Bakterijų organizme yra tiek, kiek ląstelių, jų genetinės medžiagos yra maždaug 150 kartų daugiau negu organizmo genomo. Naujausi tyrimai rodo, kad mikroorganizmai dalyvauja formuojant ir palaikant fiziologinius procesus.

Mityba, genai ir hormonai daro įtaką žarnyno mikrobiotos pokyčiams. Lytiniai hormonai – progesteronas, estradiolis ir testosteronas taip pat dalyvauja mikroorganizmų ir jų šeimininkų sąveikoje, turi didelę įtaką reprodukcijai, ląstelių diferenciacijai, proliferacijai, apoptozei, uždegimui, medžiagų apykaitai, homeostazei ir smegenų funkcijoms. Komensalinės bakterijos gali gaminti ir išskirti hormonus, o jų tarpusavio sąveika gali paveikti organizmo medžiagų apykaitą, imuninę sistemą.

Mikrobiota veikia kiekvieną reprodukcijos etapą, įskaitant folikulų ir kiaušialąsčių brendimą, apvaisinimą, embriono migraciją, implantaciją ir visą vaikingumą. Žarnyno mikrobiotos pakitimai daro specifinį poveikį reprodukcinei endokrininei sistemai, mikrobiotos korekcija gali pagerinti reprodukcinius rezultatus. Tyrimai rodo, kad yra specifinis ryšys tarp žarnyno mikrobiotos ir hormonų kiekio serume, kuris gali paveikti organizmo homeostazę.

Lytinių hormonų kiekis yra susijęs su žarnyno mikrobiota, o ši sąvoka vadinama mikrogenderoma. Šią sritį vis daugiau tiria žmonių medicina, tačiau ir veterinarijoje nemažai dėmesio skiriama vertinant mikrobiotos svarbą bendram organizmo sveikatingumui ar konkrečioms organų sistemoms.

Bakterijoms nustatyti – naujesnės technologijos

Reprodukcinių organų mikrobiotos tyrimai vis labiau domina mokslininkus. Ši organų sistema buvo mažiau ištirta, palyginti su kitomis kūno sritimis, pavyzdžiui, virškinamuoju traktu. Tačiau didelio našumo sekoskaita patvirtina, kad žinduolių lytiniuose takuose gyvena specifinės bakterijų bendrijos, o tai įrodo, kad gimdos aplinka gali būti nesterili. Nors tyrimams naudojami nuo kultūrų priklausomų metodų rezultatai riboti ir ne visada tikslūs, naujesnės sekoskaitos technologijos leidžia išsamiau nustatyti bakterijas.

Nepaisant to, tik keli tyrimai apibūdina sveikų patelių gimdos ir makšties mikrobiotą, ypač lyginant abu šiuos to paties gyvūno organus. Nustatyti normalią reprodukcinio trakto mikrobiotą gali būti sudėtinga dėl įvairių veiksnių, tokių kaip mėginių ėmimo vieta, lytinio ciklo fazė, amžius, mityba, sisteminės ligos, antimikrobinių vaistų vartojimas, sezonas ir geografinė padėtis.

Daugumai mikrobiotos tyrimų naudojama 16S rRNR seka – tai metagenominis tyrimas, naudojamas bakterijų mikrobiomų analizei.

16S rRNR yra ribosomų komponentas, esantis bakterijose ir archėjose, ir vaidina svarbų vaidmenį baltymų sintezėje. Jo sekos struktūra yra panaši įvairiose bakterijose, tačiau turi ir specifinių variacijų, leidžiančių mokslininkams identifikuoti ir klasifikuoti mikroorganizmus pagal genetinį kodą. Iš mėginio, gauto iš bet kokios aplinkos, išskiriama visos mikrobiomos DNR, kuri apima visų mikroorganizmų genetinę medžiagą. Naudojant specifinius pradmenis, amplifikuojama 16S rRNR geno dalis, gautos sekos sekvenuojamos ir analizuojamos bioinformaciniais įrankiais, siekiant nustatyti bakterijų rūšis, jų gausumą mėginyje ir sukurti mikrobiomos profilį.

Mikrobiotos įtaka reprodukcinei sveikatai

Karvių makšties ekosistemoje egzistuoja įvairūs aerobinių fakultatyvinių, anaerobinių ir griežtai anaerobinių mikroorganizmų tipai. Nustatant makšties mikrobiotos sudėtį galima geriau suprasti karvių reprodukcinės sistemos būklę ir parengti veiksmingas terapines priemones bendram organizmo sveikatingumui gerinti.

Yra duomenų, kad karvių reprodukcinio trakto mikrobiotos populiacijos skiriasi per liuteininę ir folikulinę fazę, pavyzdžiui, gali dominuoti E. coli, Aerococcus vaginalis, Aerococcus viridans, Haemophilus somnus, Streptococcus pluranimalium, Sphingomonas roseiflava, Psychrobacter marincola ir Lactobacillus spp.

Pastebėta, kad pieninio tipo telyčių makšties mikrobiotoje abiejų fazių metu daugiausia buvo aptikta Tenericutes, Firmicutes ir Bacteroidetes mikrobiotos filų, kurių santykinis gausumas siekė 75 procentus. Tačiau Lactobacillus genties bakterijų santykinis gausumas per visą lytinį ciklą buvo nedidelis. Taip pat buvo pastebėti Fusobacterium, Tenericutes ir Verrucomicrobia skirtumai tarp užtrūkusių ir neužtrūkusių karvių. Reprodukcinio trakto ruoša veršiavimuisi sumažina mikrobiotos įvairovę per visą liuteininę fazę.

