Mikroorganizmalar ve insan vücudu ile olan etkileşimleri
advertisement
TAF Preventive Medicine Bulletin www.korhek.org DOI: 10.5455/pmb.1-1422383762 Derleme / Review Mikroorganizmalar ve insan vücudu ile olan etkileşimleri Microorganisms and their interaction with human body Rıdvan Çetin1, Gül Betül Güven1, Vildan Tunçbilek1, Sedat Develi2, Ömer Aykutluğ1, Ahmet Korkmaz1 ÖZET Dünya üzerinde aynı anda yaşayan insan sayısını, bakteri sayısına oranlarsak karşımıza 1/1018gibi bakteriler lehine oldukça büyük bir oran çıkmaktadır. Böylesine kalabalık bir topluluk ile sürekli ilişki içinde bulanmak durumunda olan insanoğlunun bu ilişkilerini incelemek bir zorunluluk olmuştur. Ancak yapılan çalışmalarda genellikle insan için zararlı olan bakteriler ön planda tutulmuş, insan için yararlı olan bakteriler göz ardı edilmiştir. Bu durum enfeksiyon hastalıklarında tam iyileşmeye kadar varan başarılar sağlamıştır. Aynı zaman diliminde kronik hastalıklar (Tip II Diyabet, Hipertansiyon, Obezite, Metabolik Send. vb.) büyük bir hızla artmış ve bu hastalıklarda remisyon dahi başarı sayılmıştır. Özellikle, kronik hastalıkların etyopataogenezinin belli oranda hipotezlerden ibaret olması ve tam açıklama getirilememiş olması, söz konusu hastalıklara zemin hazırlayan faktörlerin yeterince anlaşılamamış, hatta bazılarının göz ardı edilmesinden kaynaklanmış olabileceği düşünülmektedir. Belki de burada kaçırılan noktalardan biri, patojen bakterilere odaklanılması ve patojenlerin haricinde insan için yararlı bakterilerin insan ile ilişkilerinin yeterince incelenmemiş olmasıdır. Bu noktaya biraz daha dikkat edilmesi ile artan araştırmaların önüne büyük bir sorun çıkmıştır: İnsan vücudu, pek çoğu yüzey antijenine sahip bu bakterileri patojen ya da non-patojen diye nasıl ayırmaktadır? Bu makalede patojen mikroorganizmalar, flora ve bunların insan ile olan ilişkileri açıklanıp patojen ve non-patojen ayrımının konak tarafından nasıl yapıldığı hakkındaki üç majör hipotez açıklanmaya çalışılacaktır. ABSTRACT If we compare the number of human beings to the number of bacteria living on the earth at the same time, it appears a proportion as around 1/1018 in favor of bacteria. Analyzing the association of the human beings in relation with such a crowded community has become a necessity. However, studies have generally been focused on the noxious bacteria and non-noxious bacteria have been ignored. This circumstance has been provided a variety of achievements including full recovery of the infection diseases. During the same period, chronical diseases have been increased at a great pace (dramatically) and even remission has been accepted to be quite an achievement. It is expected that, especially, particular etiopathogenesis of chronical diseases being associated with hypothesis and not clarified implicitly can be grounded on that, the factors inducing the diseases are not appear enough and some of them are even disregarded. Possibly, the missing point is that, the pathogens were majored on and non-pathogen bacteria’s relation with human beings has not been analyzed sufficiently. Attending to this point, increasing studies faced to a big problem: how can the human body discriminate the bacteria, most of them have surface antigens, as pathogen or non-pathogen? In this review, pathogen microorganisms, flora and their relation with human beings have been attempted to consider and three major hypotheses about host discrimination between pathogens and non-pathogens have been intended to explain. GİRİŞ İnsanoğlunun yaşamını ve neslini devam ettirmek için, diğer canlı türleri ile mutlak etkileşim içinde olması gerekmektedir. Bu etkileşimi, önemli bir kısmı boyut olarak küçük, ancak fonksiyonel ve sayısal olarak büyük olan mikroorganizmalar ile gerçekleştirmektedir (1). Mikroorganizmalardan izole edilmiş bir insan yaşamının devam ettirilebilirliği mümkün görülmemektedir. Bu makale insanın etkileşim halinde olduğu mikroorganizmalarla ilişkisini incelemeye çalışmaktadır. 