MASARYKOVA UNIVERZITA PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA ÚSTAV EXPERIMENTÁLNÍ BIOLOGIE

Transkript

1 MASARYKOVA UNIVERZITA PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA ÚSTAV EXPERIMENTÁLNÍ BIOLOGIE VÝVOJ STŘEVNÍ MIKROFLÓRY V PRVNÍM PŮL ROCE ŽIVOTA DÍTĚTE Bakalářská práce Adam Novotný Vedoucí práce: Mgr. Petra Vídeňská Ph.D. Brno 2017

2 Bibliografický záznam Autor: Název práce: Studijní program: Studijní obor: Vedoucí práce: Adam Novotný Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita Ústav Experimentální Biologie Vývoj střevní mikroflóry v prvním půl roce života dítěte Experimentální Biologie Speciální Biologie Mgr. Petra Vídeňská Ph.D. Akademický rok: 2016/2017 Počet stran: 61 Klíčová slova: Mikrobiom, dysbióza, dětský, střevní trakt, bakteriální kolonizace, výživa, antibiotika, porod

3 Bibliographic Entry Author Title of Thesis: Degree programme: Adam Novotný Faculty of Science, Masaryk University Department of Experimental Biology The development of infant gut microbiome during the first six months of life Experimental Biology Field of Study: Special Biology Supervisor: Mgr. Petra Vídeňská Ph.D. Academic Year: 2016/2017 Number of Pages: 61 Keywords: Microbiome, dysbiosis, infant, intestin, bacterial colonization, nutrition, antibiotics, delivery

4 Abstrakt V této bakalářské práci se věnujeme složení a vývoji střevního mikrobiomu dítěte v průběhu prvního půl roku života. Ten je složen z více než bakteriálních druhů a obsahuje 10x více genů než buňky lidského těla. Zastává především metabolickou funkci, ale také slouží jako obranná bariéra proti patogenům a napomáhá správnému vývoji imunitního systému. Začíná se vyvíjet již v průběhu těhotenství a na jeho vývoj má vliv řada faktorů. Mezi ty nejpodstatnější patří především způsob porodu, antibiotická léčba v těhotenství i po porodu a způsob výživy. Nejdůležitějším faktorem je však způsob porodu. Děti narozené přirozenou cestou jsou vystaveny vaginálnímu mikrobiomu matky a jsou tak vystaveny kolonizaci především laktobacily, jež zajišťují následný správný vývoj. Naopak děti narozené císařským řezem přichází primárně do styku se sterilním nemocničním prostředím a bakteriální kolonizace je u nich opožděna. Bakteriální kolonizace také probíhá jinak u předčasně narozených dětí, které nemají vyvinutý imunitní systém. Dalším faktorem je antibiotická léčba, která způsobuje dysbiózu střevního mikrobiomu nejen u dětí, ale také u dospělých. Nejvážnější dopad mají antibiotika v průběhu prvního týdne po porodu. Důležitou roli hrají také profylaktická antibiotika, jež jsou zaměřena pouze na určitou skupinu bakterií, a tedy mohou způsobovat nadměrný růst ostatních bakterií. Na vývoj střevního mikrobiomu má vliv také způsob výživy. Mateřské mléko obsahuje unikátní mikrobiom, ale především bifidobakterie a laktobacily, které jsou potřeba pro správný vývoj imunitního systému. Kromě těchto bakterií však také obsahuje další nezbytné látky, jako například oligosacharidy nebo buňky imunitního systému. Dysbióza střevního mikrobiomu je spojena s řadou dlouhotrvajících onemocnění, jako jsou alergie, atopický ekzém, diabetes, ale také s akutními zánětlivými nemocemi, jako je např. nekrotizující enterokolitida.

5 Abstract In this thesis we study a composition and development of infant intestinal microbiome during the first six months of life. The intestinal microbiome consists of more than bacterial species and contains 10x more genes than all human body. Microbiome has a metabolic function but also serves as a defence barrier against pathogens and assists in the proper development of the immune system. It s development begins during pregnancy and is influenced by many factors. The most important ones are mode of delivery, antibiotic treatment during pregnancy and after delivery and diet. However, the most important factor is the mode of delivery. Children born vaginally are exposed to the vaginal microbiome of the mother and are thus exposed to the colonization of lactobacilli, which will ensure subsequent correct development of gut microbiome. Conversely, children born by the caesarean section come primarily into contact with a sterile hospital environment, and bacterial colonization is delayed. Bacterial colonization is different in preterm infants who have not enough developed immune system. Another factor is antibiotic treatment that causes dysbiosis of intestinal microbiome not only in children but also in adults. Antibiotics have the greatest impact during the first week after birth. Important role have the prophylactic antibiotics that are targeted to a specific group of bacteria and can therefore cause excessive growth of the others. The development of the intestinal microbiome is also affected by the nutrition. Breast milk contains unique microbiome, but especially bifidobacteria and lactobacilli, which are important for proper development of the immune system. Except these bacteria, however, it also contains other essential substances, such as oligosaccharides or cells of the maternal immune system. Dysbiosis of the intestinal microbe is associated with many long-term diseases such as allergy, atopic eczema, diabetes, but also with acute infectious diseases such as necrotizing enterocolitis.

6

7

8 Poděkování Na tomto místě bych chtěl poděkovat své vedoucí bakalářské práce Mgr. Petře Vídeňské Ph.D. za její ochotu, trpělivost a cenné rady, které mi při vypracování této práce poskytla. Prohlášení Prohlašuji, že jsem svoji bakalářskou práci vypracoval samostatně s využitím informačních zdrojů, které jsou v práci ocitovány. Brno Adam Novotný

9 Obsah 1. Seznam použitých zkratek Úvod Cíle práce Složení a funkce střevního mikrobiomu Bakteriální kolonizace GIT Mikrobiom placenty Bakteriální kolonizace při porodu Externí faktory Vliv výživy a antibiotické léčby matky v průběhu těhotenství na vývoj střevního mikrobiomu dítěte Profylaktická antibiotika Užívání probiotik v průběhu těhotenství Způsob porodu Přirozený porod Porod císařským řezem Nízká porodní váha Předčasný porod Bakteriální kolonizace předčasně narozených dětí Vliv prostředí na mikrobiom předčasně narozených dětí Užívání antibiotik dítětem i matkou po porodu Vliv antibiotické léčby na bakteriální kolonizaci Složení mikrobiomu při antibiotické léčbě Vliv antibiotik na orální mikrobiom Výživa Mateřské mléko Mikrobiom mateřského mléka Kojení vs. umělá výživa Vliv výživy na orální mikrobiom Složení umělé výživy Probiotika a prebiotika Nejrozšířenější probiotické kmeny Vliv probiotik a mechanismus jejich účinku... 39

10 Prebiotika Nemoci spojené s dysbiózou střevního mikrobiomu v prvním půl roce života Alergie Atopický ekzém Nekrotizující enterokolitida Cukrovka Obezita Faktory prostředí Závěr Seznam literatury... 52

11 1. Seznam použitých zkratek CFU Jednotky tvořící kolonie G+ Grampozitivní bakterie GIT Gastrointestinální trakt IgE Imunoglobulin E IL Interleukin LGG Lactobacillus rhamnosus GG NEC Nekrotizující enterokolitida NF-κB Nukleární faktor kappa B NK Natural killer buňky piga Fosfatidylinositol glykan A rrna Ribozomální ribonukleová kyselina T-reg Regulatorní T-lymfocyt Th Pomocné T-lymfocyty TLR Toll-like receptor 11

