الميكروبيوتا: التركيب والوظائف وأين توجد - مادة الاحياء - 2025

و الجراثيم العادية للبشر هي مجموعة من الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في الجسم بطريقة قياسية، دون أن تسبب أي مرض. يعتبر مصطلح الفلورا البكتيرية اليوم غير مناسب.

من الناحية التصنيفية ، تتكون الكائنات الحية الدقيقة من كائنات متنوعة للغاية ، من البكتيريا والعتائق وحقيقيات النوى إلى الفيروسات. تختلف المجتمعات الميكروبية بشكل كبير في مناطق مختلفة من الجسم. وبعبارة أخرى ، فإن تركيب الميكروبات في الفم لا يتوافق مع تلك الموجودة في الأمعاء.

المصدر: pixabay.com

عندما نفكر في البكتيريا - والكائنات الدقيقة بشكل عام - فإننا نميل إلى إثارة مشاعر ازدراء حول وجود هذه الكيانات في أجسامنا. على الرغم من صحة أن البكتيريا المختلفة تسبب أمراضًا خطيرة ، إلا أن تعميم هذا المفهوم ليس صحيحًا.

الكائنات الحية الدقيقة في أجسامنا لا غنى عنها وإقامة علاقات متبادلة ومتكافئة مع كائننا. تؤثر الجراثيم لدينا بشكل كبير على علم وظائف الأعضاء - بشكل مباشر وغير مباشر - ، وتساهم في عدد من وظائف التمثيل الغذائي ، وتحمينا من مسببات الأمراض ، وتثقف جهاز المناعة ، من بين وظائف أخرى.

تؤثر العوامل المختلفة على تكوين الجراثيم البشرية. من بين أبرزها النظام الغذائي - في كل من الطفولة والبلوغ - وطريقة الولادة واستخدام المضادات الحيوية وبعض الحالات الطبية والنمط الجيني للمضيف ، من بين أمور أخرى.

حاليًا ، هناك سلسلة من الأساليب الجزيئية الجديدة التي تسمح بتوصيف الجراثيم باستخدام تقنيات التسلسل المتقدمة والسريعة. الأكثر استخدامًا هو الجين الذي يرمز لـ 16S ribosomal RNA ويتم مقارنته بقاعدة بيانات.

ما هي الجراثيم؟

يتم تعريف الكائنات الحية الدقيقة على أنها تجمع الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في بيئة محددة. في هذه الحالة ، الكائنات الحية الدقيقة المرتبطة بجسم الإنسان. تم اقتراح المصطلح من قبل ليدربيرج ومكراي ، اللذين شددا على عواقب وفوائد هذه الكيانات البيولوجية على صحة الإنسان.

هناك مصطلح مشابه جدًا: الميكروبيوم. في الأدبيات ، غالبًا ما يكون الميكروبيوم والميكروبات مفاهيم قابلة للتبادل. ومع ذلك ، إذا أردنا أن نكون دقيقين ، فإن الميكروبيوم هو كتالوج الميكروبات ، مع جيناتها.

المصطلح المرتبط هو "الفلورا" البكتيرية أو النبيت الجرثومي أو النبيت المعوي. تم استخدام كلاهما لعدة عقود وكانا وثيقين بشكل خاص في الأدبيات الطبية والعلمية.

ومع ذلك ، فإن هذا المصطلح الذي يرجع تاريخه إلى عام 1900 غير مناسب ، حيث أن مصطلح الفلورا مشتق من الزهرة اللاتينية المرتبطة بالنباتات التي تعيش في منطقة معينة. وبما أنه لا يتم الإشارة إلى مجموعة النباتات الدقيقة التي تسكن جسم الإنسان ، يجب التخلي عن المصطلح واستبداله بالميكروبات أو الميكروبيوم حسب الحالة.

تكوين الجراثيم الطبيعية

رقم

تتكون الكائنات الحية الدقيقة من كائنات دقيقة متعددة تعيش في جسم كل شخص. من الناحية العددية ، هناك ما بين 10 و 100 تريليون (أكثر من عدد الخلايا المضيفة) من هذه الكائنات التكافلية ، والتي تقع بشكل أساسي في الجهاز الهضمي.

العوامل التي تؤثر على تكوين الجراثيم

تبدأ الجراثيم بالتشكل منذ ولادة الطفل ، حيث يمثل جسمها بيئة جديدة للاستعمار الميكروبي. يعتمد هذا الاستعمار على طريقة الولادة - أي الولادة الطبيعية أو العملية القيصرية (هذا الأخير يؤثر بشكل كبير على الجراثيم).