272 Gülhane Askeri Tıp Akademisi, Askeri Tıp Fakültesi, Fizyoloji Anabilim Dalı, Moleküler Fizyoloji Eğitim ve Araştırma Merkezi, Ankara- Türkiye 2 Gülhane Askeri Tıp Akademisi, Askeri Tıp Fakültesi, Anatomi Anabilim Dalı, Moleküler Fizyoloji Eğitim ve Araştırma Merkezi, Ankara, Türkiye 1 Yazışma Adresi/Address for correspondence: Rıdvan Çetin, Gülhane Askeri Tıp Akademisi, Askeri Tıp Fakültesi, Fizyoloji Anabilim Dalı, Moleküler Fizyoloji Eğitim ve Araştırma Merkezi, Ankara- Türkiye. rcetin@gata.edu.tr Anahtar Kelimeler: Mikroorganizma, mikrobiyota, flora, patojen, PAMPs, PRRs Key Words: Microorganisms, microbiota, flora, pathogen, PAMPs, PRRs Gönderme Tarihi/Received Date: 28.01.2015 Kabul Tarihi/Accepted Date: 18.03.2015 Yayımlanma Tarihi/Published Online: 30.06.2015 İnsan ile mikroorganizmaların birlikteliği temelde ikiye ayrılarak incelenebilir. Bunlar, birliktelik esnasında insan vücudunun zarar gördüğü durum ile insan vücudunun herhangi bir şekilde olumsuz olarak etkilenmediği, aksine çoğu zaman yarar sağladığı durumdur. İlk durumda bulunan mikroorganizmalar patojen mikroorganizmalar olarak adlandırırken [bu patojen mikroorganizmalar enfeksiyona neden olabilmektedir (Bordetella pertussis, Brucella abortus, Campylobacter jejuni, Enterococcus faecalis, Haemophilus influenzae)], insan vücudunun zarar görmediği durumdaki mikroorganizmalar ise flora, mikrobiyota TAF Prev Med Bull ● 2015 ● Vol 14 ● Issue 3 Çetin, et al., Microorganisms and their interaction with human body veya mikrobiyom olarak benzer anlamlara gelen farklı isimlerle adlandırılır. Aslında bu ifadeler aracılığıyla kastedilen, insan vücudunun içinde ve dışında yaşayan (insanın dış dünya ile temas eden tüm bölgelerinde) ve insan vücuduna yarar sağlayan (mutualist) ya da en azından zarar vermeden yaşayan (kommensalist) mikroorganizmalardır (2). İnsan ile etkileşim halinde olan mikroorganizmalar denildiğinde virüs, bakteri, arke ve tek hücreli ökaryotlar akla gelmektedir. Ancak bunlar içerisinde sayıca en zengin ve üzerinde en çok çalışılmış olan ise bakterilerdir (1). Durumları bu şekilde sınıflandırırken bir mikroorganizma hakkında kesin olarak patojen veya non-patojen denilememektedir. Çünkü normal koşullarda non-patojen olarak bilinen bir mikroorganizma, değişen koşullarda (immün yetmezlik, çevre koşulları, disbiyozis vb.) patojen davranış gösterebilmektedir (3). B u g ü n e k a d a r y ap ı l m ı ş o l a n ç a l ı ş m a l a r d a mikroorganizma-insan ilişkisinin incelenmesinde, genellikle patojen ve fırsatçı mikroorganizmalar üzerine yoğunlaşılmıştır. Fakat bu çalışmalar ilgili tüm mikroorganizmaların insan ile olan ilişkilerinin ancak çok az bir kısmını açıklayacak niteliktedir. Kommensal ve mutualist ilişkiler ise bugüne kadar göz ardı edilmiştir (4). Bu bilimsel yaklaşım, enfeksiyon hastalıkları ile mücadelede başarı sağlamış olmasına rağmen kronik hastalıklar ve flora ilişkisini araştırma alanına dahil etmediği için pek çok kronik hastalığın (Tip II Diyabet, Hipertansiyon, Obezite, Metabolik Sendrom, MS, Parkinson ve Crohn hastalığı vb.) etyopatogenezinde flora faktörü tam olarak anlaşılamamıştır. Bunun haricinde konuya yaklaşımda bir diğer eksiklik ise mikroorganizmaların insan ile ilişkisinin sadece immün sistem penceresi ile açıklanmaya çalışılmasıdır (5). Eğer geçmişte bu konuya daha geniş bir açıdan bakılsaydı Batı-Ortodoks tıbbı kuvvetle muhtemel bu alanda daha hızlı ilerleme kaydedecekti. Bilim insanları var olan bu boşluğu doldurmak için bakış açılarını ve çalışma alanlarını bu yöne kaydırmaktadır. PATOJEN MİKROORGANİZMALAR İLE İNSAN VÜCUDU ARASINDAKI