Každý deň, ktorý žijeme a každé jedlo, ktoré zjeme, ovplyvňuje veľký mikrobiálny orgán v našom tele – mikrobióm. Táto jedinečná sieť mikroorganizmov, ktorej sme prvýkrát vystavení práve ako deti, počas pôrodu a prostredníctvom materského mlieka matky, hrá v našich životoch kľúčovú úlohu, pretože je rozhodujúca pre rozvoj imunitného systému, postnatálny rast a pre naše celkové zdravie.

Prvých 1 000 dní po počatí je pre zdravie dieťaťa najdôležitejších aj do ďalších etáp jeho života. Práve črevný mikrobióm pozostávajúci z biliónov mikroorganizmov a miliónov funkčných génov ovplyvňuje naše budúce zdravie. Čo ak sa ale niečo na začiatku pokazí a dôjde k strate potrebnej rozmanitosti mikroorganizmov a kľúčových prospešných baktérií? Zmeny nášho jedálnička, nadužívanie antibiotík, všadeprítomná dezinfekcia a obmedzovanie prístupu k „špine“ ovplyvňujú zloženie nášho mikrobiómu a sú ďalším dôvodom, prečo naše telá často nefungujú tak, ako by mali.

Neonatálny mikrobióm a mikrobiota

Zloženie mikroorganizmov nášho tela je také jedinečné, že ho niektorí vedci popisujú ako druhý genóm alebo unikátny odtlačok prsta jedinca. S aplikáciou techník nezávislých od kultivácie a vysokovýkonných technológií bol popísaný význam mikrobiómu a definovali sa pojmy s tým súvisiace. V súčasnosti je najcitovanejšia definícia od Lederberga et al., podľa ktorých je mikrobióm spoločenstvo komenzálnych, symbiotických a patogénnych mikroorganizmov v telesnom priestore. Mikrobióm zahŕňa problematiku mikroorganizmov komplexne. Okrem samotných mikroorganizmov prítomných v určitom prostredí (mikrobioty) zahŕňa aj ich gény, genetický materiál a okolité faktory prostredia. Bakteriálne gény tvoriace náš mikrobióm prevyšujú ľudské gény viac než 100-násobne a majú taký široký vplyv na fyziologickú reguláciu a podporu plynulého každodenného fungovania ľudského tela, že boli uznané ako ďalší alebo prídavný orgán. Mikrobiálna kolonizácia dieťaťa, ktorá bola spočiatku vnímaná ako chaotická a náhodná, je teda v skutočnosti dobre zorganizovaný rad udalostí, ktoré v optimálnom prípade vedú k eubióze (stav dynamickej rovnováhy medzi mikrobiotou a jej hostiteľom).

Vývoj novorodeneckého mikrobiómu – na matke záleží

Práve črevný mikrobióm je najväčší, najkomplexnejší a najrozmanitejší spomedzi všetkých existujúcich mikrobiálnych spoločenstiev tela. Vytvorenie črevného mikrobiómu je definované ako dynamická výmena mikrobioty medzi matkou a dieťaťom. Hoci črevná bakteriálna kolonizácia začína už in utero (bakteriálna DNA a bakteriálne sekundárne metabolity boli zistené v plodovej vode, placente a v mekóniu), akvizícia (nadobudnutie) črevnej mikrobioty dieťaťa začína až po jeho narodení a intenzívne pokračuje najmä nasledujúce 3 roky života. Tesne po narodení v črevnej mikrobiote novorodenca prechodne dominujú zástupcovia čeľade Enterobacteriaceae a druhy rodu Staphylococcus. Vytvorenie stabilnej črevnej mikrobioty ale vo všeobecnosti sprevádzajú dve veľké životné etapy. Prvá etapa nastáva krátko po narodení a počas laktácie a vedie k dominancii druhov rodu Bifidobacterium a iných baktérií mliečneho kvasenia. Mikrobiota pred odstavením je teda bohatá na baktérie, ktoré uľahčujú využitie laktózy. Druhá etapa nastáva počas obdobia odstavenia, so zavedením tuhej stravy do jedálnička a vedie k vytvoreniu komplexného mikrobiómu dospelého typu, ktorému dominujú zástupcovia kmeňa Bacteroidetes a rodov Prevotella, Ruminococcus, Clostridium a Veilonella. Zloženie tejto mikrobioty je charakteristické baktériami, ktoré umožňujú využitie väčšieho množstva uhľohydrátov, syntézu vitamínov a odbúravanie xenobiotík. Tieto zmeny pokračujú až do 3. roka života, keď sa postupne získava stabilná črevná mikrobiota, v ideálnom prípade udržiavaná v dobre vyvážených symbiotických stavoch.

