiela, E. coli, Proteus mirabilis), 3. generácia (cefotaxím, ceftriaxón - na Neisseria gonorhoeae, nie na enterob. a stafylok), 4. generácie (cefpirom, cefepim, cefoxitín - G+ aj G- b.), 5. generácie (ceftarolín - na MRSA infekcie a komunitné pneumónie Str. pneum, nereagujúce na penicilín)

• Monobaktámy: aztreonam (účinný na G- aeróbne baktérie)

• Karbapenémy: imipenem, meropenem (širokospektrálne ATB, Ps. aeruginosa)

• Aminoglykozidy: 1.g. (streptomycín - gramnegatívne b, Mycobacterium tuberculosis, neomycín, kanamycín), 2.g. (gentamicín, tobramycín - aeróbne G-, G +), 3.g. (amikacín - veľmi účinný, pomalý vývin rezistencie)

• Makrolidy: erytromycín, azitromycín (G + koky, Corynebacteria, Listeria, bacily, legionely, meningokokové gonokoky, B. pertusis, H. pylori, Camp. jejuni, B. burgdorferi, Chla. trachomatis), azitromycín a klaritromycín na H. influenzae

• Linkosamidy: linkomycín a klindamycín (anaeróbne baktérie, streptokoky, stafylokoky)

• Glykopeptidy: vankomycín a teicoplanín (G + koky, enterokoky, stafylokoky, MRSA, rezistentné Clostridium difficile)

• Tetracyklíny: oxytetracyklín, minocyklín, chlórtetracyklín, doxycyklín (širokospektrálne ATB, ale bakteristatické)

• Polypeptidy: colistín a polymyxin B (P.aeruginosa, Serratia, Proteus)

• Klasické širokospektrálne ATB: chloramfenikol a rifampicín

• Fluorochinolóny: ofloxacín, pefloxacín, ciprofloxacín, norfloxacín (syntetické ATB, Enterobacteria, P. aeruginosa, hemofily, G-koky, stafylokoky, chlamýdie, mykoplazmy)

• Sulfonamidy: sulfametoxazol, trimetoprim (niektoré G- paličky, kombináciou oboch zvýšenie účinku na viac G-bak., Enterobacteriaceae, Klebsiella pneumoniae, Toxoplasma gondii, Haemophilus influenzae, Yersinia enterocolitica, Listeria monocytogenes)

Producenti antibiotík

• Penicilíny produkuje Penicillium chrysogenum a P. notatum.
• Cefalosporíny produkuje Cephalosporium acremonium.
• Griseofulvin produkuje Penicillium griseofulvum.
• Tetracyklíny, kanamycín, streptomycín, neomycín, erytromycín, nystatín, cykloheximid produkuje rod Streptomyces (S. griseus).
• Gramicidin S produkuje Bacillus brevis.
• Bacitracin produkuje Bacillus licheniformis.
• Polymyxin produkuje Bacillus polymyxa.