İLİŞKİ Her canlıda olduğu gibi mikroorganizmalarda da temel yaşamsal fonksiyonları devam ettirmek canlılık aktivitelerinin büyük kısmını oluşturur. Beslenme, enerji üretimi, barınma, kendine özgü mikroçevre oluşturma, savunma, kaçma, üreme, gelişme, iletişim gibi temel yaşamsal fonksiyonları yerine getirmek için insan vücudundan yararlanan ve bu yararlanma işlemi esnasında da insan vücuduna zarar veren mikroorganizmalara “insan için patojen mikroorganizmalar” denilmektedir (Şekil 1) (6, 7). Patojenlerin insan vücudunu konak olarak kullanabilmek için geçmesi gereken üç aşamalı bir savunma mekanizması vardır (Şekil 2). Doğal ve kazanılmış immünite tarafından gerçekleştirilen bu savunmada, enfeksiyonun şiddeti ve mortalite yeteneği patojen mikroorganizmanın virülansı ile doğru, immün sistemin gücü ile ters orantılıdır. Bu faktörlerin birbiri üzerindeki güçlerinin kıyaslanması sonucunda enfeksiyonun şiddeti belirlenir. Patojen mikroorganizma insan vücuduna girdikten sonra ilk olarak doğal savunma sisteminin bariyerleri ile karşılaşır. Bu bariyerleri aşmasının ardından dokuya infiltre olan patojen, burada bulunan mononükleer fagositik sistem üyesi olan doku makrofajları ve dentritik hücreler ile karşılaşır. Daha da ilerleyen dönemlerde kazanılmış immün yanıtla karşılanan patojen, eğer bu sistemlerden kaçabilme yeteneğine (virülans faktörleri ile) sahip ise insan vücudunu istediği gibi enfekte etmeyi başarır. Şekil 1. Patojen mikroorganizmalar ile insan vücudu arasındaki ilişki. Şekil 2. Patojenlere karşı insan vücudunun mevcut üç savunma hattı. FLORA VE İNSAN VÜCUDU ARASINDAKİ İLİŞKİ Dünya üzerinde yaşayan insan sayısı yaklaşık 7 milyardır (2012 yılı itibari ile). Buna karşılık dünya üzerinde yaşayan bakteri sayısı 5 nonilyon (5.1030)’dur (11). Yaşayan her insan başına yaklaşık 1 kentilyon (1018) adet bakteri düşmektedir. Bir insan vücudunda ise yaklaşık 100 trilyon hücre bulunur (12). Bunun 10 katı kadar da florada yaşayan, çoğunluğunu bakterilerin TAF Prev Med Bull ● 2015 ● Vol 14 ● Issue 3 273 Çetin, v.d., Mikroorganizmalar ve insan vücudu ile olan etkileşimleri oluşturduğu mikroorganizma bulunur (13). Solunum yolları, baş (ağız, orofarinks, nazofarinks, kulak, göz), gastrointestinal sistem (özofagus, mide, ince bağırsak, kolon) ve genitoüriner sisteme (üretra girişi, vajina, serviks) yayılmış olan floranın sayısal açıdan en yoğun olduğu organ ise kolondur. Sadece kolonda, bir insan vücuduna ait tüm hücre sayısı kadar bakteri bulunmaktadır (1). Simbiyotik açıdan incelediğimizde floraya ait canlıların görevi birbirlerinin hayatta kalmalarını ve türlerini devam ettirmelerini sağlamaktır. Bu ilişkiden insanın yarar sağladığı kısım ise oldukça uzun bir liste oluşturmaktadır. Bunları aşağıdaki başlıklar altında inceleyebiliriz (1, 3, 5, 14, 15): Metabolik Aktivitelere Olan Katkıları ◆◆ K2, B1, B3, B6, B12, folik asit, pantotenik asit sentezler. ◆◆ Bazı aminoasitlerin sentezini yapar (Lizin Fenilalenin, Metionin vb.) ◆◆ Yağların ve karbonhidratların sindirimine yardımcı olur. ◆◆ Ksenobiyotiklerin detoksifikasyonunda rol oynayarak karaciğere eşdeğer bir fonksiyon görür. İmmün Sisteme Olan Katkıları ◆◆ Patojen mikroorganizmaların bağlanma yüzeylerini işgal ettikleri için patojenlerin insan vücuduna girişini önler. ◆◆ Besin maddeleri için patojen ve fırsatçı mikroorganizmalarla yarışarak bu mikroorganizmaların artmasını önler. ◆◆ Floraya ait canlıların metabolik atıkları patojen mikroorganizmalara toksik etki gösterir. ◆◆ Patojenlere karşı salgıladığı toksinlerle insanı patojen mikroorganizmanın saldırısından korur. ◆◆ Floradaki mikroorganizmaların sayısının belli bir dengede tutulması gerekir. Bu durum, immün sistemi devamlı olarak belirli düzeyde aktif tutar. ◆◆ Doğum sonrasında, uygun mikroorganizma türlerinin florada yer alması ile immün