Môžeme ovplyvniť mikrobióm nášho dieťaťa?

Vývoj neonatálneho mikrobiómu ovplyvňujú mnohé materské a neonatálne faktory. Počas tehotenstva je nebezpečná najmä expozícia antibiotikami, infekcie, diéty, stres, ale aj genetická predispozícia. Vznik samotnej črevnej mikrobioty dieťaťa je ale z veľkej časti ovplyvnený aj spôsobom pôrodu, gestačným vekom pri narodení, spôsobom kŕmenia, ukončením kŕmenia mliekom, načasovaním zavedenia tuhej stravy a environmentálnymi faktormi (Obrázok č. 1).

Kým sa ale dieťa dokáže plaziť, zahalí ho obrovský, neviditeľný oblak baktérií, mikroskopických húb a vírusov, ktoré naňho dopadajú zo všetkých strán – z iných ľudí, jedla, z nábytku, oblečenia, z domácich zvierat a dokonca aj zo vzduchu, ktorý dýcha. Zhromažďujú sa v jeho tráviacom systéme, dýchacom trakte, v urogenitálnom trakte, v ústach alebo pokrývajú jeho pokožku a napomáhajú mu tak bojovať s vonkajším svetom.

A) Spôsob pôrodu
Nejedna štúdia uvádza, že spôsob pôrodu významne ovplyvňuje vývoj črevnej mikrobioty. Je zaujímavé, že črevná mikrobiota novorodenca sa veľmi podobá mikrobiote, s ktorou sa stretol počas pôrodu. U novorodencov narodených vaginálnym pôrodom sa podobá vaginálnej mikrobiote ich matky, v ktorej dominujú rody Lactobacillus, Prevotella alebo Sneathia. Charakteristickým zástupcom čriev novorodencov a typicky dominujúci rod mikrobioty u vaginálne porodených a dojčených detí predstavuje rod Bifidobacterium. Druhy uvedeného rodu metabolizujú cukry, vytvárajú rozličné produkty mikrobiálnej fermentácie, ako napríklad mastné kyseliny s krátkym reťazcom (SCFA), ktoré vytvárajú kyslé črevné prostredie a zároveň metabolizujú aminokyseliny materského mlieka na kyselinu mliečnu, ktorá má význam pri zlepšení integrity črevnej steny dieťaťa. Črevná mikrobiota detí narodených cisárskym rezom pripomína skôr kožné mikroorganizmy matky (napríklad stafylokoky), obsahuje menej druhov rodu Bifidobacterium a má oveľa nižšiu diverzitu, čo môže vysvetliť vyšší výskyt imunitne podmienených ochorení u týchto detí. Výskum ale preukázal, že vystavenie dieťaťa narodeného cisárskym rezom vaginálnej tekutine môže zlepšiť jeho orálnu, črevnú a kožnú mikrobiotu.

B) Gestačný vek pri narodení
Nezrelá mikrobiota predstavuje obrovskú hrozbu pre predčasne narodené deti, pretože ich imunitný a nervový systém ešte nie je plne vyvinutý. Pobyt v nemocnici, antibiotiká a parenterálna výživa prispievajú k tomu, že ich črevá nekolonizujú symbiotické anaeróbne baktérie, ako napríklad Bacteroides a Bifidobacterium, ale druhy rodu Enterococcus a zástupcovia čeľade Enterobacteriaceae. Interakcia medzi imunitným systémom predčasne narodených detí a ich nezrelou mikrobiotou môže viesť k zápalom a infekčným ochoreniam. V porovnaní s donosenými deťmi majú podiel mastných kyselín s krátkym reťazcom, ktoré majú význam pri vývoji nervového systému, oveľa nižší.

