Мікробіота, мікробіом і метаболом: три слова, які постійно плутають
- 11 серп.
- Читати 4 хв
У сучасній розмові про здоров’я слова «мікробіота», «мікробіом» і «метаболом» звучать дедалі частіше. Ними оперують науковці, лікарі, виробники пробіотиків і автори дописів у соціальних мережах. Проблема лише в тому, що нерідко ці терміни використовують як взаємозамінні.
Та, це помилка і не просто термінологічна. За кожним із цих понять стоїть окремий рівень біологічної організації.
Ідея цього допису – спростити розуміння цих понять настільки – щоб їх просто не плутати
Мікробіота – це сукупність живих мікроорганізмів, які населяють певну екологічну нішу чи то нас з вами чи то іншого середовища, і при цьому ми можемо різними технологічними прийомами отримати їх в культивованому вигляді (тобто виростити в лабораторних умовах), навіть якщо ці методи культивації є надскладні і це особливо стосується екстремально чутливих до кисню мікроорганізмів.
Отже всі ми з вами маємо особливу виключно нашу персоніфіковану кишкову мікробіоту, мікробіоту шкіри, слизових оболонок рота, дихальних і сечостатевих шляхів.
Важливим є, що це не лише бактерії, як часто вважають, а також археї, мікроскопічні гриби та інші мікроорганізми, включно з вірусами.
Більше про це можна дізнатися тут:
Borrel G, Brugère JF, Gribaldo S, Schmitz RA, Moissl-Eichinger C.
The host-associated archaeome.
Nature Reviews Microbiology. 2020;18(11):622–636.
Один найавторитетніших оглядів, який підкреслює, що археї є невід'ємною складовою мікробіоти людини та інших організмів
Berg G, Rybakova D, Fischer D, et al.
Microbiome definition re-visited: old concepts and new challenges.
Microbiome. 2020;8:103.
У цій роботі чітко розмежовано поняття мікробіота (сукупність мікроорганізмів) та мікробіом (мікроорганізми разом із їхніми геномами, метаболітами, структурними компонентами та середовищем існування).
Baker BJ, De Anda V, Seitz KW, et al.
Diversity, ecology and evolution of Archaea.
Nature Microbiology. 2020;5:887–900.
Мікробіота людини включає не лише бактерії, а й археї, мікроскопічні гриби, протистів і віруси, які разом формують складну мікробну екосистему організму.
Отже, мікробіота відповідає на базове запитання: хто присутній у конкретній мікробній спільноті?
Однак сам перелік мікроорганізмів ще не дає повного уявлення про стан цієї спільноти. Дві людини можуть мати подібний набір бактеріальних родів, але суттєво відрізнятися за їх співвідношенням, активністю та взаємодією з організмом.
Поняття мікробіому є ширшим.
У науковій літературі його визначення дещо варіює. У вузькому сенсі мікробіомом називають сукупність генетичного матеріалу мікроорганізмів. У ширшому, екологічному розумінні – це мікробна спільнота разом із її генами, функціями, взаємодіями та середовищем існування.
Іншими словами
Мікробіом включає не лише бактерії, як часто вважають, а й археї, мікроскопічні гриби, віруси, протистів, а також їхні геноми, мобільні генетичні елементи, позаклітинні нуклеїнові кислоти та продукти їхньої життєдіяльності (тобто все і живі мікроорганізми, і неживі, продукти метаболізму) (з вірусами і уламками нуклеїнових кислот включно).
Найбільш цитованою публікацією, яка пропонує сучасне визначення мікробіому, є повне бібліографічне посилання (Vancouver):
Berg G, Rybakova D, Fischer D, Cernava T, Champomier-Vergès MC, Charles T, et al. Microbiome definition re-visited: old concepts and new challenges. Microbiome. 2020;8(1):103. doi:10.1186/s40168-020-00875-0.