sistemin uygun olarak eğitilmesi sağlanır. ◆◆ İmmün sistemin infanttaki halinden erişkindeki haline gelene kadar flora bir eğitim merkezi gibi faaliyet gösterir. ◆◆ Doğum ve doğumdan sonraki süreç içerisinde floranın dengeli bir şekilde gelişimi (non patojenpatojen-fırsatçı dengesi) otoimmun ve alerjik hastalıkların oluşmasının önlenmesine katkı sağlar. ◆◆ Gastrointestinal kanal boyunca sindirilemeyip kolona ulaşan yağların ve karbonhidratların sindirimine yardımcı olarak antijenik yapıların yüzeye ulaşma 274 riskini azaltır. Böylece olası birtakım alerjik reaksiyonların önüne geçilmiş olur. Genetik Olarak Sağladığı katkılar ◆◆ Şu an için insanda bulunan gen sayısı tahmini olarak 20.000’dir (16). Ancak insan florasındaki mikroorganizmalara ait olan genlerin toplamı 100 kat daha fazladır. İnsanın yapamadığı birçok fonksiyonu yapma kapasitesine sahip olan (bkz. “Metabolik Aktivitelere Olan Katkıları”) bu genler sayesinde insanın metabolik fonksiyonlarının kapasitesi genişlemiş olur. İlginç olarak, insan genom projesinde bazı insan genlerinin homologları ile beraber bakteri orijinli olduğu gözlemlenmiştir (17). Koruyucu ve Tedavi Edici Sağlık Hizmetlerinde Kullanılma Olanakları ◆◆ Floranın gelişiminin sağlıklı olması ve bu sağlıklılık halinin korunması birçok hastalığın ortaya çıkışının önlenmesinde önemli role sahiptir. Bunun için diyetle alınan probiyotiklerin ve prebiyotiklerin devamlı olarak kullanımının sağlanması, pek çoğu kronik olmak üzere çeşitli hastalıklara karşı koruyucu, tedavi edici ya da semptom giderici olarak rol oynar (18, 19). ◆◆ Gastrointestinal sistemde psodömembranöz enterokolite neden olan, yanlış antibiyotik kullanımına bağlı görülen Clostridium difficile enfeksiyonlarında sağlıklı bir vericiden alınan fekal floranın uygun yöntemler ile hastaya verilmesi sonucunda (bu tedavi yöntemine Fekal Transplantasyon denilmektedir) hastanın iyileştiği gözlenmiştir (20). Bu yöntem inflamatuar bağırsak hastalığı, irritabl bağırsak sendromu, kronik diyare, kronik konstipasyon, kronik kolon ülserleri, obezite ve alkolik olmayan yağlı karaciğer hastalığı gibi hastalıkların tedavisinde de kullanılmaktadır (21). Türkiye’de ise GATA Gastroenteroloji BD Başkanlığı Fekal Transplantasyon uygulamasına başlamak üzere olup, “Klinik Araştırmalar Etik Kurulu” ve ardından “Sağlık Bakanlığı Doku, Organ Nakli ve Diyaliz Hizmetleri Daire Başkanlığından” resmi izinleri alınmıştır. Diğer ◆◆ Her insanın farklı bir florası bulunmaktadır. Floranın gelişiminde pek çok faktör (doğum şekli, anne sütü ile beslenme, annenin doğum esnasındaki cilt, vajinal ve fekal florası, erişkin yaşamdaki beslenme şekli vb.) rol almaktadır. Bu faktörlerin çoğu, kişiden kişiye değişiklik gösterir. Yani bir floranın mevcut mikroorganizma türleri, sayısal oranları ve bunun insan vücudundaki dağılımı o kişiye özeldir. TAF Prev Med Bull ● 2015 ● Vol 14 ● Issue 3 Çetin, et al., Microorganisms and their interaction with human body YAŞAMSAL BİR SORU: KONAK, KENDİSI İLE ETKİLEŞİMDE BULUNAN MİKROCANLININ PATOJEN Mİ MİKROBİYOTA MI OLDUĞUNU NASIL ANLAMAKTADIR? Konağın mikrobiyotaya yanıtı mikrobiyal tanıma, doğal immün yanıt ve kazanılmış immün yanıt kriterleri ile değerlendirilir. Değerlendirme sonunda eğer mikrocanlının mikrobiyotaya ait olduğuna karar verilirse bu mikrocanlıya verilen cevaba “tolerans” gösterir. Patojen bir mikrocanlı ile karşılaşan konak hızlı tanıma, doğal immün yanıt ve kazanılmış immün yanıt kriterleri ile değerlendirilmesinin sonunda patojene karşı konak yanıtı olan “eradikasyon” belirlenir. Eradikasyon sırasında konak, kendisinde meydana gelecek doku hasarını göze alır. Verilen cevabın sonucuna göre mikrocanlının yaşayıp yaşamayacağına karar verir. Dikkat edilmesi gereken –bir o kadar da ilginç olannoktalardan birisi ise yanıt belirlenirken patojen