مع نمو الرضيع وتطوره ، يزداد تنوع الجراثيم خطيًا ، اعتمادًا على المستعمرين الأوائل. سيتغير هذا اعتمادًا على مجموعة واسعة من العوامل ، مثل الرضاعة الطبيعية ، واستهلاك بعض الأطعمة ، وتطور الأمراض ، من بين أمور أخرى.

تشير الأبحاث الحالية إلى أن النظام الغذائي هو العامل الأكثر أهمية الذي يساعد على تحديد نوع الجراثيم التي ستكون موجودة في كل فرد.

التصنيف

من الناحية التصنيفية ، تنتمي هذه الكائنات الدقيقة إلى ثلاثة مجالات للحياة: حقيقيات النوى والبكتيريا والعتائق.

تختلف هوية هذه الكائنات على نطاق واسع بين الأفراد ومناطق جسم الفرد والمنطقة الجغرافية التي يعيشون فيها. في القسم التالي سنصف بمزيد من التفصيل الهوية التصنيفية للميكروبات النموذجية لكل منطقة من مناطق الجسم.

هل نحن حقا بشر؟

الآن ، بمعرفة التنوع الهائل للكائنات الحية التي تعيش في أجسادنا ، يجب أن نسأل أنفسنا من نحن وما إذا كان بإمكاننا حقًا اعتبار أنفسنا فردًا.

وجهة نظر أكثر ملاءمة هي اعتبار أنفسنا كائنًا خارقًا أو هولوبيونت ، نظرًا لأننا نتكون من 90 ٪ من الخلايا الميكروبية و 99 ٪ من الجينات من الميكروبات.

أين هو موقعه؟

إن أجسامنا عبارة عن مجموعة غنية من الكائنات الحية الدقيقة ، حيث يوفر كل هيكل مكانًا محتملًا لتنميتها. عادة ما تكون هذه العلاقات المتبادلة خاصة بالموقع ، حيث تشكل مجموعة معينة من الكائنات الحية الدقيقة مستعمرات في مناطق معينة من الجسم. أهم المناطق هي:

جراثيم الأمعاء

ضمن المنافذ التي يوفرها جسم الإنسان ، ليس هناك شك في أن أفضل دراسة - من حيث الجراثيم - هي الجهاز الهضمي.

تم العثور على الآلاف من الأنواع في أمعاء الفرد البالغ ، والتي تهيمن عليها بكتيريا phyla Bacteroidetes و Firmicutes و Actinobacteria و Proteobacteria و Verrucomicrobia.

يختلف هذا الاستعمار في جميع أنحاء الجهاز الهضمي. تسود Lactobacillaceae و Erysiopelotrichaceae و Enterobacteriaceae في الأمعاء الدقيقة ، وهي غنية بالأجناس Bacteroides spp. ، Clostridium spp. ، Bifidobacterium spp.

السكان الأكثر شيوعًا في القولون هم Bacteroideceae و Prevotellaceae و Rikenellaceae و Lachnospiraceae و Ruminococcaceae.

يعكس هذا الاختلاف في عائلة البكتيريا في جميع أنحاء الأمعاء الاختلافات الفسيولوجية الموجودة في جميع أنحاء الأمعاء.

في الأمعاء الدقيقة ، يكون نمو البكتيريا محدودًا بسبب تركيز الأكسجين ، ووجود الببتيدات المضادة للميكروبات وقيم الأس الهيدروجيني ، بينما يكون الحمل البكتيري أعلى في القولون.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك قيود بكتيرية في الأمعاء الدقيقة لتجنب المنافسة على امتصاص العناصر الغذائية بين الكائنات الحية الدقيقة والمضيف.

في البراز ، تنتمي العناصر الرئيسية المكتشفة إلى مجال البكتيريا ، على الرغم من وجود أيضًا ممثلين عن العتائق (ترتيب الميثانوبكتيريا) وحقيقيات النوى (طلب Saccharomycetales).

الجراثيم الفموية

يمثل تجويف الفم والامتدادات المجاورة مناطق سكن مناسبة لأنواع معينة من الكائنات الحية الدقيقة ، بما في ذلك سطح السن وسطح اللسان وغيرها من الهياكل الكيراتينية وغير الكيراتينية.

يعد اللعاب مكونًا أساسيًا في تجويف الفم. في مليلتر واحد من هذا السائل يمكننا أن نجد ما يصل إلى 100 مليون خلية بكتيرية. من بين هذه الأنواع ، تم تحديد حوالي 300 نوع ، بينما لم يتم تعيين هوية تصنيفية محددة لـ 360 نوعًا آخر.

الشعبة التي تهيمن على تجويف الفم هي Firmicutes ، تليها Proteobacteria ، Bacteroides ، Actinobacteria ، Spirochaetes و Fusobacteria.

