Mikrobiomien ihmeellinen maailma
Maailma on täynnä mikrobeja, niitä on ihmisessä, eläimissä, kasveissa, ilmassa, maaperässä, vedessä, kaikkialla ympäristössä. Mikrobiomi tarkoittaa tietyn elinympäristön mikrobeja sekä niiden geenejä, genomia. Ihmiskehossa ja sen osissa (suussa, ruoansulatuskanavassa, ihon eri osissa, hengitys- ja sukupuolielimissä) on oma mikrobiominsa. Aikaisemmin puhuttiin normaalifloorasta, mutta sittemmin on todettu ”normaalin” määrittely mahdottomaksi mikrobiomien suuren yksilöllisen vaihtelun vuoksi. Suoliston mikrobiomia voisi jopa käyttää yksilön tunnistamiseen sormenjälkien tapaan. Lisäksi mikrobien geenit avaavat aivan uusia näkökulmia mikrobiston ja ihmisen yhteiselämään.
Ennen luultiin bakteerien olevan pelkkiä taudinaiheuttajia, nyt tiedetään osan niistä olevan välttämättömiä elämälle ja terveydelle. Näihin päiviin asti mikrobitutkimukset ovat perustuneet työläisiin, aikaa vieviin ja epäherkkiin viljelymenetelmiin, eikä kaikkia mikrobilajeja ole pystytty viljelemään ollenkaan. Mikrobien geenitutkimusten myötä kehon mikrobien laajat ja monimuotoiset vaikutukset alkavat paljastua. Edessämme on yhtä huimaavia näkymiä kuin aikoinaan, kun mikroskooppi toi ensimmäisen kerran näkyviin bakteerin. Arvellaan, että tällä hetkellä tunnetaan vasta noin 20 % mikrobiomien toiminnoista.
Elinympäristö vaikuttaa ihmisen mikrobiomiin, joten eri puolilla maapalloa, erilaisissa ilmastoissa ja elinoloissa elimistöön kehittyy erilainen mikrobiomi. Lemmikkieläimetkin muuttavat ympäristön mikrobistoa niin paljon, että se vaikuttaa samoissa tiloissa asuvan ihmisen mikrobiomiin. Ulkomaille matkustava saattaa aluksi reagoida suolistollaan mikrobiologisesti muuttuneeseen ympäristöön. Ihmisen mikrobisto poikkeaa kuitenkin paljon ympäristön mikrobeista, joiden vaikutus tulee epäsuorasti esimerkiksi immuniteetin kautta.
Ihmiskeho mikrobeineen on osa suurempaa biologista luonnon monimuotoisuutta, biodiversiteettiä. Ympäristön saastuminen, ilmaston muutos ym. ihmisen toimintojen seuraukset vaikuttavat sekä ympäristön mikrobeihin että ihmisen mikrobiomiin ja sitä kautta terveyteen. Tutkimukset osoittavat, että luonnon monimuotoisuuden aleneminen heikentää ihmisen suoliston ja ihon mikrobistoa. Tästä seuraa terveysongelmia kuten astmaa, allergioita, suoliston tulehdussairauksia ja lihavuutta. Dysbioosi eli suoliston heikentynyt mikrobiomi on yhdistetty myös diabeteksen ja masennuksen syntyyn. Ympäristönsuojelu on siis myös ihmisen oman mikrobiomin suojelua ja ehkäisee sairauksia.
Mikrobiomin alku
Mikrobiomi alkaa kehittyä heti syntymän yhteydessä. Alateitse syntyvä lapsi saa synnytyskanavan läpi kulkiessaan äidiltä mikrobistosiirtona alkupääoman omalle mikrobiomilleen, joka muodostaa pian immuniteettisuojan kaikkialle kehoon. Sektiolla syntyvä lapsi jää vaille tätä alkusysäystä syntyessään steriiliin leikkaussaliympäristöön. Tosin viimeisten tietojen mukaan ensimmäiset bakteerit siirtyvät äidistä sikiöön jo raskauden alkuvaiheessa.