C) Spôsob kŕmenia
Spôsob kŕmenia dojčiat – materským mliekom, alebo umelou výživou – výrazne ovplyvňuje vývoj črevnej mikrobioty v ranom veku. Materské mlieko obsahuje bielkoviny, tuky a sacharidy, ako aj imunoglobulíny a endokanabinoidy. Oligosacharidy v materskom mlieku (HMO), ako je galaktooligosacharid, sú jednou z hlavných zložiek materského mlieka. Len čiastočne sa trávia v tenkom čreve a väčšinou sa dostanú do hrubého čreva, kde sú rozkladané hlavne bifidobaktériami za vzniku mastných kyselín s krátkym reťazcom. Matsuiki et al. uviedli, že zvýšenie počtu druhov rodu Bifidobacterium znižuje množstvo HMO a zvyšuje množstvo kyseliny octovej a kyseliny mliečnej, čo im pripisuje jasný probiotický účinok. Materské mlieko navyše obsahuje imunoglobulíny ako IgA a IgG, antimikrobiálne zlúčeniny (lyzozým a laktoferín) a imunitné regulačné cytokíny a lymfocyty, ktoré modulujú a podporujú vývoj imunitného systému. Napríklad imunitné regulačné cytokíny IL-10 a TGF-β stimulujú imunitný systém dieťaťa voči patogénom. V poslednej dobe sa ale mliečna umelá výživa zlepšila, najmä zahrnutím niektorých oligosacharidov do receptúry, čo umožňuje dojčatám vytvoriť mikrobiotu bohatú na bifidobatérie. V porovnaní s dojčenými deťmi však dojčatá kŕmené umelým mliekom majú odlišné zloženie mikrobioty, napr. nadmerné zastúpenie anaeróbnych baktérií, akými sú Bacteroides a Clostridium. Podľa Americkej akadémie pediatrov by dieťa mladšie ako 1 rok nemalo byť kŕmené ani kravským mliekom, ktoré neposkytuje pre dieťa dostatok vitamínu E, železa a esenciálnych mastných kyselín a má naopak vysoké hladiny sodíka, draslíka a proteínov, ktoré dieťa nedokáže zvládnuť. Suplementácia pasterizovaným darcovským materským mliekom bola čiastočne úspešná pri podpore mikrobiálnej komunity podobnej komunite dojčených detí.

D) Materská a neonatálna liečba antibiotikami
Zdravý vývoj neonatálneho mikrobiómu býva často narušovaný antibiotikami. Zatiaľ čo sa používanie perinatálnych širokospektrálnych antibiotík v modernej pôrodníckej praxi stalo bežne zaužívaným javom, pribúdajú dôkazy o tom, že expozícia antibiotikami v ranom veku je spojená s negatívnymi účinkami na črevný mikrobióm a je spojená s rôznymi poruchami v neskoršom veku, akými sú atopia, zápal čriev, cukrovka či obezita. Profylaktická liečba antibiotikami pred, počas a po pôrode teda môže ovplyvniť zdravú kolonizáciu novorodenca. Profylaktické antibiotiká sú však v niektorých prípadoch potrebné na prevenciu závažných ochorení u dojčiat, napríklad v prípade izolácie baktérie Streptococcus agalactiae, ktorá sa môže počas vaginálneho pôrodu preniesť na dieťa a spôsobiť mu vážne život ohrozujúce ochorenie. Fekálna mikrobiota novorodencov, ktorým sa perorálne podávali širokospektrálne antibiotiká počas prvých 4 dní života, vykazovala nižšiu diverzitu, znížený počet esenciálnych druhov rodu Bifidobacterium a premnoženie druhov rodu Enterococcus a zástupcov čeľade Enterobacteriaceae.