12 2. Úvod Lidský střevní mikrobiom je složen z více než bakteriálních druhů. Je důležitý zejména svou metabolickou funkcí, ale také jako důležitý prvek při formování imunitního systému. Většina bakterií vyskytujících se v gastrointestinálním traktu patří mezi striktní anaeroby, nejčastěji zástupce kmenů Firmicutes a Bacteroidetes. Bakteriální kolonizace dětského gastrointestinálního traktu začíná již v průběhu těhotenství, přibližně počátkem druhého trimestru. Od tohoto okamžiku na jeho vývoj působí velká řada faktorů. Během těhotenství má na bakteriální kolonizaci dětského střeva vliv převážně antibiotická léčba matky. Mezi další faktory řadíme způsob porodu, antibiotickou léčbu v novorozeneckém období a také způsob výživy. Avšak vlivů působících na vývoj střevního mikrobiomu dítěte je mnohem více. Kromě způsobu porodu (přirozeně nebo císařským řezem), je to především stáří dítěte při porodu a také jeho porodní váha. Pokud je dítě narozeno předčasně, dochází u něj k odlišnému vývoji střevního mikrobiomu, který s sebou nese vyšší riziko zdravotních problémů. Lišit se bude mikrobiom dítěte, jež bylo od narození kojeno, a toho, které bylo krmeno umělou výživou. Při kojení má velký vliv také mikrobiom mateřského mléka, ale také ostatní látky v mléce obsažené. Jedná se především o specifické oligosacharidy a buňky imunitního systému matky. Pokud se střevní mikrobiom nevyvíjí správně, může vzniknout tzv. dysbióza střevního mikrobiomu. Ta bývá častou příčinou vzniku mnoha nemocí. Mezi nejčastěji se vyskytující patří alergie, atopický ekzém, obezita nebo nekrotizující enterokolitida (NEC). Avšak tyto nemoci se řadí mezi tzv. multifaktoriální, tedy nemají pouze jednu příčinu vzniku. Jejich spojitost se střevním mikrobiomem dlouhou dobu nebyla brána v potaz, jelikož neexistovaly účinné nástroje na jeho výzkum. Posledním faktorem podílejícím se na složení střevního mikrobiomu jsou hygienické návyky a prostředí, ve kterém dítě vyrůstá. Značné rozdíly lze také pozorovat při srovnávání mikrobiomu dětí z rozvojových a vyspělých zemí. 12

13 3. Cíle práce Cílem této práce je shrnutí poznatků o vývoji střevního mikrobiomu novorozenců a jeho dopadu na jejich celkové zdraví. Jsou zde zahrnuty vlivy působící v průběhu těhotenství a dále během prvního půl roku života. Práce je také zaměřena na nemoci, jež jsou způsobeny špatným vývojem střevního mikrobiomu. 13

14 4. Složení a funkce střevního mikrobiomu Střevní mikroflóra (= mikrobiom, mikrobiota) má nepochybně velmi významný vliv na lidský organismus. Skládá se z téměř bakteriálních druhů, jejichž celkové množství je přibližně stejné jako počet buněk lidského těla, ale obsahuje desetkrát více genů než lidský genom (Fujimura K. E. a kol. 2010, Sender R. a kol. 2016, Jandhyala S. a kol. 2015). Mikrobiom zastává několik funkcí. Mezi ty nejdůležitější patří vytváření ochranné bariéry proti střevním patogenům a napomáhání správnému vývoji imunitního systému. Střevní mikrobiom také metabolizuje a syntetizuje řadu látek. Příkladem může být syntéza esenciálních aminokyselin, vitaminů a také enzymů, díky nimž může lidské tělo trávit látky, které by jinak nedokázalo rozložit (např. rostlinné polysacharidy) (Gill S. R. a kol. 2006, Jandhyala S. a kol. 2015, Turnbaugh P. J. a kol. 2007). V gastrointestinálním traktu (GIT) je anaerobní prostředí. Proto tvoří nejvýznamnější podíl striktně anaerobní bakterie, z nichž jsou u dospělého jedince nejvíce zastoupeny kmeny Bacteroidetes a Firmicutes (tvoří více než 90 % bakteriální populace) a jejich poměrné zastoupení má vliv na zdravotní stav. Z kmene Firmicutes jsou nejčastěji přítomni zástupci třídy Clostridia a z kmene Bacteroidetes to jsou zástupci třídy Bacteroidetes. V menším množství se zde vyskytují fakultativní anaeroby, např. zástupci kmene Proteobacteria, jehož hlavním zástupcem v GIT je Escherichia coli (Eckburg, P. B. a kol. 2005). Dále je také známa přítomnost kmenů Fusobacteria, Actinobacteria a Verrucomicrobia. Můžeme však zde najít i zástupce domény Archaea, a tím je Methanobrevibacter smithii. Počet bakterií se také napříč GIT mění. Jejich množství v tlustém střevě se liší od žaludku i tenkého střeva (Obr. 1) (Gill, S. R. a kol. 2006) Bakteriální kolonizace GIT Až do nedávna panoval názor, že GIT dítěte je až do porodu zcela sterilní a jakýkoli výskyt bakterií je známkou infekce. Toto tvrzení však bylo vyvráceno po té, co byly objeveny bakterie v mekoniu (první dětské stolici, obvykle do hodin po narození) i bez přítomnosti infekce. Tím bylo prokázáno, že kolonizace dětského GIT začíná již in utero, přibližně počátkem druhého trimestru těhotenství. Nejdůležitějším obdobím bakteriální kolonizace je během prvního půl roku života dítěte. Pokud dojde v tomto období k narušení procesu přirozené kolonizace (např. antibiotiky nebo stresem), hrozí v budoucnu zvýšené riziko vzniku chronických onemocnění v důsledku 14

15 nesprávného vývoje imunitního systému (Russel S. L. 2013). První bakterie kolonizující dětský střevní trakt jsou zpravidla fakultativně anaerobní. Do dětského střeva se mohou dostat cirkulací v krvi, nebo skrze placentu do plodové vody, kterou dítě následně spolkne. Patří mezi ně například rody Streptococcus a Enterococcus. Po narození, kdy dojde vlivem fakultativních anaerobů ke spotřebování přítomného kyslíku ve střevě, se zde začínají vyskytovat rody striktně anaerobních bakterií, především Bifidobacterium, Bacteroides a Clostridium (Nagpal R. a kol. 2016). Obr. 1. Složení mikrobiomu napříč gastrointestinálním traktem (Konturek P. C. a kol. 2015, upraveno). Počet a zastoupení bakteriálních druhů se mění napříč celým gastrointestinálním traktem. Střevo obsahuje přibližně druhů bakterií, z nichž naprostou většinu tvoří striktně anaerobní zástupci. Jejich počet se odhaduje na buněk na gram a jsou nedílnou součástí každého živého organismu Mikrobiom placenty Při vývoji plodu in utero je také důležitý mikrobiom placenty. Placenta byla velmi dlouho, stejně tak jako plod, považována za zcela sterilní. Stejně jako ostatní orgány i ona má svůj vlastní, poměrně unikátní, mikrobiom. Bakteriální denzita je zde oproti ostatním orgánům nižší, to však nic nemění na její důležitosti (Nuriel-Ohayon M. a kol. 2016). 15