Istukka ja lapsivesi ovat ilmeisesti steriilejä, mutta niihin kulkeutuu äidin bakteerien DNA:ta. Geenitutkimuksissa istukoissa on havaittu noin kolmensadan eri bakteerin geenejä. Istukoiden bakteerigenomi eroaa selvästi suolistobakteeristosta, ja viittaa yllättäen eniten suun mikrobiomiin. Keskosena syntyvän lapsen istukassa on erilainen bakteerigenomi kuin täysiaikaisen lapsen. Istukkaan äidin bakteereista kulkeutunut genomi muuttuu (mikrobilääkkeen vaikutuksesta?) myös, jos äiti sairastaa raskausaikana antibioottihoitoa vaativan tulehduksen.
Vauvan mikrobiomille pohjan luovia mikrobeja kerääntyy vastasyntyneen elimistöön ensimmäisen elinvuorokauden aikana. Äidinmaidon hyödylliset bakteerit ja niitä ruokkivat ravintotekijät sekä ympäristön mikrobit vahvistavat edelleen mikrobistoa, jonka koostumus vaikuttaa lapsen kasvuun, hermoston kehitykseen, infektioherkkyyteen ja allergioiden kehittymiseen. Synnytystavalla, imetyksellä ja varhaisilla antibioottikuureilla on todettu yhteys myös myöhemmän iän ongelmiin kuten lihavuuteen ja tulehduksellisiin suolistosairauksiin.
Mikrobiomin muokkautuminen
Syntymässä saatu mikrobiomin perusta säilyy, mutta koostumus muuttuu elämän aikana elintapojen ja ympäristötekijöiden vaikutuksesta. Suuria muutoksia ei tapahdu, jos ihminen elää elämänsä samalla paikkakunnalla, syöden samaan tapaan vuodesta toiseen, eläen rauhallista elämää ilman lääkityksiä. Tutkimusten mukaan mikrobiomi säilyy vakaana yli kymmenenkin vuotta, ilmeisesti jopa koko elämän ajan. Kuitenkin ympäristön ja ravinnon vaihtuminen, pitkäaikainen stressi, sairaudet ja lääkitykset muuttavat mikrobiomia. Esimerkiksi asuinpaikan vaihdos maalta kaupunkiin tai maasta tai maanosasta toiseen muuttaa mikrobiomia vaikuttaen immuniteettiin sitä heikentäen tai vahvistaen. Ympäristön mikrobiomin on osoitettu vaikuttavan astman ja allergisten hengitystieoireiden kehittymiseen. Esimerkiksi maaseudulla ja varsinkin maatiloilla asuvilla lapsilla esiintyy vähemmän astmaa ja atopiaa kuin kaupunkilaislapsilla, mikä perustunee maaseutuympäristön runsaan mikrobikirjon antamaan ” koulutukseen” lasten immuniteetille.
Ruokavaliomuutokset muuttavat merkittävästi mikrobiomia. Osittain tähän perustuu ruokavalion suuri merkitys sairauksien ennaltaehkäisyssä ja hoidossa. Esimerkiksi siirtyminen runsaskuituiseen tai niukkakuituiseen tai hyvin rasvaiseen ruokavalioon näkyy mikrobiomissa. Kuidun vaikutus on yksilöllistä, ja riippuu suoliston bakteereista. Niinpä henkilön mikrobiomin koostumus ennustaa miten kuitulisä vaikuttaa hänen kolesteroliarvoonsa.
Paljon puhuvassa tutkimuksessa vaihdettiin afrikkalaisten henkilöiden ja Yhdysvalloissa asuvien, syntyperältään afrikkalaisten ruokavalioita keskenään. Afrikassa asuvat söivät kahden viikon ajan niukkakuituista, runsasrasvaista amerikkalaista ruokaa, ja amerikkalaiset siirtyivät runsaskuituiseen vähärasvaiseen ruokavalioon. Afrikkalaisten suolistossa mikrobisto muuttui epäedulliseen suuntaan ja paksusuolen limakalvossa todettiin jo kahden viikon ruokavalion jälkeen lisääntyneeseen syöpäriskiin liittyviä limakalvomuutoksia. Suolistosyövän riskiin voidaan siis vaikuttaa muokkaamalla mikrobiomia ruokavalion avulla.
