thumb|300px|Az emberi test bőrének mikrobiomja és a rajta uralkodó baktérium fajok megoszlása testtájanként. thumb|250px|Epigenetikai mechanizmusok. thumb|250px|A tüdő mikrobiomja. Kommenzális vs patogén mechanizmusok, a COPD patomechanizmusa. A mikrobiom az emberi testben élő kommenzalista, szimbionta és patogén mikroorganizmusok alkotta ökológiai rendszer.Lederberg J, McCray AT. ’Ome Sweet ’Omics—a genealogical treasury of words. Scientist. 2001;15:8. http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/13313/title/-Ome-Sweet--Omics---A-Genealogical-Treasury-of-Words/The NIH HMP Working Group. 2009. The NIH Human Microbiome Project. Genome Res. 2009 December; 19(12): 2317–2323. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2792171/ A mikrobiom a mikrobák (mikrobioták) összessége, amelyek velünk, bennünk, rajtunk élnek, táplálnak, védenek, valamint időnként kihasználnak minket. Az emberi szervezetet a humán sejtekből összeállt szövetek és szervek alkotják olyan szerveződést követve, amelynek során közös ökoszisztémát alkotnak a szervezetünkben élő mikrobákkal, azaz a mikrobiommal. Az ide tartozó baktériumok, vírusok, gombák részt vesznek az emberi szervezet integritást biztosító határok védelmében, nélkülözhetetlen anyagokat állítanak elő és megakadályozzák idegen (és betegséget okozó) mikroorganizmusok tartós megtelepedését.LAM 2014;24(1–2):49–55. Testünk mint ökoszisztéma, avagy a metagenomika „ szép új világa” FALUS András, BARCS István, DUDA Ernő,
A kifejezést Joshua Lederberg amerikai kutató alkotta meg, aki az emberi testben helyet foglaló mikroorganizmusok életműködésekre és betegségekre gyakorolt hatásának fontossága mellett érvelt. Sok tudományos cikkben megkülönböztetik a „mikrobiomot” és a „mikrobiótát” attól függően, hogy az egy környezeti niche-ben helyet foglaló mikroorganizmusok kollektív genomjaira vagy magukra a mikroorganizmusokra kívánnak utalni.Backhed, F; Ley, R.E.; Sonnenburg, J.L.; Peterson, D.A.; Gordon, J.I. 2005. Host-Bacterial Mutualism in the Human Intestine. Science 307, 1915 (2005);DOI: 10.1126/science.1104816Turnbaugh, P.J.; Ley, R.E.; Hamady, M.; Fraser-Liggett, C.M.; Knight, R.; Gordon, J.I. 2007. The Human Microbiome Project. Nature. 449:804-810. doi:10.1038/nature06244Ley, R.E.; Peterson, D.A.; Gordon, J.I. 2006. Ecological and Evolutionary Forces Shaping Microbial Diversity in the Human Intestine. Cell. 124: 837-848. DOI 10.1016/j.cell.2006.02.017 Ezeket a kifejezéseket azonban nagyrészt szinonimaként kezelik.
Az emberi test több mint tízszer annyi mikrobiális sejtet tartalmaz, mint emberi sejtet, bár a teljes mikrobióta össztömege csak 200 gramm körüli,A baktériumok kisebb sejtmérete miatt. Lásd még bár egyes becslések ezt akár 1400 grammra is tehetik. Emberben, a 1015–1016 nagyságrendben, tehát testi sejtjeink számához (körülbelül 1014) képest jelentős túlsúlyban testünkben élő mikroorganizmusok az egészséges homeosztatikus egyensúly fontos epigenetikai elemét jelentik. Különféle betegségek esetén a patomechanizmus lényeges része ennek az egyensúlynak a megbomlása. Napjainkban egyre több kutatás számol be a mikrobiom jelentőségéről egészségben és betegségben egyaránt, bár legtöbbször nem tisztázott még, hogy okról vagy következményről van-e szó. A mikrobiom biológiai jelentőségét felismerve elkerülhetetlen az elterjedt antibiotikum-használat alapvető átértékelése.Wu GD & Lewis JD (2013). Analysis of the human gut microbiome and association with disease. Clinical Gastroenterology Hepatology 11(7):774-777.