ve mikrobiyotaya aynı kriterlerin uygulanıyor olmasıdır (Şekil 3). Bir diğer nokta ise bu ayrımın yaklaşık 1000 bakteri türü için, yaşam boyu yapılması ve her seferinde uygun cevabın verilmesi gerekliliğidir (4). tarafından immün cevabın oluşması önlenmiş olur. Azımsanamayacak büyüklükte ve çeşitlilikte olan mikrobiyotanın kalan diğer üyeleri mukozal yüzeyler ile temas halindedir. Bu türlerin kimlikleri en ince ayrıntılarına kadar -konak tarafından- bilinmektedir. Çünkü bu bir gerekliliktir ve sistemik dolaşıma geçmeleri için bu bakterilerin önlerinde bulunan tek engel epitelyal hücre tabakasıdır. Epitelyal hücreler ile etkileşim içine giren mikroorganizmalar, yine epitelyal hücrelerin ve çeşitli immün sistem hücrelerinin dahil olduğu mekanizmalarla uygun tolerojenik tanıyı ve cevabı alır. Epitelyal hücreler tarafından mikrobiyotadan gelen sinyaller toplanır ve filtre edilir. Bu işlemlerin ardından edinilen sonuçlar tolerojenik yolakta kullanılmak üzere uygun bir koda çevrilmektedir. Bu yolağın işlem üssü ise immün hücrelerden (doğal ve kazanılmış immün sisteme ait) zengin olan lamina propria tabakasıdır (1, 4). Gastrointestinal sistemde konuşlu lamina propria, lümen içeriği, flora, konak ve konak immün sistemi arasında dengenin kurulması için gerekli olan düzenleyici hücrelerin (immün sistem hücreleri) bir kısmını barındıran, diğer kısmı ile de ilişkisi bulunan (M hücresi) ve epitelyal hücre dizisinin altında yer alan tabakadır. Toleransın ve bu cevabın korunmasının birkaç etkenin belli oranları ile meydana geldiği düşünülmektedir. Lamina propriada lokalize olan makrofaj ve dentritik hücrelerin immatür/matür hücre oranının korunması toleransı sağlayan koşullardan bir tanesidir. Ayrıca lenfositler arasında da bir oran mevcuttur ve bu oranın korunması esastır. T regülatuar hücreler ile inflamatuar lenfositler (Th1 ve Th17 gibi) arasındaki oranın da korunması gerekmektedir. Böylelikle tolerojenik cevap oluşabilir. Tanımlanan bu iki mekanizma ile toleransın işleyişi ile ilgili sırlar gün yüzüne çıkmaya başlamaktadır. Ancak hala aydınlatılması gereken pek çok nokta bulunmaktadır (22). Şekil 3. Konağın mikrobiyota ve patojene karşı vereceği yanıtın belirlenmesi. Daha önceden mikrobiyotanın yaklaşık 1000 bakteri türü içerdiği belirtilmişti. Bu bakteri türlerinin her birinin, konak ile tamamıyla aynı ilişkiler içinde olması beklenilmemelidir. Tam olarak gösterilememiş olsa da, gastrointestinal kanal içerisinde tanımlanamayan miktarda mikrobiyota üyesinin direkt olarak konak mukozası ile temas halinde olmadığı yönünde bulgular mevcuttur. Örneğin; Clostridium, Lactobacillus, Enterococcus epitelyal yüzey ve/veya mukus tabakası ile temas halinde bulunurken Bacteroides, Bifidobacterium, Streptococcus, Enterobacteriacea, Enterococcus, Clostridium, Lactobacillus ve Ruminococcus lümen içerisinde bulunur (1). Lümen içi bakteri türlerinin metabolik aktiviteleri için uygun bir uzaklık olması, uzaklığa göre algılanma ve verilen cevapların şiddetindeki değişim nedeniyle, konağın savunma mekanizmaları Patojenlerin tanınmasında pathogen-associated molecular motifs (PAMPs) ve host-pathogen pattern recognition receptors (PRRs) kullanılır (anahtar-kilit benzeri ilişki). PAMP’ların antijen sunucu hücrelerde bulunan PRR’ler aracılığı ile bağlanması sonucunda, “patojen var” sinyali oluşur. PRR’ler doğal immünitenin efektör hücrelerinde bulunurlar. Bu hücrelerde başlayan aktivasyon ile efektör sitokinler salgılanır. Daha sonra patojene, daha spesifik efektör yanıt için kazanılmış immün cevap verilir (23). Bu mekanizma patojen-konak ilişkisini açıklasa da kommensal ve mutualist mikroplar ile konak arasındaki ilişkiyi açıklayamamaktadır. Ayrıca PRRs ve PAMPs isimlendirilmesinde anlamca eksiklik bulunduğu da düşünülmektedir. PRRs yerine “microbe recognition