Kaikkein voimakkain mikrobiomia muokkaava tekijä on antibioottihoito, jonka vaikutus säilyy viikkoja, kuukausia, vuosia tai lopun elämää. Antibioottilääkitys ei ole täsmähoitoa, vaan tuhoaa taudinaiheuttajien ohessa aina myös mikrobitasapainoa ja terveyttä ylläpitäviä mikrobeja, joista osa saattaa hävitä suolistosta lopullisesti. Tuhon suuruus riippuu antibiootin laadusta, hoitojakson pituudesta ja lääkekuurien toistumisesta. Alun perin vahva mikrobisto säästää pahoilta antibioottihoidon haittavaikutuksilta.
Suolistossa mikrobien väliset yhteisvaikutukset ja niiden määrien suhteet vaikuttavat ilmeisesti useiden sairauksien riskiin. Esimerkiksi ruokavalion tai mikrobilääkityksen aiheuttamat pitkäaikaiset muutokset mikrobilajien määrällisissä suhteissa saattavat lisätä riskiä sairastua kakkostyypin diabetekseen, suolistotulehduksiin, paksusuolisyöpään tai ärtyneen suolen oireyhtymään.
Kriittisissä tilanteissa, kuten ulkomaanmatkoilla ja mikrobilääkitysten aikana, omaa mikrobiomia on tarpeen suojella probiooteilla, eli nauttimalla eläviä, terveyttä edistäviä mikrobeja sisältäviä valmisteita.
Mikrobiomin geenien merkitys
Pitkään on tiedetty, että ihmiskehossa on bakteereja kymmenkertaisesti omien solujemme lukumäärä. Vielä huimempi on kehon mikrobien geenien lukumäärä, joka ylittää 400-kertaisesti omien geeniemme määrän. Ihmisen geenit pystyvät toki koodaamaan paljon monimutkaisempia tapahtumia kuin alkeellisten eliöiden geenit. Näiden mikrobigeenien vaikutus ihmisen terveyteen on kuitenkin niin suuri, että sitä voi verrata omien geeniemme vaikutuksiin. Erityisesti suun, suoliston, ihon ja emättimen yleiset sairaudet liittyvät näiden alueiden mikrobiomiin ja mikrobigenomiin.
Perintötekijät, geenit, vaikuttavat aina sairastumisalttiuteen, mutta vain harvinaiset perinnölliset sairaudet syntyvät vääjäämättä pelkästään geenien vaikutuksesta. Tavallisesti sairauksissa on kysymys geeneistä ja geenimuutoksista, jotka altistavat sairauksille. Sairastuuko ihminen lopulta vai ei, määräytyy elintapojen ja ympäristötekijöiden perusteella. Mikrobiomin ja mikrobigeenien muutokset vaikuttavat monin tavoin ihmisen aineenvaihduntaan, ja genomitutkimusten avulla saadaan uutta tietoa sairauksien synnystä.
Mikrobiomi ja sairaudet
Moniin sairauksiin liittyy häiriöitä mikrobiomissa, jo pelkästään suolistomikrobiston heikkeneminen on yhdistetty 20 eri tautiin tai häiriötilaan. Useissa tutkimuksissa on tullut selvästi esiin suoliston mikrobiston yhteys mm. alkoholista riippumattomaan rasvamaksaan (NAFLD), allergioihin, ateroskleroosiin, lihavuuteen, paksusuolen syöpään, ärtyneen suolen oireyhtymään, lihavuuteen sekä tyypin yksi ja tyypin kaksi diabetekseen. Alustavasti on todettu, että yhteys löytyy myös Azheimerin tautiin, autismiin, krooniseen väsymysoireyhtymään, masennukseen ja ahdistukseen, MS-tautiin, Parkinsonin tautiin, reumaan ja sydän- ja verisuonitauteihin.