16 Velké množství bakteriálních druhů detekovaných v placentě se vyskytuje v mikrobiomu ústní dutiny, takže lze předpokládat, že právě ta je hlavním zdrojem těchto bakterií. Důkazem je přítomnost bakterií rodu Neisseria a Prevotella a často také Fusobacteria, které jsou častými zástupci v ústní dutině. Při transportu bakterií z ústní dutiny však existuje riziko přenosu patogenních bakterií při periodontální infekci. Infekce způsobené těmito bakteriemi může v těch nejhorších případech vyvolat předčasný porod (Agaard M. a kol. 2014). Mezi nejčastější patogenní bakterie v placentě patří zástupci kmene Tenericutes, a to zejména rodů Mycoplasma a Ureaplasma (Rautava S. a kol. 2012) Bakteriální kolonizace při porodu Na následný vývoj dětského střevního mikrobiomu má vliv zejména způsob porodu, předčasný porod a prostředí, ve kterém porod proběhl. Při přirozeném porodu je nejdůležitějším zdrojem bakterií mateřský urogenitální trakt. Dětský GIT je kolonizován převážně rody Lactobacillus, Prevotella a Bifidobacterium. Při porodu císařským řezem dochází k opožděné kolonizaci těmito rody a namísto nich se s větší četností vyskytuje rod Staphylococcus (Torrazza, R. M. a kol. 2011). V průběhu prvního týdne po narození se mírně zvyšuje četnost fakultativně anaerobních bakterií, především rodu Lactobacillus. Na následném vývoji se podílí řada faktorů, mezi něž patří způsob výživy, medikace, hygiena a prostředí, ve kterém dítě vyrůstá (Vael, C, Desager, K, 2009) Externí faktory Jedním z nejvýznamnějších faktorů ovlivňujících bakteriální kolonizaci GIT je užívání antibiotik. A to nejen dítěte, ale i matky. Antibiotika jsou transportovány skrze mateřské mléko a mají na dětský mikrobiom podobné účinky, jako kdyby byly podávány přímo dítěti (Wu P. a kol. 2016). Značně narušují střevní mikrobiom, což má za následek mnohé zdravotní komplikace, mezi něž patří například alergie čí atopický ekzém (Arrieta, M. C. a kol. 2014). Vliv na správný vývoj dětského střevního mikrobiomu má také způsob stravování matky. Veganská strava například dokáže změnit profil bakteriálních mastných kyselin a organická dieta založená na bio potravinách zvyšuje podíl laktobacilů (Penders J. a kol. 2006). 16

17 Složení střevního mikrobiomu se dynamicky mění až do věku přibližně dvou let, kdy se již podobá mikrobiomu dospělých jedinců. Tato věková hranice je však individuální u každého jedince a může nastat po prvním roce života, ale také klidně až ve třech letech. (Arrieta M. C. a kol. 2014, Vael C, Desager K, 2009). 17

18 5. Vliv výživy a antibiotické léčby matky v průběhu těhotenství na vývoj střevního mikrobiomu dítěte V průběhu druhé poloviny 20. století se rapidně zvýšil výskyt případů dětských alergií a astmatu, a proto se začaly hledat jejich příčiny. Tyto nemoci se vyskytovaly zejména ve vyspělých zemích a byly často spojovány s tzv. západním životním stylem. Tedy s velmi dobrými hygienickými podmínkami a s tím souvisejícím nízkým výskytem infekčních onemocnění. A dále také s čím dál rozšířenějším užíváním antibiotik nejen v dětství, ale také v průběhu těhotenství (Jedrychowski W. a kol. 2006). Užívání antibiotik je jednou z nejzávažnějších příčin vzniku tzv. dysbiózy střevního mikrobiomu, tedy stavu mikrobiální nerovnováhy, kdy převažují patogenní bakterie nad těmi prospěšnými. Antibiotika redukují celkový počet bakterií, tedy i těch prospěšných, a po ukončení léčby mají tendenci se lépe uchytit právě bakterie patogenní. Ve vyspělých zemích se antibiotika během těhotenství předepisují z preventivních důvodů, ale jejich užívání má negativní dopad na GIT ještě nenarozeného dítěte (Kuperman A. A. 2016). Nejzávaznější dopad mají antibiotika užívána v průběhu druhého a třetího trimestru, kdy se vyvíjí dětská trávicí trubice (Mueller N. T. a kol. 2015). Také záleží na době, po jakou jsou antibiotika užívána, jelikož riziko vzniku onemocnění se zvyšuje každým dnem léčby (Jedrychowski W. a kol. 2006). Po průkazu mikrobiální kolonizace plodu in utero, bylo také zjištěno, že antibiotika mohou být přenášena skrze placentu a ovlivňovat tak počáteční kolonizaci plodu ještě v průběhu těhotenství (Mueller N. T. a kol. 2015). V průběhu těhotenství je lidské tělo náchylnější k vlivům prostředí, především k patogenním bakteriím. Ty způsobují nejčastěji záněty respiračního a urogenitálního traktu, kvůli kterým jsou nasazována antibiotika (Wu P. a kol. 2016). Ta mohou zapříčinit změny nejen střevního, ale i vaginálního mikrobiomu (Lapin. B a kol. 2015). Při porodu, kdy dochází k nejrozsáhlejší kolonizaci GIT, je tak dítě vystaveno tomuto ovlivněnému mikrobiomu a je kolonizováno nesprávnými bakteriemi (Gonzalez-Perez G. a kol. 2016). To bývá častou příčinou opožděného vývoje imunitního systému dítěte a tím také sníženou schopností přiměřené imunitní odpovědi (Deshmukh H. S. a kol. 2014). Mezi nemoci způsobené dysbiózou střevního mikrobiomu, patří alergie, atopický ekzém, obezita nebo různá zánětlivá onemocnění (Mueller, N. T. a kol. 2015). 18

19 Antibiotická léčba v průběhu těhotenství může mít také za následek rozdílnou aktivitu buněk schopných granulocytózy a tím narušení homeostázy neutrofilů v krvi. To může následně vést ke zvýšené citlivosti k infekcím způsobených bakteriemi Escherichia coli nebo Klebsiella pneumoniae (Deshmukh H. S. a kol. 2014). Z důvodu narůstajícího počtu případů astmatu u novorozenců a malých dětí, byla provedena studie, v níž bylo zjištěno, že užívání antibiotik v průběhu těhotenství snižuje počet zástupců kmenů Firmicutes a Bacteroidetes v dětském GIT. Zároveň byla pozorována zvýšená hladina IgE (imunoglobulin E) a větší množství bazofilních granulocytů v krvi. Ty způsobují přehnanou rekci Th2 lymfocytů a dochází tak častěji k zánětům (Hill D. A. a kol. 2012) Profylaktická antibiotika Antibiotická terapie je důležitá také v průběhu porodu. Zde hovoříme o tzv. profylaktických antibiotikách. Profylaktická antibiotika jsou taková, jež se používají jako prevence před vznikem infekcí během chirurgických zákroků. Mají za úkol udržovat určitou hladinu léčiva v krvi, ale neslouží jako plnohodnotná náhrada sterilního prostředí. Tato antibiotika, nejčastěji na bázi ampicilinu, jsou podávána při porodu převážně matkám, které mají pozitivní výsledky testů na streptokoky skupiny B. Ty jsou ve většině neošetřených případů zodpovědné za prudké záněty střevního traktu novorozenců a v době před zavedením antimikrobiální léčby také často znamenaly smrt novorozence (Cassidy-Bushrow A. E. a kol. 2016). Avšak jako každá antibiotika, i tato mají vliv na vývoj dětského mikrobiomu. Ta, jež jsou podávána matkám při porodu, jsou zaměřena primárně na gram-pozitivní bakterie, tedy proti streptokokům. Jenže mezi G+ řadíme také rody Bifidobacterium, Lactobacillus, Bacteroides a Lactococcus, na které tato antibiotika také působí. Proto lze při jejich užívání sledovat zvýšený počet Enterobacteriaceae, jakožto gramnegativních bakterií, mezi něž patří řada oportunních patogenů, jako například Klebsiella, Shigella, Salmonella nebo Enterobacter. Jejich četnost může v některých případech dosáhnout až 73 % z celkového složení střevního mikrobiomu. Mohou tedy vlivem oslabené imunity vyvolat různá trávící nebo zánětlivá onemocnění (Aloisio I. a kol. 2016). Naštěstí po ukončení léčby jejich počet rapidně klesá. Přibližně dva týdny po ukončení léčby je jejich počet zredukován na 5 % a i nadále má tendenci klesat (Gibson M. K. a kol. 2015). 19