Саме в цій роботі автори зазначають, що поняття мікробіому охоплює не лише мікроорганізми (бактерії, археї, гриби, протистів і віруси), але й їхній “театр активності” (theatre of activity), який включає:
1. структурні компоненти клітин;
2. метаболіти;
3. сигнальні молекули;
4. мобільні генетичні елементи;
5. позаклітинні нуклеїнові кислоти та інші продукти взаємодії з хазяїном.
Для підтвердження того, що археї є невід’ємною складовою мікробіому людини, можна також процитувати:
Borrel G, Brugère JF, Gribaldo S, et al. The host-associated archaeome. Nature Reviews Microbiology. 2020; 18:622–636. https://doi.org/10.1038/s41579-020-0407-y
Тобто мікробіом дає змогу поставити складніше запитання: що ця спільнота потенційно здатна робити?
Наприклад, у мікробному геномі можуть бути присутні гени, необхідні для перетворення харчових компонентів, синтезу певних вітамінів, метаболізму жовчних кислот або утворення біологічно активних сполук.
Але тут важливо розуміти межу: наявність гена не означає, що він обов’язково активний саме зараз.
Генетична інформація свідчить про потенціал. Для його реалізації необхідні відповідні умови: доступні поживні речовини, певний рівень кислотності, взаємодія з іншими мікроорганізмами, стан кишкового бар’єра, швидкість транзиту вмісту кишечника та багато інших чинників. Фізіологічне середовище кишечника може суттєво впливати як на склад мікробної спільноти, так і на її метаболічну активність.
Метаболом
Це сукупність низькомолекулярних речовин, або метаболітів, які містяться в біологічному зразку в конкретний момент часу.
Саме метаболіти є кінцевими або проміжними продуктами біохімічних процесів. До них належать, зокрема, органічні кислоти, амінокислоти, ліпідні сполуки та інші молекули, здатні брати участь у регуляції обміну речовин, імунних реакцій і міжклітинної комунікації.
При цьому метаболом не можна вважати виключно продуктом діяльності мікробіоти. Частина молекул надходить із їжею, частина синтезується клітинами людини, а частина утворюється внаслідок спільного метаболізму організму та мікроорганізмів.
Тому метаболом відповідає вже не на запитання «хто є?» або «що вони можуть?», а на запитання: що в цій системі реально відбувається зараз?
До метаболому можна віднести:
коротколанцюгові жирні кислоти (ацетат, пропіонат, бутират);
вторинні жовчні кислоти;
триптофанові метаболіти (індоли);
поліаміни;
амінокислоти;
органічні кислоти;
вітаміни;
нейроактивні сполуки (ГАМК, серотонін, дофамінові прекурсори тощо).
Про це більше можна знайти тут
Nicholson JK, Holmes E, Kinross J, et al. Host-gut microbiota metabolic interactions. Science. 2012;336:1262–1267.
Wishart DS. Metabolomics for investigating physiological and pathophysiological processes. Physiological Reviews. 2019;99:1819–1875.
Чому ця різниця важлива?
Тому що мікроорганізми в нашому організмі – не статичний перелік назв. Це жива система, яка постійно реагує на харчування, ліки, вік, стрес, фізичну активність та стан здоров’я.
Знати, хто живе в цій системі, важливо, але недостатньо. Не менш важливо розуміти, що ця спільнота здатна робити і які речовини утворюються внаслідок її взаємодії з організмом людини.
Саме тому стан здоров’я не можна пояснити наявністю або відсутністю однієї «корисної» чи «шкідливої» бактерії. Значення має те, як працює вся мікробна екосистема і який діалог вона вибудовує з нашим організмом.
Отже, запам’ятовуємо:
мікробіота – це склад мікробної спільноти, яку можна культивувати;
мікробіом – її генетичний і функціональний потенціал;
метаболом – актуальний біохімічний результат роботи всієї системи.
Джерело | Використано |
Borrel et al., 2020 | Археї як складова мікробіоти людини, їх різноманіття та біологічні функції. |
Berg et al., 2020 | Сучасне визначення мікробіоти та мікробіому, концепція «theatre of activity». |
Baker et al., 2020 | Еволюція, екологія та функціональне різноманіття архей, основні екологічні групи. |
Коментарі