Mikrobiomi myös kertoo sairastumisriskistä jopa enemmän kuin ihmisen geenit, koska mikrobiomi muuttuu olosuhteiden mukaan. Tietyn geeniperimän omaava ihminen siis saattaa pysyä tietyissä olosuhteissa terveenä, mutta sairastuu, jos elimistön mikrobiomi muuttuu ympäristön, ruokavalion, lääkityksen tms. olosuhteiden muuttuessa. Ja päinvastoin: sairas tervehtyy, kun mikrobiomi uudistetaan olosuhteita muuttamalla.
Mikrobiomiin liittyviä sairauksia kuten ientulehdusta, vaginoosia ja tulehduksellisia suolistosairauksia ei aiheuta mikään yksittäinen bakteeri, sillä samoja patogeenisia bakteereja löytyy terveiltä. Kyse on vinoutumasta bakteerien määrällisissä suhteissa, josta seuraa dysbioosi ja toiminnallisia häiriöitä. Merkityksellistä sairastumisen kannalta on erityisesti bakteerien aineenvaihdunta ja sen tuotteet, joihin vaikuttavat mikrobiomin olosuhteet.
Tulevaisuudessa tullaan hoitamaan ja parantamaan monia sairauksia mikrobiomia korjaamalla, mikä antaa uutta toivoa moniin kroonisiin sairauksiin. Hoito on periaatteessa hyvin yksinkertaista: tuodaan elimistöön puuttuvia mikrobeja. Ensimmäiset hoidot tällä saralla on jo tehty, kun vaikeita antibioottiresistenttejä Clostridium difficile -ripuleita on saatu oireettomiksi ulosteensiirroilla. Ulosteensiirtoa vastaavan, mutta turvallisemman keinotekoisen mikrobiseoksen käyttö tulee olemaan vakiintunut hoitokäytäntö jo lähitulevaisuudessa.
Mikrobien laajojen terveysvaikutusten vuoksi mikrobisiirtoja tullaan todennäköisesti käyttämään suolistosairauksien hoidon lisäksi mm. allergioiden, metabolisen oireyhtymän, neurologisten häiriöiden, autoimmuunisairauksien ja jopa lihavuuden hoitoon.
Mikrobihoidon jälkeen hoidetun on tietysti tärkeää pitää huolta uudesta mikrobiomistaan hyvällä ruokavaliolla ja muilla elintavoilla. Mikrobisiirtoja odotellessa, tai jotta sellaista ei tarvittaisi, jokainen voi vaikuttaa mikrobiomiinsa omilla valinnoillaan.
Suoliston mikrobiomi
Kehon suurin, monimuotoisin ja tutkituin mikrobiyhteisö löytyy suolistosta. Tutkijat ovat löytäneet eurooppalaisten suolistomikrobistoista noin tuhat bakteerilajia, joista yksittäisen ihmisen suolistossa on noin 160. Laaja tutkimustieto osoittaa, että suoliston mikrobiomi on kuin tärkeä elin, joka vaikuttaa immuniteettiin ja aineenvaihduntaan.
Ihmisen immuniteetista suuri osa perustuu suoliston mikrobiomiin. Useat tutkimukset osoittavat suolistomikrobiston selvän yhteyden monien yleisten sairauksien syntyyn. Yhteys perustuu mm. suolistomikrobiston ratkaisevaan vaikutukseen sairauksia aiheuttavien geenien ilmenemiseen. Käytännössä tämä merkitsee, että vaikka suvussa olisi paljon jotain sairautta eli riski sairastua siirtyy geeneissä vanhemmilta lapsille, niin näiden geenien vaikutus saattaa sammua tietyillä elintavoilla. Suoliston mikrobien määrä ja koostumus muuttuvat herkästi ruokavalion, stressin ja muiden elintapojen, sekä ympäristötekijöiden kuten toksiinien vaikutuksesta. Antibiootit muuttavat suolistomikrobistoa ratkaisevasti jopa eliniäksi. Näihin mikrobiomia sääteleviin tekijöihin puuttumalla saatetaan kokonaan ehkäistä tiettyjä sairauksia, tai ainakin siirtää niiden puhkeamista tai lievittää oireita.