20 5. 2 Užívání probiotik v průběhu těhotenství Aby se zabránilo nežádoucím účinkům antibiotik, jsou po ukončení léčby doporučena probiotika. Jelikož antibiotika ničí i prospěšné bakterie, je jich po ukončení léčby ve střevě nedostatek a dochází k nárůstu potenciálních patogenů. Tomuto lze předejít, rychlou obnovou původního střevního mikrobiomu. A právě k tomu slouží probiotika. Probiotické doplňky stravy obsahují tělu prospěšné bakterie, především z rodů Lactobacillus a Bifidobacterium, které se podílí na správné kolonizaci dětského GIT a také na vývoji imunitního systému (Dotterud C. K. a kol. 2015). Konzumací probiotik dochází také ke změně vaginálního mikrobiomu. Tím je ovlivňována bakteriální kolonizace dětského GIT při přirozeném porodu. Aby bylo dosaženo této změny, je potřeba užívat probiotika po delší dobu. Probiotika jsou také do jisté míry transportována do mateřského mléka. Při kojení mají tedy téměř podobné účinky, jako kdyby byly dítěti podávány přímo. Velice doporučeno je i podávání probiotických suplementů dětem v prvních týdnech po porodu (Enomoto T. a kol. 2014). Probiotické bakterie mají velký vliv na správnou kolonizaci dětského GIT. Jsou doporučovány především matkám při plánovaném porodu císařským řezem nebo po antibiotické léčbě (Bertelsen R. J. a kol. 2014). Laktobacily zároveň také napomáhají kolonizaci střeva bifidobakteriemi a jinými důležitými bakteriálními druhy. Avšak ne všechny kmeny probiotických bakterií kolonizují dětský GIT se stejnou účinností, což naznačuje, že jejich výskyt je kmenově specifický (Dotterud C. K. a kol. 2015). Je také důležité podávat správné probiotické suplementy určené těhotným ženám. Ty jsou rozdílné zejména obsahem různých kmenů bifidobakterií. Bylo zjištěno, že v průběhu prvních dvou let života se poměrně dynamicky mění zastoupení jednotlivých druhů bifidobakterií ve střevním mikrobiomu. Je tedy třeba vždy v určitou dobu podávat probiotika s příslušnými kmeny. V průběhu těhotenství je tak potřeba užívat taková probiotika, jež obsahují druhy bifidobakterií typické pro dětský mikrobiom. Jedná se především o B. longum a B. breve. Bylo totiž zjištěno, že děti, u nichž se později vyskytla alergie, mají jiné druhové zastoupení bifidobakterií než děti zdravé. Toto druhové zastoupení odpovídá spíše mikrobiomu zdravého dospělého člověka, proto není žádoucí, aby v takových případech byla podávána probiotika určená pro dospělé (Enomoto T. a kol. 2014). 20

21 6. Způsob porodu Nejdůležitějším faktorem ovlivňujícím vývoj střevního mikrobiomu dítěte patří jednoznačně způsob porodu. Během něj dochází k nejintenzivnější bakteriální kolonizaci dětského střeva a je tedy rozhodující, kterými mikroorganismy bude kolonizováno. K správnému vývoji střevního mikrobiomu dochází zpravidla u dětí, jež byly narozeny přirozeným způsobem. S tím je spojen také správný vývoj imunitního systému. Naopak při porodu císařským řezem je střevní trakt kolonizován odlišnými bakteriemi a celý proces vývoje mikrobiomu je tak narušen. Na jeho následný správný vývoj má také vliv prostředí, ve kterém porod probíhá a to zejména u porodu císařským řezem, jelikož v takovém případě dochází ke kolonizaci bakteriemi z pokožky a okolního prostředí (Penders J. a kol. 2006). Příbuznost bakterií izolovaných z dětské stolice s mikrobiomem matky lze pozorovat již po několika dnech po porodu. U dětí narozených přirozeně lze pozorovat příbuznost k bakteriím vaginálního mikrobiomu, zatímco u dětí narozených císařským řezem je to příbuznost k mikrobiomu pokožky (Obr. 2) (Nagpal R. a kol. 2016). Obr. 2 Analýza 16S rrna vzorků mateřského a dětského mikrobiomu (Johnson C. L. a kol. 2012, upraveno). PCA plot znázorňující příbuznost bakterií dětského GIT s mikrobiomem matky. Složení střevního mikrobiomu dětí narozených přirozeným způsobem odpovídá přibližně složení vaginálního mikrobiomu matky. U dětí narozených císařským řezem pak odpovídá mikrobiomu pokožky. 21

22 Vývoj střevního mikrobiomu však nezávisí pouze na způsobu porodu, ale i na ostatních faktorech s porodem souvisejících. K zcela odlišnému vývoji bude docházet především u předčasně narozených dětí. Ty ještě nejsou schopny účinné obrany proti patogenům a jsou tedy náchylnější k nemocem. Jsou tedy udržovány ve sterilním prostředí a dochází u nich zpravidla k opožděné bakteriální kolonizaci (Vinturache A. E. a kol. 2016) Přirozený porod Děti narozené přirozeným způsobem se při porodu dostávají primárně do styku s vaginálním mikrobiomem matky. Jsou tak nejvíce kolonizovány bakteriemi vyskytujícími se ve vaginální sliznici. Zde má nejvyšší zastoupení rod Lactobacillus, který má pozitivní vliv na kolonizaci ostatními bakteriálními rody. Tím dochází k přirozenému vývoji střevního mikrobiomu již od narození. V důsledku průchodu porodními cestami mají také značně vyšší početní zastoupení bakterií a také vyšší mikrobiální diverzitu než děti narozené císařským řezem. Tyto rozdíly je možné pozorovat při analýze vzorků mekonia. To obsahuje mnohem větší množství bakterií u dětí narozených přirozenou cestou (Martin R. a kol. 2016). Naprostá většina bakterií osidlujících střevní trakt jsou striktní anaeroby. Ale protože se těsně po porodu v dětském střevě vyskytuje určitá koncentrace kyslíku, nemůže dojít k jejich kolonizaci. Právě z tohoto důvodu je zapotřebí primární kolonizace laktobacilů, jelikož ty jako fakultativní anaeroby, tento kyslík spotřebují, a může následně dojít ke kolonizaci ostatními bakteriemi. Jedná se především o bakterie rodů Bifidobacterium, Prevotella, Bacteroides, ale také Lachnospira a Ruminococcus, které tvoří přirozený základ pro vývoj střevního mikrobiomu (Penders J. a kol. 2006). Avšak laktobacily plní i další důležité funkce. Například fermentací kyseliny mléčné na laktát ovlivňují ph střevního traktu. Produkují také růstový faktor, jenž ovlivňuje sekreci mucinu, se kterým následně interagují bakterie rodu Bacteroides. Ty následně metabolizují glykany odvozené právě od mucinu. Pokud tedy nedošlo při porodu ke kolonizaci laktobacily, je také opožděná kolonizace rodem Bacteroides, což s sebou nese výrazné změny při vývoji imunitního systému (Brumbaugh D. E. a kol. 2016). Druhým nejpočetněji zastoupeným rodem ve vaginální sliznici, který se podílí na kolonizaci dětského střeva, je rod Bifidobacterium. Patří mezi striktně anaerobní 22