فيما يتعلق بتنوع العتائق ، تم عزل جنس Methanobrevibacter في مناسبات متعددة من تجويف الفم.

تكشف الدراسات أن وجود العتائق مرتبط بتطور أمراض اللثة. وبالتالي ، فإن دور هذه الكائنات الحية في إقامة علاقات متكافئة مع الضيوف لم يتضح بعد.

تنتمي الفطريات السائدة في تجويف الفم إلى جنس المبيضات. مثل الأنواع القديمة ، فقد ارتبطوا بتطور أمراض متعددة. الأجناس الأخرى الشائعة في التجويف هي: Cladosporium و Aureobasidium و Saccharomycetales و Aspergillus و Fusarium.

أخيرًا ، أكثر الفيروسات شيوعًا في الفم هي فيروسات الهربس. يقدر أن 90٪ من السكان يمتلكونها.

الجراثيم البولي التناسلي

الجهاز البولي التناسلي للأنثى

الميكروبات التي تعيش داخل المهبل هي في ارتباط دقيق ومتوازن من النوع المتبادل ، وتحمي مضيفها وتتبادل العناصر الغذائية ، في مقابل بيئة خالية من الأكسجين مناسبة لنموها.

في النساء في سن الإنجاب ، يحتوي المهبل على كميات كبيرة من حمض اللاكتيك ومواد أخرى مضادة للميكروبات ، مما يحد من نمو الجراثيم. يتم الحفاظ على هذه البيئة بفضل وجود البكتيريا المنتجة لحمض اللاكتيك ، وخاصة Lactobacillus spp.

في الواقع ، تم اعتبار البكتيريا التي تنتمي إلى هذا الجنس منذ عام 1892 بمثابة سكان لا غنى عنهم لصحة المهبل.

بالإضافة إلى Lactobacillus ، يتميز المهبل بوجود الكائنات الحية الدقيقة من الأجناس: Staphylococcus ، Ureaplasma ، Corynebacterium ، Streptococcus ، Peptostreptococcus ، Gardnerella ، Bacteroides ، Mycoplasma ، Enterococcus ، Escherichia ، الفيدليونيلا ، Bacteroides.

مع تقدم النساء في السن وتقلب مستويات الهرمونات ، يتم تعديل الجراثيم.

الجهاز البولي التناسلي الذكري

مقارنةً بالجهاز البولي التناسلي الأنثوي ، تمت دراسة ميكروبيوتا الذكور قليلاً ولم تُعرف بالتفصيل.

بعض الأجناس التي تم الإبلاغ عنها في القضيب تشمل Staphylococus epidermidis و Corynebacterium spp. و Lactobacillus spp. ، من بين أمور أخرى.

ميكروبيوتا الرئتين

كانت الرئتان من الأعضاء ذات الأهمية الكبيرة لدراسة ميكروبيوتا. ومع ذلك ، هناك دراسات محدودة للغاية حول هذا الموضوع - إلى جانب صعوبة أخذ العينات. على الرغم من أنها كانت تعتبر سابقًا مناطق معقمة ، فقد تم تعديل هذه الرؤية اليوم.

تم العثور على وجود أجناس Streptococcus ، وفي بعض العينات Haemophilus و Rothia و Prevotella و Veillonella و Fusobacterium.

ميكروبيوتا الجلد

أكبر عضو في البشر هو الجلد ، وهو مغطى بتنوع كبير من الكائنات الحية الدقيقة ويستعمره منذ لحظة الولادة.

تم التعرف على حوالي 200 جنس بكتيري يعتبرون من سكان الجلد. تنتمي معظم هذه الأنواع إلى ثلاث شُعَب ، وهي: البكتيريا الشعاعية ، والبكتيريا الثابتة ، والبكتيريا المتقلبة.

ترتبط تركيبة الجراثيم الموجودة في الجلد ارتباطًا وثيقًا بنوع الجلد وعاداته ووراثته ، مما يجعلها شديدة التغير.

تتغذى معظم الميكروبات على إفرازات الجلد ، لذا فإنها تشكل علاقات وثيقة جدًا.

المميزات

الهضم وإنتاج الفيتامينات

تؤدي الكائنات الحية المجهرية سلسلة من الوظائف في جسم الإنسان ، مما يبرز دورها في تحسين الهضم.

ترتبط البكتيريا التي تعيش في نهاية القولون بانقسام السكريات التي لا يمكن استقلابها بكفاءة في الأمعاء الدقيقة ، مما يزيد من امتصاص العناصر الغذائية.

وقد ثبت أيضًا أن البكتيريا المختلفة قادرة على إنتاج الفيتامينات الأساسية التي سيمتصها المضيف. مثال على ذلك هو أحد الكائنات الحية المعروفة للعلماء: E. coli.