receptor” ve PAMPs yerine ise “microbe-associated molecular patterns” kullanılması daha uygun olacaktır. Çünkü patojenlerin ve simbiyotiklerin PAMPs ve TAF Prev Med Bull ● 2015 ● Vol 14 ● Issue 3 275 Çetin, v.d., Mikroorganizmalar ve insan vücudu ile olan etkileşimleri PRRs’leri tam olarak aynı olmasa da birbirine oldukça benzemektedir. Prokaryotlara spesifik ortak yapılar peptidoglikan, lipopolisakkarid, lipopeptid, flagellin ve non-metilize DNA’dır. Karşılarında bu yapıları algılayan Toll like receptors (TLRs), Nod-like receptors (NLRs)ve çeşitli scavenger reseptörler bulunur. Görüldüğü gibi şu ana kadar patojen ve mikrobiyota arasında ayrımın nasıl yapıldığını tam olarak açıklayacak bir mekanizma ortaya konamamıştır (4). hepaticus nedenli kolitisten koruduğu tespit edilmiştir (Şekil 5) (27) . Şu an için bu ayrımı yapmada bilim dünyasına yardımcı olacak üç major hipotez mevcuttur. Bu hipotezler her ne kadar birbirlerinden ayrı gözükseler de aslında birbirini tamamlayıcı özelliktedirler. Simbiyotik mikroorganizmaların PAMP’ları PRR’de sinyal oluşturmayacak kadar az etkili bir biyolojik modifikasyona sahip olabilir. Patojen mikroorganizmaların PAMP’ları konak hücresinin PRR’lerinde güçlü immun yanıt için uyarı oluştururken simbiyotik mikroorganizmalarda da bulunan aynı moleküller, immun sistem tarafından tolere edilebilir. Bazı veriler, simbiyotik mikroorganizmalarda bu lu nan PA M Ps mol ekü l l e r i nd ek i bi r t a k ı m farklılıklar ile daha az agonistik hatta antagonistik etki göstermesi ile tolerans arasında bir ilişki bulunduğunu desteklemektedir. Örneğin, patojen bir mikroorganizma olan Bacteriodetes’in lipopolisakkaritinin (LPS) lipit A molekülünün çoğunluğu tetra veya penta asetillenmiştir ve TLR /CD14 /MD2 kompleksi için agonist değildir. Kommensal bir bakteri olan Enterobacteriaceae ise çoğunlukla heksa asetillenmiştir ve TLR4’e agonistik etki yapar (24). Lipid A açilasyonundaki çeşitliliğin çevresel durumlardan etkilenme durumu henüz açıklanamamıştır. Oral kavitede bulunan, kommensal bir bakteri olan ve kronik periodontite neden olan Porphyromonas gingivalis’in lipid A molekülleri çevresel durumlardaki değişikliklere göre 12 farklı karakteristik özellik göstermektedir. Fakat bu durum her bakteri için genellenemez. Çünkü bir veba basili olan Yersinia pestis bakterisinde aynı şekilde değişen koşullarda lipid A molekülünün açillenmesindeki değişim cevabı aynı yönde olmamaktadır. 37 oC’de endotoksin olan heksa açillenmiş lipid A, ratlarda denendiğinde avirulan özellik göstermesi genellemeyi neden yapamadığımızı açıklayan güzel bir örnektir (4, 25, 26) (Şekil 4). Sonuç olarak sadece Lipid A endotoksitesitesi ile olan ilişkiye bakılarak tolerans açıklanamamaktadır. Simbiyotik mikroorganizmalar tolerojenik sinyalleri etkinleştirecek özel efektörleri eksprese ediyor olabilir. Bağırsak f loramızdaki mikroorganizmaların, proinflamatuar sinyaller üzerinde antagonistik etkileri olabilir. Örneğin, hayvan deneylerinde Bacteroides fragilis’in kapsülündeki polisakkaritlerin antiinflamatuar etki göstererek hayvanları Helicobacter 276 Şekil 4. Lipid A’nın sıcaklıkla olan ilişkisi. Şekil 5. Polisakkaritli kapsüle sahip B. Fragilis’in antiinflamatuar etkisi. Floramızdaki tüm mikroorganizmalar aynı antiinflamatuar yanıtı göstermez. Buna kanıt olarak da floradaki mikroorganizmaların oranlarının değişmesine bağlı olarak -ki buna disbiyozis denirbirtakım hastalıkların oluşumunun kolaylaşması gösterilebilir. Tüm bunların yanında floraya ait olan mikroorganizmaların sadece PAMP’ları veya benzer molekülleri ile patojen olup olmadığı belirlenemez. Vücuttaki lokalizasyonunun da mikroorganizmanın insanla olan ilişkisine etkisi vardır (4). Patojenler PRR’ler tarafından tanınmalarının yanı sıra konağın tehlike sinyali olarak algılayacağı bir