Hyvä esimerkki suoliston mikrobiomin ja sairauden välisistä yhteyksistä ovat tulehdukselliset suolistosairaudet colitis ulcerosa (haavainen paksusuolentulehdus) ja Crohnin tauti, jotka ovat yleistymässä kansantaudeiksi. Syyllisiä ovat mm. ruokavaliotekijät ja runsas antibioottien käyttö, sillä yhteys suolistomikrobiston ja suolistotulehdusten välillä on selvä.
Ihon mikrobiomi
Leikillisesti ihmiskehoa on kutsuttu käveleväksi mikrobien kasvualustaksi. Iho onkin bakteerien, virusten, sienien ja punkkien peittämä. Tässä symbioosissa molemmat hyötyvät, sillä ihon immuunijärjestelmä perustuu pääasiassa sen mikrobiomiin. Jokaisella on yksilöllinen, mutta moninainen kokoelma näitä pieniä eliöitä, jotka peittävät ihoa sitkeästi. Jopa jatkuvasti pestävissä käsissä säilyy tyypillinen mikrobisto. Iholla asustavat mikrobit ovat välttämättömiä ihon terveydelle, sillä niiden avulla immuniteetti oppii torjumaan taudinaiheuttajia. Antibakteeriset aineet ja sisäiset antibiootit heikentävät tätä ihon suojaa. Myös elinympäristö vaikuttaa: mitä monipuolisempi sen mikrobiomi, sitä monipuolisempi on myös ihmisen mikrobiomi, ja sitä tehokkaammin immuunipuolustus oppii toimimaan, koska sitä kouluttavat ihon oman mikrobiston lisäksi myös ympäristön mikrobit. Suomalaisen väitöstutkimuksen mukaan atooppista ihottumaa voi ehkäistä ja hoitaa syömällä kuitupitoista ruokaa ja välttämällä antibioottikuureja.
Keuhkojen mikrobiomi
Keuhkoja luultiin ennen steriileiksi, mutta geenitekniikalla on löydetty terveidenkin hengitysteiden limakalvolta oma mikrobiominsa. Keuhkojen limakalvojen tutkiminen on haasteellista, joten tietoa on toistaiseksi niukasti. Eläinkokeiden perusteella on todettu, että ruoansulatuskanavan häiriintynyt mikrobiomi heijastuu keuhkoihin altistaen mm. allergisille reaktioille. Tieto ruoansulatuskanavan limakalvomikrobiston vaikutuksista limakalvojen immuunireaktioihin muualla kehossa on yhä vakuuttavampaa. Esimerkiksi Lactobacillus-probioottien käytön on osoitettu hillitsevän keuhkojen allergisia reaktioita ja tulehduksia. Keuhkojen ja suoliston välinen yhteys on aina ollut selviö perinteisessä kiinalaisessa lääketieteessä. Länsimainen tieteellinen tutkimus alkaa vähitellen saada selville, miksi näin on.
Suun mikrobiomi
Suun mikrobiomi lienee koko kehon monimuotoisin sisältäen jopa tuhansia bakteerilajeja. Jokainen syömiskerta ja hampaidenharjaus siirtää bakteereja myös vereen, mutta terveen immuunipuolustus tekee ne vaarattomiksi. Monen yleissairauden taustalla saattaa kuitenkin piillä suun bakteereja. Esimerkiksi diabeetikon sokeritasapaino paranee, kun suun bakteeri-infektio hoidetaan. Myös sydän- ja verisuonitautien ja suun mikrobiomin välillä on yhteys, sillä verisuonten ateroskleroottisista plakeista löytyy suuperäisiä bakteereja.
Emättimen mikrobiomi
Emättimessä ja koko synnytyskanavassa on erikoislaatuinen suojamekanismi turvaamassa mahdollisilta patogeeneilta sekä naista itseään että raskausaikana sikiötä. Emättimen mikrobiomissa on havaittu erityisen paljon terveyteen liittyviä bakteeritoimintoja. Suurimmalla osalla bakteeristoa hallitsee yksi laktobasillilaji, joka maitohappoa tuottamalla hillitsee patogeenien kasvua. Mikrobiomien moninaisuudesta kertoo, että neljänneksellä terveistä naisista laktobasillit kuitenkin puuttuvat lähes kokonaan, ja limakalvojen terveyttä ylläpitävät muut maitohappoa tuottavat bakteerilajit. Terveiden ja bakteeritulehdusta sairastavien naisten emättimen mikrobigenomit ja niihin liittyvä aineenvaihdunta poikkeavat selvästi toisistaan.