E) Environmentálne faktory a hypotéza hygieny
Napriek nedostatočnému hĺbkovému výskumu, členovia rodiny predstavujú potenciálny zdroj črevnej mikrobioty dieťaťa. Koncept súrodeneckého efektu preukázal, že relatívna abundancia (početnosť) bifidobaktérií v črevnej mikrobiote dojčiat so súrodencami je vyššia ako u detí bez súrodencov. Geografická poloha, domáci miláčikovia, stravovacie návyky a životný štýl patria medzi ďalšie faktory, ktoré môžu ovplyvniť mikrobiálnu kolonizáciu dieťaťa. Ďalším dôležitým aspektom mikrobiálnej kolonizácie je hypotéza hygieny. Hypotéza hygieny vo svojej pôvodnej podobe tvrdí, že obmedzovanie infekcií v ranom veku bráni prirodzenému vývoju imunitného systému a spôsobuje predispozíciu k alergickým ochoreniam. Modifikovaná „hypotéza mikrobioty“ hovorí, že špecifické obmedzovanie infekcií príliš prísnym hygienickým režimom zabraňuje všeobecnej mikrobiálnej expozícii a narúša kolonizáciu čriev novorodenca, čo následne negatívne ovplyvňuje jeho imunitný systém a v konečnom dôsledku vedie k alergickým ochoreniam. Stav zníženej mikrobiálnej expozície bol navyše umocnený zvýšenými hygienickými opatreniami spojenými s pandémiou Covid-19.

Ako mikrobiota napomáha nášmu potomkovi?

Novorodenecké obdobie je kľúčovou fázou pre etablovanie sa mikrobiálnych organizmov. Črevná mikrobiota je od narodenia zodpovedná za aktiváciu a vývoj imunitného systému, vývoj centrálneho nervového systému, trávenie a metabolizmus požitých potravín, syntézu vitamínov B, K a aminokyselín či za rozkladanie potenciálne toxických látok. Formovanie mikrobioty v ranom veku je teda kľúčovým aspektom nášho budúceho zdravia.

Vývoj nervového systému
Obdobie prvých 3 rokov života je obdobím rýchleho vývoja mozgu, ale aj zlatým obdobím pre vznik črevnej mikrobioty. Existuje jedno staré čínske príslovie: Potiahni jeden vlas a zasiahneš celé telo. Táto veta dobre odráža úlohu črevnej mikrobioty pri vývoji mozgu, nakoľko metabolity mikrobioty podporujú vývoj nervového systému, syntézu serotonínu v enterochromafínových bunkách a okrem toho SCFA, ako produkt vlákniny fermentovanej črevnou mikrobiotou, môžu priamo regulovať sympatický nervový systém a dozrievanie mikroglií, ktoré sa retrográdne diferencujú na iné typy gliových buniek. Narušenie črevnej mikrobioty matky môže spôsobiť, že mozog plodu sa nemusí normálne vyvíjať.

Vývoj imunitného systému
Množstvo štúdií preukázalo, že črevné baktérie a ich metabolity, vrátane SCFA, majú dôležitú úlohu pri proliferácii a diferenciácii T-buniek (regulačné T (Treg) a pomocné T (Th) a B-buniek (imunoglobulín A a G). Receptory PRR (Pattern Recognization Receptors) sú dôležitými zložkami vrodenej imunity a sú zodpovedné za detekciu, reakciu a koordináciu vlastných a iných antigénov. PRR reagujú na metabolity a zložky rozličných mikroorganizmov (peptidoglykán, lipopolysacharidy, formylpeptidy, nukleové kyseliny, bičíky). Aktivácia PRR podporuje uvoľňovanie chemokínov, apoptických faktorov a cytokínov prostredníctvom signálnej kaskády. Pred narodením sa materská mikrobiota podieľa na regulácii vrodenej imunity plodu. Po narodení detská mikrobiota naďalej formuje vrodenú a získanú imunitu, aby podporila vývoj imunitného systému do bežného fyziologického stavu. Mechanizmus, ktorým metabolity modulujú imunitnú odpoveď, môže byť nasledovný: (1) črevné mikroorganizmy trávia potravinovú vlákninu za vzniku SCFA, ktoré majú široké účinky na imunitný systém, (2) metabolity črevných mikroorganizmov sa viažu na špecifické receptory na hostiteľských bunkách vrátane arylového uhľovodíkového receptora (AHR) a receptorov spojených s G proteínom a (3) polyamíny, ako sú spermín, putrescín a spermidín, sa podieľajú na génovej transkripci a translácii všetkých živých buniek.