Vannak, akik „újonnan felfedezett szerv”-ként tekintenek a mikrobiomra, mivel létezését az 1990-es évek végéig nem ismerték fel általánosan, és jelenleg úgy gondolják, döntő hatással van az emberi egészségre. A mikrobák megtalálása a modern molekuláris genetikai módszerekkel vált lehetővé, hiszen nagy részük a jelenlegi technikákkal nem tenyészthető ki laboratóriumi környezetben. Úgy gondolják, kapcsolatba hozhatók autoimmun betegségekkel, mint a cukorbetegség, reumás ízületi gyulladás, izomsorvadás, sclerosis multiplex, fibromyalgia és talán a rák néhány fajtája. Az elhízást is elősegítheti a bélflórában található nem optimális mikrobakeverék. Tekintve, hogy a testünkben található mikrobák befolyásolhatják a neurotranszmitterek (ingerületátvivő anyagok) termelését, megértésükkel közelebb juthatunk a szkizofrénia, depresszió, bipoláris zavar és más neurokémiai egyensúlyzavarok gyógyításához.
A mikrobiomok létezése más környezetekben is megfigyelhető, például a talajban, tengervízi és édesvízi rendszerekben. Úgy gondolják, hogy az endoszimbionta elmélet először komplexebb élőlények létrejöttéhez vezetett, és az endoszimbiózis továbbra is alapvető szerepet kap az élőlények evolúciójában és új niche-ek elfoglalásában. A szóba jövő mikrobák nagy része nem patogén (nem okoz betegséget, csak ha túlságosan elszaporodik), hanem harmóniában és szimbiózisban él gazdaszervezetével.
A kutatók úgy találták, hogy az emberi szervezet mikrobapopulációjának nagy része nem a baktériumok, hanem a nagyon ősi archeákhoz tartozik.
Bevezetés thumb|150px|Metagenomikai módszerek áttekintése. A mikroorganizmusokat gyakran a betegségekkel hozzuk kapcsolatba. A növények és az állatok, az egysejtűektől az emberig, szoros együttműködésben élnek a mikroorganizmusokkal, vagyis az emberi mikrobiommal.
Egészen a közelmúltig a növények és az állatok kölcsönhatását a mikrobák világával már viszonylag jól definiálták a betegségeik összefüggésében, azonban kis számú szimbiotikus esettanulmány készült ezekről. Az élő szervezetek nem élnek elszigetelten, hanem komplex közösségek keretében fejlődnek.
Számtalan kutatást vezérelt új irányba ez a felfogás, amely magában foglalja az aktuális képességet abban, hogy genomikai és génexpressziós elemzéseket hajtanak végre egysejtűeken, sőt a teljes mikrobaközösségeken, az új tudományágban a metagenomikában és metatranszkriptonomikában, valamint ezekről készült adatbázisok lehetővé teszik az információkat a kutatók számára egyszerre több tudományágban, valamint a matematikai analízis módszerei segítik értelmezni ezen komplex adathalmazokat. Egyre inkább nyilvánvaló, hogy a mikrobák egy jelentős része határozza meg a szervezet fenotípusát, messze túl az alkalmi szimbiotikus esettanulmányokon.Bosch, T. C. G.; McFall-Ngai, M. J. (2011). "Metaorganisms as the new frontier". Zoology 114 (4): 185–190. doi:10.1016/j.zool.2011.04.001. PMID 21737250. edit
Mikrobiom kutatásának története 1796: E. Jenner védőoltás, vakcina 1800-as évek vége (Koch –anthrax) Tenyésztés, izolálás, azonosítás biokémiai próbákkal 1977: Filogenetikai szerkezete a prokarióta domaineknek: az elsődleges királyság. Woese CR, Fox GE 1986: Archaebakteriális törzsfejlődés: perspektívák Woese CR, Olsen GJ 1987: 16 S rRNS szekvenálás – 1500 baktérium azonosítása; 11 bakteriális phyla; a riboszóma, különösen RNS-ei, kivételesen konzerváltak maradtak az evolúció során. Valamennyi (ma élő és már kihalt) élőlény egyetlen családfába rendezhető, ha riboszómális RNS-einek szekvenciájában található eltéréseket vesszük alapul. 2001: Joshua Lederberg – mikrobiota fogalma; jelentősége van a kommenzális, szimbióta és patogén mikróbák közösségének, akikkel közösen bírjuk a testünketLederberg J, McCray AT. "Ome Sweet 'omika-a genealógiai kincstár szavak. Scientist. 2001, 15. 8. 2004: Bergey's, főleg a 16S rRNS - analízis eredményein alapul; Szekvenálás technikájának fejlődése 3000 komplett bakteriális genom 2006: Bélflóra „Új szerv” O’Hara 2007 - 2015: Humán Mikrobiom Projekt (HMP) - a NIH, az Egyesült Államok Nemzeti Egészségügyi Hivatala (az orvosi- és biológiai kutatásokat koordináló egyik intézménye) hirdette meg 2012: 35 phyla; 1014 mikróba; Új pre/probiotikumok 2013: Széklettranszplantáció - Van Nood N et. 2014: Humán mikrobiom terápia
Esettanulmányok A kapcsolat a mikrobiom és a gazda egészségi állapota között még mindig kevéssé ismert, és további kutatásokra van szükség, hogy jobban megértsük ezt a viszonylag új területet.
