Rozumiem alfa diverzitáte

Ľudský črekový mikrobiom pozostáva z miliárd mikroorganizmov, ktoré spolu tvoria vysoko komplexný ekosystém. Jedným pojmom, ktorý sa v výskume mikrobiomu často vyskytuje, je alfa diverzita. Označuje to bakteriálnu diverzitu vo vašom mikrobiome, inými slovami, koľko rôznych mikroorganizmov je v čreviach a ako rovnomierne sú rozložené.

V modernom mikrobiomovom viedeňaní sa alfa diverzita považuje za jeden z najdôležitejších ukazateľov stability a odolnosti črekového mikrobiomu. Výskumy naznačujú, že znížená bakteriálna diverzita sa často spája so zmenami črekového mikrobiomu, západným životným štýlom, vystavením antibiotikom a rôznymi zdravotnými problémami¹.

Ale čo presne znamená bakteriálna diverzita? A prečo sa vedci po celom svete čoraz viac zaujímajú o jej významie?

Čo znamená alfa diverzita?

Alfa diverzita opisuje diverzitu mikroorganizmov v jednej vzorke, v tomto prípade vo vašom črekovom mikrobiome.

Hrajú tu úlohu dva hlavné faktory:

• Koľko rôznych mikroorganizmov je prítomných

• Ako rovnomierne sú tieto mikroorganizmy rozložené

Črekový mikrobiom obsahujúci mnoho rôznych druhov baktérií sa zvyčajne považuje za diverzitejší než taký, v ktorom dominujú iba niekoľko skupín.

Môžete si to predstaviť ako lesný ekosystém:

Les s mnohými rôznymi rastlinami, hmyzmi a zvierami sa zvyčajne považuje za stabilnejší než ekosystém s iba niekoľkými druhmi. Výskumníci teraz ukladajú podobný koncept na ľudský mikrobiom.

Čo je na tom špeciálne fascinujúce:

Črekový mikrobiom kolektívne obsahuje milióny mikrobiálnych génov, čo je oveľa viac genetických informácií než samotný ľudský genom².

Prečo je bakteriálna diverzita dôležitá?

Vysoká bakteriálna diverzita sa často spája so stabilnejším mikrobiálnym ekosystémom. Vedci to často nazývajú mikrobiálnou „odolnosťou“ – schopnosťou mikrobiomu reagovať na stresové faktory a následne sa z nich zotomiť³.

K týmto stresovým faktorom môžu patrieť:

• Antibiotiká

• Infekcie

• Stres

• Spánková deprivácia

• Zásadné zmeny v stravovaní

• Zápalové procesy

Rôzne mikroorganizmy v čreviach vykonávajú rôzne funkcie. Niektoré produkujú krátke reťazové mastné kyseliny, ako je napríklad butyrat, zatiaľ čo iné pomáhajú rozkladať vlákninu z potravy alebo interagujú s imunitným systémom⁴.

Keď diverzita klesne, rovnováha v tejto mikrobiálnej sieti sa môže narušiť.

Je však dôležité pochopiť:

Vysoká alfa diverzita automaticky neznamená „zdravie“ a nižšia diverzita automaticky neznamená chorobu. Mikrobiom je vysoko individuálny a musí sa vždy interpretovať v širšom biologickom kontexte.

Prečo klesá bakteriálna diverzita u mnohých ľudí?

Mnoho výskumníkov teraz verí, že moderný západný životný štýl ovplyvňuje mikrobiom silnejšie, než sa predpokladalo⁵.

Výskumy ukazujú, že ľudia žijúci v industrializovaných krajinách často majú nižšiu mikrobiálnu diverzitu v porovnaní s tradične žijúcimi populáciami⁶.

Niektorí vedci už teraz opisujú tento stav ako možné „stratenie diverzity mikrobiomu“ v západných spoločnostiach.

Špeciálne zaujímavé:

Mikrobiom reaguje prekvapivo dynamicky na faktory životného štýlu. Už len niekoľko dní konzumácie vysoce spracovaných potraviek alebo potraviek s nízkym obsahom vlákniny môže viesť k merateľným zmenám v bakteriálnom zložení⁷.

Akú úlohu hraje vláknina?

Vláknina z potravy je považovaná za jeden z dôležitejších ovplyvňujúcich faktorov pre mnohé črekové baktérie. Početné mikroorganizmy využívajú vlákninu ako zdroj pokrmu a fermentujú ju.

Tento proces produkuje krátke reťazové mastné kyseliny, ako sú:

• Butyrat

• Acetát

• Propiónát

Tieto metabolické produkty sú intenzívne študované v súvislosti s funkciou črekového bariéry, reguláciou imunity a mikrobiálnou stabilitou⁸.

Špeciálne takzvané butyratové produkujúce baktérie sú hlavným zameraním moderného výskumu mikrobiomu, vrátane:

• Faecalibacterium prausnitzii

• Roseburia

• Eubacterium rectale

Mnoho týchto mikroorganizmov profituje z diety bohaté na vlákninu⁹.

Antibiotiká a alfa diverzita

Jedným z najsilnejších známych faktorov ovplyvňujúcich bakteriálnu diverzitu je vystavenie antibiotikom.

Antibiotiká môžu ovplyvniť nielen škodlivé baktérie, ale aj veľké časti prirodzeného črekového mikrobiomu. Výskumy ukazujú, že alfa diverzita sa po použití antibiotík môže výrazne znížiť¹⁰.

Rýchlosť, akou sa mikrobiom zotomi, sa výrazne líši medzi jednotlivcami.