23 bakterie, takže k jejich kolonizaci může dojít právě až po spotřebování veškerého kyslíku ve střevě. Podobně jako rod Bacteroides napomáhají při vývoji imunitního systému. Důkazem o jejich původu ve střevě je studie zaměřená na monofyletické kmeny (potomci jedné fylogenetické linie) těchto bakterií. Monofyletické kmeny B. longum, B. bifidum, B. catenulatum, B. adolescentis, B. pseudocatenulatum byly vyizolovány jak ze střevního traktu dítěte, tak z vaginální sliznice matky (Makino H. a kol. 2013). Mezi nejpočetnější druhy bifidobakterií v dětském GIT patří B. longum, B. breve a B. bifidum. Tyto bakterie jsou důležitou složkou biofilmu a obrany proti kolonizaci patogenními bakteriemi, zejména klostridiemi, které jsou nejčastější příčinou vzniku zánětlivých onemocnění (Butel M. J. a kol. 2007) Porod císařským řezem K porodu císařským řezem se přistupuje v případech, kdy dochází k porodním komplikacím a při přirozeném porodu by mohl být ohrožen život dítěte či matky. Bohužel v posledních několika desetiletích se stále více žen rozhoduje pro porod císařským řezem dobrovolně, i bez jakýchkoli zdravotních komplikací, kvůli kterým by jej bylo zapotřebí. Při porodu císařský řezem dítě nepřichází do styku s vaginálním a fekálním mikrobiomem matky a dochází tak ke kolonizaci naprosto odlišnými bakteriálními druhy (Obr. 3) (Cho C. E. a Norman M. 2013). Bakteriemi, se kterými se dítě dostane primárně do styku při porodu, jsou nejčastěji fakultativní anaeroby z pokožky matky nebo z rukou nemocničních pracovníků. Avšak ve srovnání s přirozeným porodem je jejich počet mnohonásobně nižší. Takto narozené děti bývají také častěji ihned po porodu hospitalizovány a jsou tak vystaveny poměrně sterilnímu prostředí. Tím dochází k opoždění kolonizace laktobacily a ostatními prospěšnými bakteriemi. Z tohoto důvodu jsou děti narozené císařským řezem výrazně náchylnější ke vzniku alergií, astmatu a infekčním onemocněním střevního traktu. Dříve u nich byl také zaznamenán vyšší počet případů s dýchacími obtížemi, které v mnoha případech znamenaly i smrt novorozenců udušením. Naštěstí se počet takto kritických případů za poslední dobu snížil téměř na nulu (Merenstein D. J. a kol. 2011). 23

24 Obr. 3 Rozdíly v bakteriální kolonizaci podle způsobu porodu (Neu J. a kol. 2011, upraveno). Při přirozeném porodu je dítě vystaveno vaginálnímu, ale také fekálnímu mikrobiomu matky. Je tak kolonizováno bakteriemi, které podporují vývoj imunitního systému a také další následnou kolonizaci ostatními mikroorganismy. Naopak děti narozené císařským řezem jsou vystaveny mikrobiomu pokožky a nedochází tak ke kolonizaci těmi správnými mikroorganismy. Děti narozené císařským řezem zůstávají většinou v nemocnici po delší dobu. V naprosté většině případů také během prvních dnů života užívají antibiotika a je také oddálen začátek kojení. Všechny tyto faktory se podílejí na formování střevního mikrobiomu a způsobují jeho nepřirozený vývoj, který má často za následek vznik nemocí (Cho C. E. a Norman M. 2013). Nejpočetnější skupinou kolonizující dětský GIT ihned po porodu jsou bakterie rodu Staphylococcus, Streptococcus, nebo také fakultativně anaerobní zástupci rodu Clostridium. Ty jsou všechny řazeny mezi oportunní patogeny a představují tak zvýšené zdravotní riziko (Penders J. a kol. 2006). Studiem mekonia dětí narozených císařským řezem bylo zjištěno, že mají výrazně snížený počet bakterií rodu Lactobacillus. Ve vzorcích bylo zjištěno pouhých 6 % těchto bakterií, oproti dětem narozeným přirozeně, u kterých bylo zjištěno až 37 %. Navíc byla také pozorována mnohem nižší diverzita tohoto rodu. Detekovány byly pouze druhy L. gaseri a L. brevis, zatímco u dětí narozených přirozenou cestou to bylo celkem 7 různých druhů (Nagpal R. a kol. 2016). 24

25 Přestože způsob porodu je tím nejdůležitějším faktorem při kolonizaci dětského GIT, výraznější změny nejsou zřetelně pozorovatelné většinou ihned po něm a nemůžeme je tedy zřetelně pozorovat v mekoniu (s výjimkou laktobacilů). Větší rozdíly ve složení střevního mikrobiomu začínají být pozorovatelné mezi třetím až sedmým dnem po porodu (Nagpal R. a kol. 2016). Největší změny je možné pozorovat u zástupců kmene Bacteroidetes. Ti patří mezi nejdůležitější symbiotické bakterie, které produkují řadu nepostradatelných metabolitů. Jejich nedostatečné zastoupení ve střevní sliznici může vést k narušení metabolismu cholesterolu, steatóze jater, poruše endokrinního systému nebo zánětlivým onemocněním střevního traktu (Huh S. Y. a kol. 2012). Nejpočetnějším druhem tohoto kmene je Bacteroides fragilis, jehož zastoupení je výrazně nižší u dětí narozených císařským řezem. Bakterie tohoto rodu syntetizují polysacharid A, který má supresivní účinky na IL-17 (interleukin 17), jež má prozánětlivé vlastnosti. Druhým způsobem, jakým regulují množství IL-17, je interakcí s lymfocyty, které tuto molekulu produkují (Biasucci G. a kol. 2010). Pro správný vývoj imunitního systému je také důležitý poměr bakterií kmenů Firmicutes a Bacteroidetes. V průběhu prvního týdne po porodu by měli tyto kmeny být v poměru 1:1. Po porodu císařským řezem však výrazně převažují zástupci kmene Firmicutes. Ti interagují s buňkami imunitního systému, které iniciují imunitní odpověď a často tak může docházet k tvorbě zánětu. Naopak při vyváženém poměru zástupci Bacteroidetes interagují s regulatorními T-lymfocyty a napomáhají tak udržovat homeostázu ve střevním traktu (Brumbaugh D. E. a kol. 2016). Další změnou v mikrobiomu oproti dětem narozeným přirozeným způsobem je snížený počet bifidobakterií a naopak zvýšený počet Clostridium difficile a Clostridium perfringens. Ke kolonizaci klostridiemi dochází zejména v nemocničním prostředí. Nejčastěji bývají izolovány z rukou nemocničních pracovníků a také z prostředí novorozenecké jednotky intenzivní péče (Penders J. a kol. 2006). Při srovnání mikrobiomu dětí narozených v nemocnici a v domácím prostředí, mají ty z nemocnice vyšší zastoupení právě těchto bakterií (van Nimwegen F. A. a kol. 2011). Právě klostridie jsou často označovány za původce ekzémů a astmatu (Musilová Š. a kol. 2015). Nejčastějším důsledkem špatně vyvinutého imunitního systému v důsledku porodu císařským řezem jsou alergie, a to zejména potravinové alergie. U takto 25