Esettanulmányok emberen thumb|150px|Mikrobiom analízis. Célzott vs. puskalövés szerű szekvenálása a metagenomnak. thumb|150px|A gyomor nyálkahártyája, amely (itt egy mikroszkópos keresztmetszeti nézet) otthona néhány mikroorganizmusnak, annak ellenére, hogy szélsőséges a gyomor savas miliője. Az egyik ilyen baktérium faj (Helicobacter pylori) szerepet játszik a gyomor- és nyombél-fekély kialakulásában.
Közönséges szekvenálása a teljes bélflóra kövér és sovány ikrek esetében jelentős különbségeket mutatnak. A teljes népesség-szekvenciát analizálva meghatározták a szintjeit a részt vevő enzimek, szénhidrátok, lipidek és aminosavak anyagcseréjének.
Az elhízással együtt jár a törzs szintű különbségeik a mikrobiótákban, a bakteriális sokféleség szignifikánsan csökkent, és növekedett a populációban az enzimek termelése, amely fokozott hatékonyságot eredményez a kalóriatartalmú étrend esetében, elhízott ikreknél. Az I-es típusú diabétesz egy autoimmun betegség, amely korrelál sokféle hajlamosító tényezővel, többek között egy aberráns bél mikrobiótával, szivárgó bél nyálkahártya-felületen, és a belső különbségekkel az immunválaszban. Különböző állatmodellekben kimutatták a cukorbetegség kialakulásának kezdetén a baktériumok szerepét.
Közönséges DNS szekvenálása a bélflórának egészséges és autoimmun gyerekek összehasonlítása esetén azt mutatták, hogy az autoimmun gyermekek viszonylag instabil bél ökoszisztémájában jelentősen csökkent a fajok sokféleségének szintje, és a populációk nagyszabású cseréjét mutatták Firmicutes fajok és Bacteroidetes fajok között.
Enterotípusok alakulnak ki a mikrobiomon belül. A mikrobiomon belül egyes baktériumfajok dominálnak, mások igen kis egyedszámmal fordulnak csak elő. A mikrobiom ezernyiféle élőlénye között is kialakulnak szövetségesek és ellenségek. Ezekre a viszonyokra egy-két éve derült fény. Meglepő módon, az emberi mikrobiomban három „szövetségi rendszer”, úgynevezett enterotípus egyike szokott kialakulni: vagy a Prevotellák, vagy a Bacteroidesek, vagy a Ruminococcus fajok dominanciájával.
Ezek szövetségeseikkel (például Bacteroides-Lactobacillus-Clostridiales-Alkaliphilus-Slackia) gátolják a többiek térnyerését. A Bacteroides uralta enterotípus előnyös, mert ezek a komplex szénhidrátok bontásával rengeteg savat termelnek, az egyszerű szénhidrátokat kedvelő Prevotella vezette szövetség viszont komoly kárt okozhat az epithelt védő mucin elbontásával, csimpánzokban is hasonló enterotípusok fordulnak elő.
Az egyes enterotípusoknak az egészségre gyakorolt hatását számos kutatócsoport vizsgálja. Előzetes, kevéssé megbízható adatok mutatnak például a Prevotella hajlamosító szerepére I-es típusú cukorbetegségben, vagy a Clostridium sporogenes védőhatására az Alzheimer-kórral szemben.
Ha valaki megfertőződik, a betegség lefolyása alatt a szervezetében elszaporodnak a kórokozók sejtjei, és a fertőzéstől függően, különféle utakon távozhatnak a szervezetből azért, hogy egy másik egyedbe behatolva új fertőzést hozzanak létre. A támadásokkal szemben szervezetünk védekező rendszerei bonyolult és összetett módon reagálnak. Természetes határok a testfelületek, ezek fizikai épsége megnehezíti az idegen mikrobák betörését.
A határoknak kémiai védelmet adnak a különböző váladékok antibakteriális anyagai (a faggyú, a peroxidációra képes zsírsavak, a só viszonylag magas koncentrációja, a savas kémhatás). Biológiai védelem a normális mikroba flóra hatalmas sejttömege, amelynek egészséges egyensúlya esetén alig van betölthető niche, biológiai élettér a kórokozó baktériumok számára. A normális mikrobiomot károsodás esetén nehéz regenerálni, ami a fertőzések számának növekedését okozhatja. A T-helper 17 sejtek (Th17) biológiája generálta érdeklődésnek köszönhetően kulcsfontosságú szerepet játsszanak a gyulladásos folyamatokban.