Niektoré baktériálne skupiny sa regenerujú relatívne rýchlo, zatiaľ čo ostatné môžu vyžadovať týždne alebo dokonca mesiace a niektoré zmeny sa môžu udržať dlhodobo¹¹.

Toto je jeden z dôvodov, prečo sa koncept mikrobiálnej odolnosti stane v výskume mikrobiomu čoraz dôležitejším.

Čo hovorí výskum o alfa diverzitáte?

Moderný výskum mikrobiomu skúma bakteriálnu diverzitu v mnohých rôznych oblastiach, vrátane:

• Irritabilné črekové syndróm (IBS)

• Funkcia črekovej bariéry a „prutejúce črevá“

• Metabolické zdravie

• Zápalové procesy

• Črekovo-mozgová os

• Strava a životný štýl

Dôležité je, že výskumníci už neklasifikujú baktérie jednoducho ako „dobre“ alebo „zlé“. Namiesto toho sa čoraz viac sústredia na celý mikrobiálny ekosystém a jeho funkčnú stabilitu¹².

Moderné technológie shotgun sekvenčovania teraz poskytujú oveľa hlbšie vstrety do bakteriálnej diverzity a mikrobiálnej zloženia než staršie metódy¹³.

Ako sa analyzuje alfa diverzita?

Moderné analýzy mikrobiomu využívajú sekvenčné technológie na základe DNA na vizualizáciu mikrobiálnej diverzity v čreviach.

V spoločnosti Bactera používame pokročilú technológiu shotgun sekvenčovania. Na rozdiel od tradičných metód 16S shotgun sekvenčovanie neanalyzuje iba vybrané bakteriálne markérne oblasti, ale skúma veľké časti celkového mikrobiálneho DNA. To umožňuje odhalenie oveľa viacerých mikroorganizmov a mikrobiálnych vzorcov¹⁴.

Vďaka nášmu prístupu Microbiome 360° analyzujeme:

• Bakteriálnu diverzitu

• Mikrobiálnu zloženie

• Huby a vírusy

• Funkčné mikrobiálne potenciály

• Gény rezistencie na antibiotiká

Záver

Alfa diverzita je teraz považovaná za jeden z kľúčových konceptov moderného výskumu mikrobiomu. Opisuje bakteriálnu diverzitu vášho črekového mikrobiomu a môže poskytnúť vstrety do toho, aká je tento komplexný ekosystém stabilný a odolný.

Strava, antibiotiká, stres, spánok a faktory životného štýlu môžu ovplyvniť bakteriálnu diverzitu, často rýchlejšie, než si mnohí ľudia uvedomujú.

V súčasnom čase výskumy čoraz viac ukazujú:

Mikrobiom nezostáva z izolovaných „dobrých“ alebo „zlých“ baktérií, ale je skôr vysoko komplexnou siťou mikroorganizmov, ktoré spolu formujú váš mikrobiálny ekosystém.

Presne preto sa moderná analýza mikrobiomu s vysokým rozlíšením stane čoraz dôležitejšou. Zaujíma vás, ako vyzerá vaša vlastná diverzita? Zistite, ako funguje analýza vášho črekového mikrobiomu.

Vedecké referencie

1. Wilmanski T, Diener C, Rappaport N, et al. Gut microbiome pattern reflects healthy ageing and predicts survival in humans. Nature Metabolism. 2021;3:274–286.

2. Almeida A, Nayfach S, Boland M, et al. A unified catalog of 204,938 reference genomes from the human gut microbiome. Nature Biotechnology. 2021;39:105–114.

3. Lozupone CA, Stombaugh JI, Gordon JI, et al. Diversity, stability and resilience of the human gut microbiota. Nature. 2022 update review.

4. Fan Y, Pedersen O. Gut microbiota in human metabolic health and disease. Nature Reviews Microbiology. 2021;19:55–71.

5. Gacesa R, Kurilshikov A, Vich Vila A, et al. Environmental factors shaping the gut microbiome in a Dutch population. Nature. 2022;604:732–739.

6. Sonnenburg ED, Sonnenburg JL. The ancestral and industrialized gut microbiota and implications for human health. Nature Reviews Microbiology. 2021;19:383–394.

7. Asnicar F, Berry SE, Valdes AM, et al. Microbiome connections with host metabolism and habitual diet from 1,098 deeply phenotyped individuals. Nature Medicine. 2021;27:321–332.

8. De Filippo C, Pasolli E, Ercolini D. The Mediterranean diet and human gut microbiome: nutritional interventions for improving host health. Gut Microbes. 2022;14(1):2045048.

9. Makki K, Deehan EC, Walter J, et al. The impact of dietary fiber on gut microbiota in host health and disease. Cell Host & Microbe. 2023;31(2):204–223.

10. Dethlefsen L, Relman DA. Incomplete recovery and individualized responses of the human distal gut microbiota to repeated antibiotic perturbation. Updated microbiome analyses 2021.

11. Palleja A, Mikkelsen KH, Forslund SK, et al. Recovery of gut microbiota after antibiotics depends on host and environmental factors. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. 2021.

12. Cryan JF, O’Riordan KJ, Cowan CSM, et al. The microbiota-gut-brain axis. Physiological Reviews. 2023;103:1485–1564.

13. Quince C, Walker AW, Simpson JT, et al. Shotgun metagenomics, from sampling to analysis. Nature Biotechnology. 2021 update review.

14. Knight R, Vrbanac A, Taylor BC, et al. Best practices for analysing microbiomes. Nature Reviews Microbiology. 2022;20:483–496.