26 narozených dětí je až třikrát větší riziko vzniku potravinové alergie. Navíc pokud alergií trpí i jeden z rodičů, je toto riziko vyšší až desetkrát (Papathoma E. a kol. 2016) Nízká porodní váha Dalším neméně důležitým faktorem bakteriální kolonizace dětského střevního traktu je také porodní váha dítěte. Děti s porodní váhou do g jsou označovány jako děti s velmi nízkou porodní váhou, pod g pak s extrémně nízkou porodní váhou. Tyto děti bývají často narozeny císařským řezem, jehož problematika již byla zmíněna, a bývají téměř vždy ihned po porodu umístěny na novorozeneckou jednotku intenzivní péče (Dutta S. a kol. 2014). Z těchto důvodů dochází i k úplně odlišné kolonizaci GIT. Dítě po dlouhou dobu nepřichází do styku se svou matkou a je tak po několik prvních dní až týdnů vystaveno pouze nemocničnímu prostředí. Má tedy již od narození mnohem menší diverzitu střevního mikrobiomu. V průběhu prvního týdne po narození patří mezi nejpočetnější střevní bakterie řada oportunních patogenů, jako jsou například Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae a Enterococcus faecalis. a k osidlování rody Bifidobacterium a Lactobacillus začíná docházet až po prvních sedmi až deseti dnech (Dutta S. a kol. 2014). Děti narozené s nízkou porodní váhou nemají zcela vyvinutou střevní sliznici, tedy ani s ní spojenou imunitu. V důsledku toho dochází k nesprávné kolonizaci střeva vedoucí nejčastěji k intolerancím a alergiím na potraviny a také zánětlivým onemocněním (Unger S. a kol. 2014). Nízká porodní váha však není sama o sobě až tak velkým problémem, jako je předčasný porod. Většina dětí narozených v termínu má optimální váhu a tedy tato problematika se týká převážně dětí narozených předčasně. Nedostatečně vyvinutá pokožka nedokáže účinně bránit proti vniknutí patogenů do organismu, a pokud není ještě dostatečně vyvinutý imunitní systém, dochází často k nevratnému poškození organismu. Nejčastěji k tomuto jevu dochází ovlivněním střevního mikrobiomu, který je v raném stádiu života nejcitlivější (Groer M. W. a kol. 2015) Předčasný porod Jako předčasný porod je označován takový, který proběhl dříve než v 37. týdnu těhotenství. Může být zapříčiněn řadou faktorů, jako je například vysoký krevní tlak, 26

27 stres, diabetes a také je častým případem při porodu dvojčat, či trojčat. Avšak nejčastější příčinou bývá zpravidla infekce. Nemusí se však jednat o infekci přímo v urogenitálním traktu. Předčasný porod má také velmi častou spojitost s periodontálními infekcemi. Jelikož patogenní bakterie v ústní dutině pronikají při infekci do krve, mohou být přeneseny do placenty a plodu, kde působí komplikace (Vinturache A. E. a kol. 2016). Předčasně narozené děti ještě nemají zcela vyvinutou většinu orgánových soustav a musí proto být ihned po porodu umístěny na novorozeneckou jednotku intenzivní péče, kde ve většině případů užívají antibiotika, což opět vede k dysbióze střevního traktu (Groer M. W. a kol. 2015). Také se při předčasném porodu často přistupuje k císařskému řezu. Z tohoto důvodu, jak již bylo zmíněno, dochází k opožděné kolonizaci střevního traktu bakteriemi rodu Lactobacillus, Bifidobacterium a Bacteroides (Patel A. a kol. 2016) Bakteriální kolonizace předčasně narozených dětí Mezi první bakterie kolonizující GIT předčasně narozených dětí patří převážně fakultativně anaerobní zástupci z čeledí Enterobacteriaceae a Enterococcaceae, menší zastoupení má pak rod Staphylococcus (Cong X. a kol. 2016). Avšak jejich počet zdaleka nedostačuje na to, aby spotřebovali přítomný kyslík stejnou rychlostí jako laktobacily u dětí narozených v termínu a přirozeně. Tím je kolonizace striktně anaerobních druhů opožděna. Je také pozorována častá zvýšená četnost potenciálních patogenů, jako Klebsiella pneumoniae nebo Clostridium difficile (Arboleya S. a kol. 2012). Největší rozdíl oproti dětem narozeným v termínu můžeme spatřit u rodu Bifidobacterium, které jsou často detekovatelné až po prvních dvou týdnech života. Pro organismus jsou důležité zejména s hlediska metabolismu oligosacharidů a schopnosti jejich fermentace na kyselinu octovou. Nejdůležitějším zdrojem bifidobakterií je bez pochyby mateřské mléko, avšak děti na novorozeneckých jednotkách intenzivní péče nejsou kojeny hned po narození, tak dochází k opožděné kolonizaci těmito bakteriemi. (Butel M. J. a kol. 2007). Zástupci rodu Staphylococcus byly identifikovány téměř u 100 % předčasně narozených dětí s poměrně vysokou denzitou ( CFU/g) a jejich výskyt v prvním týdnu života není nijak ovlivněn způsobem výživy (Cossey V. a kol. 2014). Oproti dětem narozeným v termínu je u předčasně narozených dětí mnohem vyšší 27

