Ο ρόλος της μικροβιοκοινότητας (microbiota) στην ανάπτυξη της παιδιατρικής νοσηρότητας

Transcript

1 Ο ρόλος της μικροβιοκοινότητας (microbiota) στην ανάπτυξη της παιδιατρικής νοσηρότητας Γεώργιος Συρογιαννόπουλος Καθηγητής Παιδιατρικής Πανεπιστημίου Θεσσαλίας

2 Ο μικροβιακός μας κόσμος και εμείς Άνθρωπινο γονιδίωμα Βακτήρια Κλασική γνώση: όλοι μας έχουμε μικροοργανισμούς στο σώμα μας

3 Ο μικροβιακός μας κόσμος: ορισμοί Human Microbiota (ανθρώπινη μικροβιοκοινότητα) είναι το σύνολο των μικροβίων που αποικίζουν τον ανθρώπινο οργανισμό Human Microbiome (ανθρώπινο μικροβίωμα) είναι το σύνολο του γονιδιώματος αυτών των μικροβίων Πρόσφατη γνώση: η εντερική μικροβιοκοινότητα απαρτίζεται από τρισεκατομμύρια βακτηριακά κύτταρα που περιέχουν 10 φορές πιο πολλά γονίδια από αυτά του ανθρώπου Di Mauro et al. J Pediatr 2013;39:15

4 Γένη βακτηρίων της μικροβιοκοινότητας Συνομοταξία ή φύλο Ομοταξία ή κλάση Χαρακτηριστικά Γένος Firmicutes Bacilli Clostridia Gram +, αερόβιοι και αναερόβιοι, ποικιλία στη μορφή, συμβιωτικά και ωφέλιμα βακτήρια Lactobacillus, Ruminococcus, Clostridium, Staphylococcus, Enterococcus, Faecalibacterium Bacteriodetes Bacteriodetes Gram -, 3 μεγάλες τάξεις, συναντώνται κυρίως στο χώμα, στο νερό της θάλασσας και στη χλωρίδα των ζώων Bacteroides Proteobacteria Betaproteobacteria Gammaproteobacteria Gram -, περιλαμβάνουν πολλά είδη παθογόνων Escherichia, Pseudomonas Actinobacteria Actinobacteria Gram +, μεγάλη ποικιλία στη μορφή, χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία παραγωγής αντιβιοτικών Bifidobacterium, Streptomyces, Nocardia Johnson et al. Pediatrics 2012;129:

5 Intestinal microbiota Δημοσιεύσεις (PubMed) = Προσπάθεια για αποτύπωση του μικροβιόκοσμου και προσδιορισμό του ρόλου του

6 Μικροβιοκοινότητα του πεπτικού συστήματος Αναερόβια / αερόβια : / Tsabouri et al. Allergol Immunopathol 2014;42:69-77

7 Γένη βακτηρίων της εντερικής μικροβιοκοινότητας Cultured Uncultured Torrazza et al. Clin Perinatol 2013;40:93-108

8 Δημιουργώντας συμβίωση Wopereis et al. Pediatr Allergy Immunol 2014: 25:

9 1 μηνός 6 μηνών 12 μηνών 18 μηνών 2-3 ετών Ποικιλότητα βακτηρίων Δι-ατομική μεταβλητότητα Arrietta et al. Front Immunol 2014;5:1-18

10 Μικροβιόκοσμος του μηκωνίου: προέλευση από το αμνιακό υγρό Ardissone et al. Plos One 2014;9:1-8

11 Εντερική μικροβιοκοινότητα νεογνών Κατά τον τοκετό Φυσιολογικός τοκετός Φυσιολογικός τοκετός Επαφή με κολπική και εντερική μικροβιοκοινότητα (ΕΜ): πηγή αποικισμού του νεογνού Έκθεση στην μικροβιοκοινότητα του κόλπου Κανονική διασπορά των βακτηρίων στο ΓΕΣ Neu J & Rushing J. Clin Perinatol 2011;38:321-31

12 Εντερική μικροβιοκοινότητα νεογνών Κατά τον τοκετό Φυσιολογικός τοκετός Φυσιολογικός τοκετός Επαφή με κολπική και εντερική μικροβιοκοινότητα (ΕΜ): πηγή αποικισμού του νεογνού Έκθεση στην μικροβιοκοινότητα του κόλπου Κανονική διασπορά των βακτηρίων στο ΓΕΣ Καισαρική Ο αποικισμός είναι κυρίως εξωμητρικής προελεύσεως Καισαρική τομή Μειωμένη έκθεση στην μικροβιοκοινότητα του κόλπου Μη κανονική διασπορά των βακτηρίων στο ΓΕΣ Neu J & Rushing J. Clin Perinatol 2011;38:321-31