Rozkladanie požitých potravín
Jednoduché cukry, napríklad laktóza, sa rýchlo vstrebávajú v hornej časti tenkého čreva, ale zložitejšie sacharidy ako napríklad škroby a vláknina sú v tenkom čreve nestráviteľné. Až mikrobiota hrubého čreva napomáha rozkladať tieto zlúčeniny svojimi tráviacimi enzýmami. Fermentácia nestráviteľnej vlákniny spôsobuje produkciu mastných kyselín s krátkym reťazcom, ktoré môže telo využiť ako zdroj živín, ale zohrávajú tiež dôležitú úlohu vo funkcii svalov, ale aj pri prevencii chronických ochorení vrátane niektorých druhov rakoviny a poruchy čriev. Mikrobiota zdravého človeka tiež poskytuje ochranu pred patogénnymi organizmami, ktoré sa dostanú do tela napríklad pitím alebo konzumáciou kontaminovaného jedla. Nedostatočnosť črevnej mikrobioty je veľkou hrozbou pre predčasne narodené deti, pretože majú oslabenú črevnú stenu a nedostatočnú schopnosť odolávať patogénom. Kým hostiteľ poskytuje prostredie a živiny pre črevný mikrobióm, mikrobióm poskytuje potrebné živiny na podporu rozvoja metabolického systému.

Narušený novorodenecký mikrobióm a dôsledky

Formovanie mikrobioty v ranom veku zohráva kľúčovú úlohu v zdraví človeka a každé jeho narušenie má za následok ochorenie. Po narodení bábätka paralelne dozrievajú imunitné bunky a črevný mikrobióm. Vytvorenie symbiózy medzi imunitným systémom a črevným mikrobiómom a medzi užitočnými a potenciálne škodlivými mikroorganizmami mikrobioty výrazne ovplyvňujú náchylnosť alebo odolnosť dieťaťa voči rôznym ochoreniam aj do budúcnosti. Porušenie interakcie črevnej mikrobioty medzi matkou a dieťaťom počas prenatálneho, perinatálneho a neonatálneho obdobia vedie k rade krátkodobých alebo dlhodobých následkov v živote novorodenca, akými sú nekrotizujúca enterokolitída, chronické ochorenie pľúc, zápalové ochorenia čriev, ekzémy, astma, obezita či poruchy centrálneho nervového systému s neurovývojovými a behaviorálnymi následkami. Časté vystavovanie antibiotikám, aj pri nízkych dávkach, počas kritického tisícdňového života dieťaťa, je jednou z hlavných príčin porúch mikrobiálnej kolonizácie. Kontrola expozície antibiotikám novorodenca je preto na vzostupe, aby sa počas tohto kritického obdobia zabránilo aj ochoreniam, akými sú napríklad atopická dermatitída, roztrúsená skleróza, zápalové ochorenie čriev či juvenilná idiopatická artritída. Podľa odborných štúdií, užívanie antibiotík počas prvých 6 mesiacov života zvyšuje riziko astmy a alergie. Okrem toho, antibiotiká podávané dojčaťu do veku 1 roka súvisia s rozvojom diabetu typu 1 a 2 a nadváhy. V Tabuľke č. 1 uvádzame, ako im môžeme predísť.

Spoločným znakom všetkých týchto ochorení je práve abnormálny mikrobióm, strata rozmanitosti mikroorganizmov, esenciálnych baktérií a oneskorenie mikrobiálneho dozrievania. Nové údaje preukazujúce dôležitosť vývoja črevného mikrobiómu v ranom veku, ako ochranného faktora proti ochoreniam súvisiacich s črevnou dysbiózou v ďalších etapách života, podporujú cielené terapie na obnovenie a jeho správny vývoj.