28 zastoupení bakterií čeledi Enterobacteriaceae a jejich počet se začíná snižovat až přibližně kolem třetího měsíce života. Nejznámější bakterií této čeledi je Escherichia coli, jež hraje důležitou roli jako symbiont střevního traktu. Zároveň je však oportunním patogenem, stejně tak jako většina bakterií této čeledě, a při průniku skrz střevní epitel do krve a vážně ohrožuje zdraví dítěte. K těmto případů dochází poměrně často, jelikož předčasně narozené děti nemají ještě zcela vyvinutou imunitu střevní sliznice a patogeny se tak snáze dostanou do krve (Arboleya S. a kol. 2015). Mezi oportunně patogenní bakterie řadíme i zástupce rodu Bacteroides, které jsou jinak důležitými symbionty ve střevním traktu. U dětí narozených v termínu jsou tyto bakterie detekovatelné přibližně kolem desátého dne po porodu. Mají důležitou funkci při degradaci organických molekul a také při vývoji imunity střevní sliznice. U předčasně narozených dětí je však jejich počet výrazně snížen a tento stav přetrvává i do pozdějšího věku (Arboleya S. a kol. 2015) Vliv prostředí na mikrobiom předčasně narozených dětí Bakteriální kolonizace předčasně narozených dětí také závisí na hygienických podmínkách nemocnice. Výše uvedené informace se shodují s výzkumy prováděnými v moderně zařízených nemocnicích. Avšak v jiných podmínkách může bakteriální kolonizace dětského střeva probíhat poněkud odlišně. Itani a kol. provedli výzkum v libanonské nemocnici a zjistili, že dominantními mikroorganismy v průběhu prvního týdne po porodu jsou bakterie rodu Staphylococcus. Docházelo také k opožděné kolonizaci čeleděmi Enterobacteriaceae a Enterococcaceae. Překvapivý byl poměrně vysoký počet zástupců rodu Bifidobacterium oproti ostatním anaerobům. To však bylo patrně způsobeno faktem, že většina dětí byla kojena a mateřské mléko je bohaté na bifidobakterie. Důležité bylo také zjištění přítomnosti Faecalibacterium prausnitzii, která má protizánětlivou funkci a je hlavní složkou obranného mechanismu proti vzniku NEC a jejíž nedostatečná přítomnost ve střevě je častou příčinou vzniku Crohnovy choroby (Itani T. a kol. 2017). Nejčastěji se vyskytujícím onemocněním u předčasně narozených dětí je právě NEC. Jedná se o zánětlivé onemocnění střevního traktu a je také nejčastější příčinou úmrtí předčasně narozených dětí. I když se jedná o krátkodobé onemocnění, patří k těm nejzávažnějším. Avšak předčasný porod má vliv také na dlouhodobá onemocnění jako jsou diabetes 1. typu, Crohnova choroba, různé typy alergií, či poruchy autistického spektra (Itani T. a kol. 2017). 28

29 7. Užívání antibiotik dítětem i matkou po porodu Užívání antibiotik je jednou z příčin dysbiózy střevního mikrobiomu nejen u dětí. Antibiotika působí i na mikrobiom dospělých, avšak zde je již střevní mikrobiom zcela vyvinutý a tím pádem jej nepoškozují tak, jako je tomu u novorozenců. Nejkritičtějším obdobím při vývoji střevního mikrobiomu je první měsíc po porodu. Během této doby dochází k masivní kolonizaci dětského GIT mikroorganismy a je proto důležité, aby tento proces byl narušen co možná nejméně. Užívání antibiotik je tak v tomto období považováno za rozhodující faktor ovlivňující vývoj imunitního systému (Tanaka S. a kol. 2009). Novorozencům jsou antibiotika předepisována především z preventivních důvodů jako ochrana proti vzniku zánětlivých onemocnění. Nejčastěji proti vzniku NEC a septikémii způsobenou streptokoky skupiny B (Bedford R. A. a Murch S. 2006). Nejvíce užívaná bývají zpravidla širokospektrá antibiotika, která nerozlišují potenciální patogeny od prospěšných bakterií a dochází tak k redukci celkového spektra mikroorganismů. Po ukončení léčby jsou tak nově kolonizujícími bakteriemi převážně potenciální patogeny. Mezi nejpočetnější patří zástupci čeledě Enterococcaceae, jelikož většina těchto bakterií je rezistentní k β-laktamovým antibiotikům, jež jsou nejčastěji podávaná širokospektrá antibiotika (Tanaka S. a kol. 2009). K narušení střevního mikrobiomu dítěte přispívá také užívání antibiotik matky po porodu. Tyto látky snadno prostupují do mateřského mléka a narušují tak i jeho přirozený mikrobiom. Také v mateřském mléce setrvávají a při kojení jsou tak novorozenci vystaveni vyšší dávce těchto léčiv (Rutten N. B. M. M. a kol. 2015) Vliv antibiotické léčby na bakteriální kolonizaci Největší redukci prospěšných bakterií můžeme pozorovat u rodu Bifidobacterium a Lactobacillus. Jejich kolonizace bývá opožděna často až o několik dní či týdnů a jejich počet také roste mnohem pomaleji. Pokud ale nejsou nadále užívána další antibiotika, jejich četnost se dá srovnávat (s případy bez léčby) přibližně koncem druhého měsíce života (Corvaglia L. a kol. 2016). Redukcí celkového počtu bakterií je také snížena exprese mikrobiálních genů důležitých pro tvorbu imunity střevní sliznice a bariéry proti patogenům. Po ukončení léčby antibiotiky je také značně snížená metabolická aktivita bakterií v GIT. Problém představuje hlavně změna metabolismu mastných a žlučových kyselin často vedoucí 29

30 k zažívacím problémům či průjmům. V takových případech je v GIT výrazně zvýšená četnost Clostridium difficile, Clostridium perfringens a Staphylococcus aureus, tedy potenciálních patogenů zodpovídajících za tyto zdravotní potíže. Právě ke C. difficile je po ukončení léčby střevní sliznice nejnáchylnější. Dále je také značně snížen počet bakterií rodu Bacteroides. Avšak k jejich opětovnému nárůstu pomáhá druh kvasinek Saccharomyces boulardii. Tato nepatogenní kvasinka napomáhá při nápravě střevního mikrobiomu do původního stavu (Faa G. a kol. 2013). Různé druhy antibiotik mají různý vliv na střevní mikrobiom. Všechna sice snižují celkový počet bakterií, ale rozdílně působí na mikrobiální diverzitu. Záleží na typu antibiotika, zda jsou více či méně zaměřena na určitou skupinu bakterií. Například streptomycin narozdíl od vankomycinu mikrobiální diverzitu neredukuje a působí na všechny bakterie v GIT stejně účinně (Russel S. L. a kol. 2012) Složení mikrobiomu při antibiotické léčbě Je také důležité určit správnou dobu léčby. Čím déle jsou antibiotika užívána, tím větší mají vliv na složení střevního mikrobiomu (Hu Y. a kol. 2017). Při užívání antibiotik po dobu pouze 2-3 dnů po porodu, lze po dvou týdnech pozorovat vyšší bakteriální diverzitu než u dětí, které jsou léčeny 7 10 dní. Po ukončení léčby lze pozorovat mírně zvýšený počet zástupců kmene Proteobacteria a Actinobacteria (Dardas M. a kol. 2014). Z kmene Proteobacteria lze pozorovat převážně zvýšenou četnost čeledi Enterobacteriaceae, jejichž vyšší počet byl zaznamenán u případů NEC, ale také řady nozokomiálních infekcí. Většina zástupců je rezistentní k širokospektrálním β-laktamovým a aminoglykosidovým antibiotikům (Greenwood C. a kol. 2014). Z čeledi Enterobacteriaceae je častým izolátem z GIT dětí postižených NEC Enterobacter sakazakii. Ten je také častým původcem meningitidy, mezi jejímiž následky může být mentální retardace, kvadruplegie nebo hydrocefalus. Tento mikroorganismus je často izolován z prostředí novorozeneckých jednotek intenzivní péče. Nalezen byl především na vybavení sloužícímu k přípravě jídla (mixéry, kartáče na čištění lahví) a také v instantní umělé výživě, ve které dokáže přežít v perzistentním stavu až 2,5 roku (Hunter C. J. a kol. 2008). Široce rozšířenými nemocemi, jejichž původ lze spojovat s dysbiózou střevního mikrobiomu způsobenou antibiotiky, jsou alergie, atopický ekzém a obezita. Ty 30