13 Mικροβιοκοινότητα των νεογνών ανάλογα με τη διάρκεια κύησης Arboleya et al. Gut Microbes 2012;3:

14 Μικροβιοκοινότητα: από τη γέννηση έως την ενήλικο ζωή Ενδομήτριος αποικισμός Μετατόπιση από την μικροβιοκοινότητα της μητέρας Bifidobacterium Lactobaccilus Enterococcus Κολπικός τοκετός Lactobacillus Prevotella Sneathia Τύπος τοκετού Καισαρική τομή Staphylococcus Corynebacterium Propionibacterium Οικογενειακό περιβάλλον Clostridium Ενδομήτρια ζωή Γέννηση Βρεφική και πρώτη νηπιακή ηλικία Ενήλικες Τύπος διατροφής Αγωγή - θεραπεία Θηλασμός Formula Bifidobacterium Enterobacteriaceae Matamoros et al. Trends Microbiol 2013;21: Αντιβιοτικά Μείωση της ποικιλότητας της μικροβιοκοινότητας Προβιοτικά - Πρεβιοτικά Bifidobacterium Lactobacillus

15 Δραστηριότητες εντερικής μικροβιοκοινότητας Προστασία Φυσικός φραγμός σε παθογόνα (ανταγωνιστικός αποκλεισμός) κατάληψη θέσεων επαφής, κατανάλωση θρεπτικών στοιχείων, παραγωγή αντιμικροβιακών ουσιών Sekirof et al. Physiol Rev 2010;90: Mainard et al. Nature 2012; 489,

16 Εντερικός φραγμός: προγεννητικά και μεταγεννητικά Mainard et al. Nature 2012; 489,

17 Δραστηριότητες εντερικής μικροβιοκοινότητας Ανοσορρύθμιση Ανάπτυξη και ωρίμανση της βλεννογόνιας και συστηματικής ανοσίας Ανάπτυξη βλεννογόνιας γαστρεντερικής ανοχής Hooper et al. Science 2012;336:

18 Από την ευβίωση στη δυσβίωση: από την υγεία στο νόσημα Ανοσολογική ανοχή Τύποι έκθεσης πολύ νωρίς: Τύπος τοκετού (μητρική μικροβιοκοινότητα) Διατροφή του βρέφους Έκθεση σε αντιβιοτικά (επιλεκτική εξόντωση) Έκθεση σε προβιοτικά (επιλεκτικός εμπλουτισμός) Φυσικό περιβάλλον (μικρόβια του περιβάλλοντος) Συμβίωση «Ευβίωση» Μικροβιοκοινότητα «Δυσβίωση» Ομοιόσταση του εντέρου Υγιής μεταβολισμός Αλλεργικά νοσήματα (ατοπία, άσθμα, κ.α) Νοσήματα του εντέρου (ΧΦΝΕ, ΝΕΚ κ.α) Νοσήματα μεταβολισμού (παχυσαρκία, ΣΔ κ.α) Azad et al. CMAJ 2013; 185:385-94

19 Εντερική μικροβιοκοινότητα και αλλεργικά νοσήματα Σειρά παρατηρήσεων καταδεικνύει «συνομιλία» της ΕΜ με τον οργανισμό-ξενιστή επίδραση της ΕΜ σε απομακρυσμένους ιστούς ευόδωση ή περιορισμός φλεγμονώδους διεργασίας Μόλις πρόσφατα δημοσιεύτηκαν δεδομένα που υποδηλώνουν την αιτιολογική σύνδεση της ΕΜ με την αλλεργική νόσο. West et al. Curr Opin Clin Nutr Metab Care 2014; 17:261-6

20 Καισαρική τομή και αλλεργικό άσθμα Thavagnanam et al. Clin Exp Allergy 2008;38:

21 Προβληματισμοί 1) Ποιος παράγοντας ευνοεί την εμφάνιση της αλλεργικής νόσου? η περιορισμένη ποικιλότητα της εντερικής μικροβιοκοινότητας? ή η επικράτηση συγκεκριμένης τάξης (taxa) μικροβίων? 2) Ποια η ιδανική αναλογία των μικροβιακών φύλων? 3) Ισχύει το ίδιο και για όλα τα νοσήματα?