المنافسة والحماية من مسببات الأمراض

تُعرَّف المنافسة على أنها تفاعل عدائي يتضمن نوعين أو أكثر يتنافسون على مورد مشترك.

إن طيف الكائنات الحية الدقيقة غير الضارة التي نؤويها في أجسامنا في منافسة مستمرة مع مسببات الأمراض وفي معظم الحالات يتمكنون من إزاحتها - بفضل ما يُعرف في علم البيئة بمبدأ الاستبعاد التنافسي.

يُعتقد أنها تؤسس خط الدفاع الأول ضد العدوى بمسببات الأمراض المحتملة.

كيف يتم دراسة الجراثيم؟

تعود دراسة الكائنات الحية الدقيقة إلى زمن أنتوني فان ليوينهوك ، في بداية عام 1680. درس هذا الباحث بطريقة مقارنة الكائنات الحية الدقيقة المختلفة التي سكنت منطقة الفم والبراز ، مع ملاحظة اختلافات كبيرة في كلا المجالين.

تجاوزت الاختلافات منطقة الجسم ، حيث تضمن هذا الباحث أيضًا مقارنات بين الأفراد الأصحاء والمرضى في تصميمه التجريبي. بهذه الطريقة ، تمكن من إظهار أهمية الكائنات الحية الدقيقة في صحة الإنسان.

تاريخياً ، تضمنت دراسة الكائنات الحية الدقيقة استثمار الوقت والطاقة في توليد محاصيل متعددة.

في الوقت الحاضر ، تم استبدال هذه المنهجية بالنهج الجزيئي الذي يسمح بتحليل التسلسل الجيني للكائنات الحية الدقيقة (بشكل عام ، العلامة الجزيئية المستخدمة هي الجين الخاص بـ 16S و 18S ribosomal RNA.)

من خلال تحليل هذه التسلسلات ، يمكن تعيين التصنيف (حقيقيات النوى أو البكتيريا أو العتائق) إلى مستويات تصنيفية مختلفة ، حتى نصل إلى الأنواع.

تم استخدام مصطلح metagenomics في الأصل لتوصيف الحمض النووي الكلي ، واليوم يستخدم بشكل أكثر دقة للإشارة إلى دراسة الواسمات الجينية ، مثل جين الحمض النووي الريبوزومي 16S.

ماذا يحدث عندما تحدث اختلالات في الجراثيم؟

على الرغم من عدم وجود مخطط واضح ودقيق لجميع الكائنات الحية التي تعيش في جسم الإنسان ، فمن المعروف أن التغيير في وفرتها وتكوينها يؤثر على الصحة ، من اضطرابات الهضم إلى تطور السلوكيات المقلقة.

حاليًا ، تُدار العلاجات التي تركز على إعادة تكوين الميكروبات الصحية في المرضى الذين يعانون من بعض الاضطرابات.

المراجع

1. دونالدسون ، GP ، Lee ، SM ، & Mazmanian ، SK (2016). الجغرافيا الحيوية للأمعاء للميكروبات البكتيرية. مراجعات الطبيعة. علم الأحياء الدقيقة ، 14 (1) ، 20-32.
2. لويد برايس ، ج. ، أبو علي ، ج. ، وهوتنهاور ، سي (2016). الميكروبيوم البشري السليم. طب الجينوم، 8 (1) ، 51.
3. مارشيسي ، جونيور (محرر). (2014). الجراثيم البشرية والميكروبيوم. كابي.
4. مارشيسي ، جي آر ، ورافيل ، ج. (2015). مفردات بحث الميكروبيوم: اقتراح. ميكروبيوم ، 3 ، 31.
5. Mimee، M.، Citorik، RJ، & Lu، TK (2016). علاجات الميكروبيوم - التطورات والتحديات. مراجعات توصيل الأدوية المتقدمة ، 105 (نقطة أ) ، 44-54.
6. Mohajeri، MH، Brummer، R.، Rastall، RA، Weersma، RK، Harmsen، H.، Faas، M.، & Eggersdorfer، M. (2018). دور الميكروبيوم في صحة الإنسان: من العلوم الأساسية إلى التطبيقات السريرية. المجلة الأوروبية للتغذية، 57 (ملحق 1) ، 1-14.
7. الخميس ، إ. ، وجوج ، إن. (2017). مقدمة لميكروبات الأمعاء البشرية. مجلة الكيمياء الحيوية ، 474 (11) ، 1823-1836.
8. Ursell، LK، Metcalf، JL، Parfrey، LW، & Knight، R. (2012). تعريف الميكروبيوم البشري. مراجعات التغذية ، 70 ملحق 1 (ملحق 1) ، S38 - S44.