Mikrobiomi ja ruokavalio
Mikrobiomien maailma on monimutkainen, mutta ihminen pystyy vaikuttamaan siihen voimakkaasti hyvin arkipäiväisillä keinoilla. Jokapäiväinen ruoka joko vahvistaa tai heikentää mikrobiomia. Teollistunut ruokavalio vahingoittaa suoliston mikrobistoa, koska se ei anna mikrobeille riittävästi ravintoa eli kuituja. Tyypillinen vähäkuituinen länsimainen ruoka imeytyy jo ohutsuolen alkuosissa eikä siten ylläpidä tervettä mikrobiomia paksusuolessa. Ongelmia synnyttävät teollisen ruoan sisältämät nopeasti imeytyvät hiilihydraatit, rasvojen, proteiinien ja hiilihydraattien kuumennuksessa syntyvät haitalliset glykaatio- ja lipoksidaatiomolekyylit (AGE- ja ALE-yhdisteet) sekä liiallinen tai osalle ihmisistä kokonaan sopimaton gluteeni. Kun näihin liittyy vielä kuitupitoisten kasvikunnan tuotteiden niukka käyttö, ruokavalion kokonaisuus aiheuttaa hallaa mikrobiomille ja synnyttää kroonista matala-asteista tulehdusta, inflammaatiota, sekä lisää lihavuuden ja kroonisten sairauksien riskiä. Dysbioosin eli mikrobiston epätasapainon seurauksena suolessa syntyy haitallisia endotoksiineja, jotka leviävät heikentyneiden limakalvojen kautta verenkiertoon. Hyvin rasvainen ruokavalio lisää suolen seinämän läpäisevyyttä, jolloin endotoksiineja ja bakteereja pääsee vereen lisäten tulehdusta. Epätasapainoinen mikrobiomi ja runsasrasvainen ruoka on siis erityisen huono yhdistelmä.
Mikrobiomin vahvistamiseen tarvitaan runsaskuituista ruokaa eli ruokavalion perustaksi riittävästi kasviksia, marjoja ja hedelmiä sekä täysjyväviljaa, joka tarvittaessa valitaan gluteenittomana. Pelkkä tomaatti ja kurkku eivät riitä, vaan tarvitaan laajempi kirjo kasvikunnan tuotteita, jotta niiden erilaiset kuidut tarjoavat mikrobeille ravintoa. Suolistomikrobit tuottavat kuiduista lyhytketjuisia rasvahappoja, jotka ravitsevat suolen seinämän soluja ja antavat energiaa myös ihmisen käyttöön. Rasvaa ja proteiinipitoista ruokaa tarvitaan lisäksi, mutta ei liikaa, eikä haitalliseksi prosessoituna.
Ravinnon ohella liikunta, hyvä uni ja mielenrauha tiedetään merkittäviksi terveyden edistäjiksi. Osittain niidenkin vaikutukset perustuvat mikrobiomin vahvistamiseen.
Lähteet:
Beck, J.M. et al. The Microbiome of the Lung. Transl Res. 2012;160(4):258–266 .
Bengtmark, S. Gut microbiota, immune development and function
Pharmacological Research 2013; 69:87– 113
Meri, S. ja de Vos, W. Suoliston mikrobit hyvässä ja pahassa. Duodecim 2015;131:2091–8
Nylund, L. Atooppisen ihon oireita voi lievittää syömällä ravintokuituja ja välttämällä antibioottikuureja. Väitös 2015, Turun yliopisto.
Salonen, A. Ihmisen mikrobiomit. Duodecim 2013;129(22):2341-8
Saxén, H. Tieteestä. Duodecim 2014;130(17):1683
Oletko kiinnostunut mikrobiomiin vaikuttavien ravintoaineiden mittauksista?