22 Ελαττωμένη ποικιλότητα της εντερικής μικροβιοκοινότητας σε παιδιά με Ατοπική Δερματίτιδα Abrahamsson et al. J Allergy Clin Immunol 2012;129:

23 Εντερική μικροβιοκοινότητα στα ατοπικά παιδιά Γένη παθογόνων που επικρατούν Θηλάζοντα βρέφη 1 η εβδ. ζωής: Bifidobacterium (infantis, longum, breve) Μετά τον απογαλακτισμό: παρόμοια επίπεδα μικροβιοκοινότητας με αυτά των ενηλίκων, με αυξημένα Bacteroides, Veillonela και Fusobacterium (yoshioka) Formula Ατοπικά παιδιά Μη ατοπικά παιδιά Bifidobacterium (χαμηλότερα επίπεδα) Coliforms Bacteroides Clostridium (υψηλότερα επίπεδα) Bifidobacterium (χαμηλότερα επίπεδα) Lactobacillus (υψηλότερα επίπεδα) Bifidobacterium (υψηλότερα επίπεδα) Tsabouri et al. Allergol Immunopathol 2014;42:69-77

24 Βρέφη με κολικούς: διαφορετική σύνθεση της εντερικής μικροβιοκοινότητας Control Colic p=0,03 p=0,02 Carolina de Weerth. Pediatrics 2013;131:

25 Διαφορές της εντερικής μικροβιοκοινότητας σε ΝΕΚ και ΙΦΝΕ Υγιείς Ασθενείς ΝΕΚ ΙΦΝΕ Spor et al. Nat Rev Microbiol 2011;9:

26 ΝΕΚ και εντερική μικροβιοκοινότητα Προωρότητα Ανωριμότητα Νοσοκομειακό περιβάλλον Αντιβιοτικά Αποικισμός του εντέρου Proteobacteria: αύξησή τους προάγει τη φλεγμονή Διάσπαση του εντερικού φραγμού Δίοδος παθογόνων μικροβίων Torrazza et al. Clin Perinatol 2013;40:93 108

27 HOMEOSTASIS Bifidobacterium Lactobacillus Bacteroides Human Milk Vaginal Delivery Proteobacteria Th2 Bias TLR immaturity Intestinal immaturity ΝΕΚ και εντερική μικροβιοκοινότητα Regulation Inflammation Regulation C-section Antibiotic exposure Lack of enteral feeds Infant formula feeding Indwelling catheter and Infections H2 blocker Inflammation INFLAMMATION Factors Influencing Intestinal Microbiota Homeostasis and Predisposing to NEC Torrazza RM & New J. Clin Perinatol 2013;40:93 108

28 Όφελος στη ΝΕΚ με τη χορήγηση προβιοτικών και την τροποποίηση της εντερικής μικροβιοκοινότητας Deshpande et al. Pediatrics 2010;125:

29 Σακχαρώδης Διαβήτης τύπου 1 και μικροβιοκοινότητα Υγιή παιδιά Παιδιά με ΣΔ 1 P Prevotella ± ± Clostridium 4.85 ± ± B. coccoides E rectale 8.64 ± ± Enterococcus 5.80 ± ± Veillonella 6.76 ± ± Bifidobacterium 5.65 ± ± Lactobacillus 4.23 ± ± Bacteroides 8.64 ± ± Muri et al. BMC Medicine 2013;11:46

30 Καισαρική τομή και Σακχαρώδης Διαβήτης τύπου 1 Cardwell et al. Diabetologia 2008;51:

31 Εντερική μικροβιοκοινότητα και Σακχαρώδης Διαβήτης τύπου 1 Γενετικοί παράγοντες Είδος τοκετού Δίαιτα Μικροβιακοί παράγοντες Λοιμώξεις Γάλα αγελάδος Ινσουλίνη Διαταραχή της ανοχής Μεταβολές στο μικροβίωμα: Bacteroides Bifidobacterium Diverity Λειτουργικές μεταβολές: Butyrate Ανοσολογικές μεταβολές: ICAM-1, HLA-DR FOXP3 Εντερική διαπερατότητα Εντερική φλεγμονή Εντερικές λοιμώξεις ( εντεροϊοί, ροταϊός) Διαταραχή της άμυνας Χρόνια/ υποτροπιάζουσα λοίμωξη Αυτοανοσία β-κυττάρων και διαβήτης Vaarala O. Rev Diabet Stud 2012;9:

32 Εντερική μικροβιοκοινότητα και παχυσαρκία Παρεκκλίσεις στην μικροβιοκοινότητα του εντέρου προηγούνται της ανάπτυξης παχυσαρκίας Παρακολούθηση παιδιών από τη βρεφική ηλικία: Στην ηλικία των 7 ετών: αυτά που παρέμειναν με φυσιολογικό βάρος είχαν μεγαλύτερο αριθμό Bifidobacterium και χαμηλότερο S. aureus σε σχέση με τα υπέρβαρα. Kalliomaki et al. Am J Clin Nutr 2008 Firmicutes/Bacteroidetes, Lactobacillus, S. aureus σε παχύσαρκα παιδιά Bervoets et al. Gut Pathol 2013

33 Εντερική μικροβιοκοινότητα και αυτοάνοσα νοσήματα Sorini et al. Am J Clin Exp Immunol 2013;2:

34 Μελέτες της λειτουργικής έκφρασης της εντερικής μικροβιοκοινότητας Metagenomics: γονιδιακό προφίλ (DNA) της εντερικής μικροβιοκοινότητας, σύγκριση με γνωστή λειτουργική έκφραση παρόμοιων αλληλουχιών Metabolomics: μεταβολικό προφίλ (μεταβολίτες) της μικροβιοκοινότητας Metaproteomics: καταλυτικό δυναμικό (πρωτεΐνες) της μικροβιοκοινότητας Metatranscriptomics: απάντηση της μικροβιοκοινότητας σε περιβαλλοντικές αλλαγές (RNA) Torrazza RM & New J. Clin Perinatol 2013;40:93 108

35 Gnotobiotics animals: Μελέτες σε πειραματόζωα ειδικά «για τη γνώση της ζωής» Πειραματόζωα, κυρίως τρωκτικά, με μηχανικά τροποποιημένο γονιδίωμα ώστε να υπάρχει ή να απουσιάζει γονίδιο που να ευνοεί την εμφάνιση συγκεκριμένου νοσήματος ή ανοσολογικής απόκρισης. Hooper et al. Science 2012;336:

36 Gnotobiotics animals: Μελέτες σε πειραματόζωα ειδικά «για τη γνώση της ζωής» Τα πειραματόζωα μεγαλώνουν σε στείρες συνθήκες (από μικρόβια, ιούς, παράσιτα) Ακολουθεί ελεγχόμενος αποικισμός με μικρόβια Προτίμηση σε στελέχη μικροβίων που ζουν περιορισμένο χρονικό διάστημα επειδή δεν έχουν την δυνατότητα να συνθέτουν αμινοξέα απαραίτητα για την επιβίωση τους Συμπεράσματα με ή χωρίς τον αποικισμό Hooper et al. Science 2012;336:

37 Συμπεράσματα Μικροβιοκοινότητα ανοσολογικό σύστημα: αλληλεπίδραση η αλληλεπίδραση αυτή κατευθύνει την διαφοροποίηση των φλεγμονωδών και αντι-φλεγμονωδών πληθυσμών των T-λεμφοκυττάρων αρχικά σε τοπικό επίπεδο και στη συνέχεια συστηματικά Η αλληλεπίδραση αυτή είναι ιδιαίτερα σημαντική στους πρώτους 6 μήνες της ζωής γιατί διαμορφώνεται η ανοσολογική απάντηση. Απορρύθμιση του οικοσυστήματος της εντερικής μικροβιοκοινότητας φαίνεται να συνδέεται με εμφάνιση αλλεργικών, αυτοάνοσων και μεταβολικών νοσημάτων.

38 Συμπεράσματα Ο ρόλος της μικροβιοκοινότητας επαναπροσδιορίζεται χρησιμοποιώντας: σύγχρονες μοριακές τεχνικές βιοπληροφορική εξειδικευμένα μοντέλα πειραματοζώων στοχευμένες μελέτες στον άνθρωπο? Παρέμβαση διαιτητική ή φαρμακευτική (προβιοτικά, πρεβιοτικά, κ.α) πιθανόν να οδηγεί σε περιορισμό της νοσηρότητας κατά την παιδική ηλικία και πέραν αυτής.