Záver

Za posledné roky došlo k explózii výskumných projektov a štúdií o úlohe mikrobioty pri ľudských chorobách, o vzťahu medzi materskou mikrobiotou a dieťaťom, o vzniku novorodeneckej mikrobioty počas perinatálneho obdobia až do raného veku a o zložení črevnej mikrobioty dieťaťa. Zdravé formovanie mikrobiálneho spoločenstva nie je len aktuálnym kľúčovým regulátorom zdravia novorodenca, ale súvisí aj s jeho dlhodobým zdravím. Črevný mikrobióm v ranom veku je rozhodujúci pri udržiavaní metabolickej a imunitnej homeostázy dieťaťa. Tehotenstvo a prvé 3 roky života predstavujú zlatý vek vývoja mikrobioty a imunitného systému a nerovnováha medzi nimi je kauzálne spojená s rozvojom a progresiou viacerých ochorení. Zloženie črevného mikrobiómu dojčaťa teda môže predpovedať riziko rozvoja a progres ochorenia. Potenciálnou stratégiou na prekonanie chronických zdravotných stavov je preto pochopenie vplyvu prenosu dysbiotických mikroorganizmov z matky na dieťa a následná úprava skorej kolonizácie dojčiat alebo náprava črevnej dysbiózy v ranom veku.

Literatúra

1. Azad M. B., Konya T., Maughan H. et al. 2013. Infant gut microbiota and the hygiene hypthotesis of allergic disease: impact of household pets and siblings on microbiota composition and diversity. In Allergy, Asthma and CLinical Immunology, vol. 9, no. 1, pp. 15.
2. Dalby M. J., Hall L. J. 2022. Recent advances in understanding the neonatal microbiome. In F1000 Research, vol. 9, p. 1-8.
3. Gars A., Ronczkowski N. M., Chassaing B. et al. 2021. First encounters: Effects of the microbiota on neonatal brain development. In Frontiers in Cellular Neuroscience, vol. 15, p. 1-8.
4. Gritz E. C., Bhandari V. 2015. The human neonatal gut microbiome: a brief review. In Frontiers in Pediatrics, vol. 3, p. 17.
5. Hill L., Sharma R., Hart L. et al. 2021. The neonatal microbiome in utero and beyond: perinatal influences and long-term impacts. In Journal of Laboratory Medicine, vol. 45, no. 6, p. 275-291.
6. Lederberg J., Mccray A. T. 2001. Ome Sweet, Omics – a genealogical treasury of words. In The scientist, vol. 15, no. 7, p. 8.
7. Mueller N., Bakacs E., Combellick J. et al. 2014. The infant microbiome development: mom matters. In Trends in Molecular Medicine, vol. 21, no. 2, p. 109-117.
8. Rey-Marino A., Franciso M. P. 2022. Nutrition, gut microbiota, and allergy development in infants. In Nutrients, vol. 14, no. 20, p. 4316.
9. Reyman M., van Houten M. A., Watson R. L. et al. 2022. Effects of early-life antibiotics on the developing infant gut microbiome and resistone: a randomized trial. In Nature Communications, vol. 13, p. 1-2.
10. Romano-Keeler J., Sun J. The first 1000 days: assembly of the neonatal microbiome and its impact on health outcomes. 2022. In Newborne, vol. 1, no. 2, p. 219-226.
11. Sanidad K. Z., Zeng M. Y. 2020. Neonatal gut microbiome and immunity. In Current Opinions in Microbiology, vol. 56, p. 30-37.
12. Sassin A., Johnson G. J., Goulding A. N. et al. 2022. Crucial nuances in understanding (mis) assocations between the neonatal microbiome and Cesarean delivery. In Trends in Molecular Medicine.
13. Singh A., Mittal M. Neonatal microbiome – a brief review. 2020. In The Journal of Maternal-Fetal and Neonatal Medicine, vol. 33, no. 22, p. 3841-3848.
14. Tanaka M., Nakayama J. 2017. Development of the gut microbiota in infancy and its impact on health in later life. In Allergology International, vol. 66, no. 4.
15. Yao Y., Cai X., Ye Y. et al. 2021. The role of microbiota in infant health: from early life to adulthood. In Frontiers in Immunology, vol. 12, p. 1-21.
16. Zhang H., Zhang Z., Liao Y. et al. 2022. The complex link and disease between the gut microbiome and the immune system in infants. In Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, vol.12, p. 1-12.