miktar strese sebep olabilir. Patojenler, konak hücrelerde ‘ikinci sinyal ya da tehlike sinyali’ oluşmasına neden olur. Bu sinyallerin oluşum mekanizmaları beş genel kategoride incelenebilir (4): 1. Bakterinin doku içinde büyümesi virulansının esasını oluşturur. Hücre duvarı sentezinde peptidoglikan döngüsünde açığa çıkan muramil-tripeptid gibi moleküller hücrelere etkir. Ayrıca quarum sensing’de rol alan moleküller nötrofiller için kemoatraktan ve IL-8 ekspresyonunun aktivasyonu üzerinden sitotoksik etkilidir. TAF Prev Med Bull ● 2015 ● Vol 14 ● Issue 3 Çetin, et al., Microorganisms and their interaction with human body 2. Bakterinin konak bariyeri ile etkileşimi sonucu patojenik sinyal oluşabilir. Bağlanma, PRR’lere ulaşan PAMP’ları artırır. Bunun yanında bağlanma sürecinin kendisi de sinyal kaynağıdır. 1. 3.Patojenlerin PAMP’larının PRR’lere bağlanınca hücre içinde aktiflediği mekanizmalar daha agresif seyirlidir. İnflamazomun aktiflenmesi gibi mekanizmalarla birincil etkilenen hücreden ikincil sinyallerin yayılımına sebep olur. 3. 4. Patojenlerin hücre içine girmesi daha büyük bir tehdit oluşturduğundan hücrenin tehlike sinyali vermesine sebep olur. 5. Patojenlerin hemolizin ve benzeri virülans faktörleri tarafından zarar gören konak hücre membranı, sinyal odağı gibi davranır. Bu mekanizmada temel rol otofajiye aittir. SONUÇ Bu güne kadar edinilmiş olan patojen-konak ilişkisi ile ilgili bilgi birikiminden yararlanarak başlanacak olan mikrobiyota-konak ilişkisinin yeni bir araştırma konusu olması ve özellikle de çok fazla bilinmeyeninin olması ile bilim insanlarını heyecanlandırmaktadır. Fakat floraya olan yaklaşımımızda her mikrobiyota üyesinin sadece birer bakteriden oluşmuş gibi görülerek araştırma yapılması bu çalışmalarının başarılarını kısıtlayabilir. Özellikle her bir üyenin insan vücudu ile etkileşiminin, tıpkı bir organ ile olan ilişkisi gibi görülmesi daha faydalı olabilir. Bir organ gibi fonksiyon gören mikrobiyotaya ait bilgilerin küçük bir kısmı elde edildikten sonra akıllara takılan önemli sorulardan bir tanesi florada bulunan mikroorganizmaların patojen veya non-patojen ayrımının nasıl yapıldığı olmuştur. İmmün cevap mekanizmasının harekete geçmesini ya da geçmemesini sağlayan bir üst kontrol merkezi mi vardır yoksa yanıtın oluşup oluşmaması -var olan hipotezlerde de açıklanmaya çalışıldığı gibi- belirli reseptörler, moleküller, ortam koşulları, konağın durumu ve henüz fark edilememiş etkenlerin birleşiminin doğurduğu bir sonuç mudur? Tüm bunların ve daha fazlasının cevaplarına ancak yapılan yeni araştırmalardan elde edilen bilgilerin senteziyle ulaşılabilecektir. Her ne kadar in vivo olarak olayların tam olarak nasıl gerçekleştiğini anlayamasak da birçok hastalığın etyopatogenezinde flora ile ilgili değişikliklerin bulunması ve fekal transplantasyon gibi tedavilerden olumlu yanıt alınması bu organın diğer sistemlerle koordineli olarak incelenmesini gerekli kılmaktadır. Hipokrat’ın da dediği gibi “Bütün hastalıklar bağırsakta başlar. Bağırsak hasta ise, vücudun geri kalan kısmı da hastadır.” (28). KAYNAKLAR 2. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. TAF Prev Med Bull ● 2015 ● Vol 14 ● Issue 3 Sekirov I, Russell SL, Antunes LC, Finlay BB. Gut microbiota in health and disease. Physiol Rev. 2010;90(3):859-904. Curtis MM, Sperandio V. A complex relationship: the interaction among symbiotic microbes, invading pathogens, and their mammalian host. Mucosal immunol. 2011;4(2):133-8. Eberl G. A new vision of immunity: homeostasis of the superorganism. Mucosal immunol. 2010;3(5):450-60. Sansonetti PJ. To be or not to be a pathogen: that is the mucosally relevant question. Mucosal immunol. 2011;4(1):8-14. O’Hara AM, Shanahan F. The gut flora as a forgotten organ. EMBO reports. 