31 se vyskytují, u dětí převážně ve vyspělých zemích (Russel S. L. a kol. 2012). Tato onemocnění se ve většině případů nevyskytují v raném věku. První symptomy se objevují přibližně kolem šestého až sedmého roku života, ale mají zcela jasnou spojitost s užíváním antibiotik v novorozeneckém období (Foliaki S. a kol. 2009, Verhulst S. L. a kol. 2008). Se zvýšením intenzity antibiotické léčby vzrůstá také problém s rezistencí bakterií na tato antibiotika. Na ampicilin je dnes rezistentních přibližně 75 % kmenů čeledi Enterobacteriaceae. Z toho 59 % kmenů Escherichia coli a 41 % Klebsiella pneumoniae. Tyto hodnoty jsou celosvětovým průměrem a liší se v závislosti na lokaci. Ve vyspělých zemích tvoří rezistentní kmeny E. coli až 89,7 % a K. pneumoniae 94,8 %. Nejméně těchto rezistentních kmenů bylo objeveno na novorozeneckých jednotkách intenzivní péče a to díky přísným hygienickým kontrolám (Duman M. a kol. 2005) Vliv antibiotik na orální mikrobiom Antibiotická léčba neovlivňuje pouze mikrobiom střevní, ale také orální, jehož nejdůležitější vývoj probíhá v období těsně po porodu. Mezi první mikroorganismy, které kolonizují ústní dutinu, patří bakterie rodu Streptococcus. Interagují se sliznicí ústní dutiny a produkují zde extracelulární polymery obsahující sacharózu, které slouží jako základ pro biofilm ostatních bakterií. Mezi další významné symbionty ústní dutiny patří bakterie čeledi Gemellaceae a řádu Lactobacillales. Jak již bylo řečeno, antibiotika užívaná při porodu jsou zaměřena především na streptokoky, tedy snižují počet těchto bakterií v ústní dutině dítěte krátce po porodu. Jelikož laktobacily patří do stejné čeledě jako streptokoky, mají antibiotika poměrně velký účinek i na ně. Dochází tak opět k opožděné kolonizaci těmito bakteriemi a s nimi i ostatních druhů. Dominantní se tak stávají zástupci kmene Proteobacteria, jejichž nadměrné množství je častou příčinou zdravotních problémů (Gomez-Arango L. F. a kol. 2017). 31

32 8. Výživa Na vývoji střevního mikrobiomu má bezpochyby také způsob výživy. Rozdíly ve složení střevního mikrobiomu lze pozorovat mezi dětmi, jež jsou od narození kojeny a těmi, jimž je podávána umělá výživa. Mateřské mléko je zdrojem nejen mnoha prospěšných bakterií, především bifidobakterií, ale také všechny potřebné živiny a buňky imunitního systému, které jsou velmi důležité pro správný vývoj imunity dítěte (Morelli L. a kol. 2008). Kojení je důležité taky z hlediska psychologie, kdy si dítě vybuduje důvěrnější vztah k matce. A právě i psychický stav může mít a má vliv na vývoj střevního mikrobiomu. Převážně při zvýšené hladině stresu je skrze hormonální soustavu ovlivňováno mikrobiální složení GIT a může vést k zažívacím potížím, či při dlouhodobějším stavu až k chronickému onemocnění (Zijlmans M. A. C. a kol. 2015) Mateřské mléko Mateřské mléko je nepochybně zdrojem všech důležitých látek, které jsou nezbytné pro správný vývoj novorozenců. Kromě tedy všech potřebných živin, se jedná zejména o tělu prospěšné bakterie (Liu Z. a kol. 2016). Mikrobiom mateřského mléka se také liší od jakéhokoli jiného lidského mikrobiomu. Obsahuje více než 700 bakteriálních druhů a tyto mikroorganismy nepochází pouze z jednoho místa. Většina z nich sice pochází ze střevního traktu, ale zdrojem je také i ústní dutina (Cabrera-Rubio R. a kol. 2012). Bakterie gastrointestinálního traktu jsou pohlcovány lymfoidními buňkami a přenášeny krví do mléčných žláz, kde jsou zpětně uvolněny. Tento způsob přenosu potvrzuje studium přenosu značených bakterií ze střevního traktu do mléčných žláz u hlodavců, ale také zjištěné zvýšené množství lymfoidních buněk obsahující bakterie v mléčných žlázách (Walker W. A. a Shuba I. R. 2014). Průměrná četnost mikroorganismů v mateřském mléce je odhadována na 10 9 buněk na litr mléka, ale tato hodnota bývá individuální a závisí na řadě faktorů. Denně dítě vypije přibližně 800 ml mléka, což odpovídá zhruba počtu bakteriálních buněk (Fernández L. a kol. 2013). Počet bakterií v mléčných žlázách se v průběhu těhotenství mění. Jejich počet začíná narůstat počátkem třetího trimetru a maximálních hodnot dosahuje v období porodu a bezprostředně po něm. V průběhu kojení se jejich počet neustále mírně snižuje 32

33 až do doby, kdy kojení ustane. Tehdy se v mléčných žlázách nachází jen minimální počet bakterií (Fernádez L. a kol. 2013). Mateřské mléko je bezpochyby jedním ze stavebních kamenů správného vývoje střevního mikrobiomu a dětské imunity. Jeho mikrobiální složení je však ovlivněno řadou faktorů, jako například antibiotická léčba, způsob porodu či obezita matky (Fitzstevens J. L. a kol. 2016) Mikrobiom mateřského mléka Mikrobiální základ mateřského mléka tvoří rody Bifidobacterium, Lactobacillus, Staphylococcus, Propionibacterium, Streptococcus a Enterococcus. Nejvyšší zastoupení z těchto rodů mají rody Streptococcus a Staphylococcus. Jako jediné dva rody byly dominantní ve všech studiích, nezávisle na geografické lokalitě. Také jako jediné převažovaly nezávisle na způsobu analýzy vzorku (kultivačně závislé nebo nezávislé metody) (Fitzstevens, J. L. a kol. 2016). Mikrobiom mateřského mléka podporuje vyváženou proliferaci mikroorganismů, jejichž funkcí je omezení nadměrné imunitní odpovědi Th2 lymfocytů a jejich vyvážení s imunitní odpovědí Th1 lymfocytů. Také napomáhá aktivaci T-regulatorních (T-reg) buněk, za což jsou zodpovědné zejména bakterie rodů Bacteroides, Lactobacillus a Bifidobacterium. Tento proces probíhá fermentací oligosacharidů na kyseliny a produkci krátkých mastných kyselin, jež aktivují receptory na povrchu T-reg buněk. Ty následně spustí expresi genů, které zajišťují těsné spojení buněk střevního epitelu a tím snižují riziko vzniku zánětu (Walker W. A. a Shuba I. R. 2014). Důležitou složkou mateřského mléka, jež má vliv na vývoj mikrobiální diverzity, jsou specifické oligosacharidy. Některé z nich jsou sice pro lidský organismus nestravitelné, ale slouží jako substrát pro komenzální bakterie, především podporují růst bifidobakterií. Také slouží jako ochranná bariéra proti patogenním bakteriím a chrání tak střevní sliznici před vznikem infekčních onemocnění (Rautava S. 2016). Mateřské mléko chrání před patogenními bakteriemi také pomocí defensinů (antibakteriální peptidy) a fosfatidylinositol glykanu A (piga), jež jsou také jedním z činitelů při vývoji imunitního systému a jejichž množství v organismu ovlivňuje složení střevního mikrobiomu (Walker W. A. a Shuba I. R. 2014). Důležitou antibakteriální funkci má také mateřské mléko v ústní dutině. Slinné žlázy novorozenců obsahují velké množství xantinu a hypoxantinu (purinové báze), 33