2006;7(7):688-93. Koshland DE, Jr. Special essay. The seven pillars of life. Science. 2002;295(5563):2215-6. Signore A. About inflammation and infection. EJNMMI research. 2013;3(1):8. Medzhitov R. Recognition of microorganisms and activation of the immune response. Nature. 2007;449(7164):819-26. Netea MG, van der Graaf C, Van der Meer JW, Kullberg BJ. Toll-like receptors and the host defense against microbial pathogens: bringing specificity to the innate-immune system. J Leukoc Biol. 2004;75(5):749-55. Janeway Jr CA, Medzhitov R. Innate immune recognition. Annu Rev Immunol. 2002;20(1):197-216. Whitman WB, Coleman DC, Wiebe WJ. Prokaryotes: the unseen majority. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1998;95(12):657883. Bianconi E, Piovesan A, Facchin F, Beraudi A, Casadei R, Frabetti F, et al. An estimation of the number of cells in the human body. Ann Hum Biol. 2013;40(6):463-71. Lagier JC, Million M, Hugon P, Armougom F, Raoult D. Human gut microbiota: repertoire and variations. Front Cell Infect Microbiol. 2012;2:136. Wallace TC, Guarner F, Madsen K, Cabana MD, Gibson G, Hentges E, et al. Human gut microbiota and its relationship to health and disease. Nutr Rev. 2011;69(7):392-403. Gill SR, Pop M, DeBoy RT, Eckburg PB, Turnbaugh PJ, Samuel BS, et al. Metagenomic analysis of the human distal gut microbiome. Science. 2006;312(5778):1355-9. International Human Genome Sequencing C. Finishing the euchromatic sequence of the human genome. Nature. 2004;431(7011):931-45. Qin J, Li R, Raes J, Arumugam M, Burgdorf KS, Manichanh C, et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature. 2010;464(7285):5965. de Vrese M, Schrezenmeir J. Probiotics, prebiotics, and synbiotics. Adv Biochem Eng Biotechnol. 2008;111:1-66. Roberfroid M, Gibson GR, Hoyles L, McCartney AL, Rastall R, Rowland I, et al. Prebiotic effects: metabolic and health benefits. Br J Nutr. 2010;104 Suppl 2:S1-63. Allegretti JR, Korzenik JR, Hamilton MJ. Fecal microbiota transplantation via colonoscopy for recurrent C. difficile Infection. J Vis Exp : JoVE. 2014(94). Aroniadis OC, Brandt LJ. Fecal microbiota transplantation: past, present and future. Curr Opin Gastroenterol. 2013;29(1):79-84. Sansonetti PJ, Medzhitov R. Learning tolerance while fighting ignorance. Cell. 2009;138(3):416-20. Medzhitov R, Janeway CA, Jr. Innate immunity: the virtues of a nonclonal system of recognition. Cell. 1997;91(3):295-8. Munford RS, Varley AW. Shield as signal: lipopolysaccharides and the evolution of immunity to gram-negative bacteria. PLoS Pathog. 2006;2(6):e67. Reife RA, Coats SR, Al-Qutub M, Dixon DM, Braham PA, Billharz RJ, et al. Porphyromonas gingivalis 277 Çetin, v.d., Mikroorganizmalar ve insan vücudu ile olan etkileşimleri lipopolysaccharide lipid A heterogeneity: differential activities of tetra- and penta-acylated lipid A structures on E-selectin expression and TLR4 recognition. Cell Microbiol. 2006;8(5):857-68. 26. Montminy SW, Khan N, McGrath S, Walkowicz MJ, Sharp F, Conlon JE, et al. Virulence factors of Yersinia pestis are overcome by a strong lipopolysaccharide response. Nat Immunol. 2006;7(10):1066-73. 27. Mazmanian SK, Round JL, Kasper DL. A microbial symbiosis factor prevents intestinal inflammatory disease. Nature. 2008;453(7195):620-5. 28. Brandt LJ. American journal of gastroenterology lecture: Intestinal microbiota and the role of fecal microbiota transplant (FMT) in treatment of C. difficile infection. Am J Gastroenterol. 2013;108(2):177-85. © GATA. This is an open access article licensed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/) which permits unrestricted, noncommercial use, distribution and reproduction in any medium, provided the work is properly cited. Source of Support: Nil, Confl ict of Interest: None declared 278 TAF Prev Med Bull ● 2015 ● Vol 14 ● Issue 3