Mikrobiotos įvairovė karvių gimdoje gali reikšmingai paveikti jų sveikatą. Tyrimai, atliekami įvairiose lytinio ciklo fazėse, leidžia išanalizuoti esamą mikrobiotą reprodukciniame trakte, o tai gali padėti kurti tikslingus probiotikus ir pritaikyti naujus terapinius preparatus infekcijoms gydyti per visą reprodukcinį ciklą. Be to, makšties pusiausvyros atkūrimas gali sumažinti patogenų dauginimąsi.

Supratimas apie normalią mikrobiotos sudėtį skirtingose lytinio ciklo fazėse gali dar labiau padėti atkurti makšties pusiausvyrą esant įvairioms infekcijoms, tokioms kaip metritas, piometra, endometritas ir kitos. Metagenomikos pažanga leidžia lengviau atskirti mikrobiotos skirtumus įvairiose lytinio ciklo fazėse ir panaudoti makšties probiotinio konsorciumo privalumus.

Reprodukcinio trakto mikrobiotos disbiozė

Daugybė nepalankių veiksnių, susijusių su šiuolaikiniu gyvenimo būdu, industrializacija ir intensyvia gamyba, gali neigiamai paveikti žmonių ir gyvūnų reprodukcinio trakto mikrobiotą. Tai lemia reprodukcinio trakto disbiozę ir poreikį atkurti eubiotinę būklę.

Reprodukcinė disbiozė yra susijusi su įvairiais reprodukciniais sutrikimais ir nevaisingumu. Antibiotikų ir probiotikų vartojimas yra du galimi metodai, skirti kontroliuoti reprodukcinio trakto mikrobiotą. Tyrimai rodo, kad antibiotikai gali būti veiksmingi kovojant su daugeliu infekcinių ligų, tačiau trumpalaikis antibiotikų vartojimas gali turėti neigiamą poveikį patelių vaisingumui. Be to, plačiai naudojami antibiotikai kelia mikrobų atsparumo išsivystymo grėsmę. Dėl šių priežasčių mokslininkai ieško saugesnių ir ekologiškesnių alternatyvų, vieni tokių yra probiotikai.

Probiotikų sąvoka pradėta vartoti kalbant apie gyvus mikroorganizmus, kurie yra naudingi sveikatai. Atsižvelgiant į tai, vis labiau pabrėžiamas galimas probiotikų vaidmuo atkuriant reprodukcinio trakto eubiozę, kartu apribojant antibiotikų vartojimą iki minimalaus lygio.

Tyrimai rodo, kad probiotikų terapija teigiamai veikia ir žmonių, ir gyvūnų reprodukcinę sveikatą. Probiotikai padeda palaikyti eubiotinę būklę reprodukciniame trakte ir gerina vaisingumą dėl savo antimikrobinės, antioksidacinės, nuo uždegimo ir imunomoduliacinės veiklos.

Probiotikai gali palaikyti ir atkurti reprodukcinio trakto eubiozę įvairiais mechanizmais. Nustatyta, kad jie gamina bioaktyvias molekules, turinčias tiesioginį poveikį reprodukcinio trakto mikrobiotai, kadangi šios molekulės veikia kaip antimikrobinės medžiagos. Patogeninių procesų metu mikrobioma gali pereiti į disbiotinę būseną, kurioje padidėja aplinkos pH.

Daugelio probiotikų rūšių apsauginis poveikis priklauso nuo jų gebėjimo gaminti trumpos grandinės riebalų rūgštis, tokias kaip acto, propiono ir pieno rūgštys. Rūgštis gaminančių mikrobų dominavimas gimdos ir makšties mikrobiomoje padeda išlaikyti rūgštinę aplinką, veiksmingai saugančią nuo patogeninių mikroorganizmų.

Kai kurios probiotinės rūšys ne tik mažina aplinkos pH, bet ir gamina oksidacines molekules – vandenilio peroksidą, taip pat bakteriocinus (peptidinius toksinus). Tiek vandenilio peroksidas, tiek bakteriocinai pasižymi ryškiu antimikrobiniu aktyvumu nuo patogenų. Be to, probiotikai gali pagerinti imuninį atsaką ir sumažinti reprodukcinio trakto uždegimus. Pavyzdžiui, probiotikų vartojimas mažina endometriumo pažeidimų skaičių, pagerina epitelio ląstelių barjerinę funkciją, padidina natūralių ląstelių žudikių aktyvumą ir interleukino-12 kiekį.

Kai kurios probiotikų rūšys pasižymi antioksidaciniu aktyvumu, kurį gali lemti keli mechanizmai:

• gebėjimas chelatuoti metalų jonus, ypač Fe2+ ir Cu2+;
• antioksidantų fermentų, tokių kaip Fe- arba Mn-superoksido dismutazė ir katalazė, sintezė;
• metabolitų, tokių kaip glutationas, butiratas ir folatas, gamyba;
• antioksidacinių signalizacijos kelių kontrolė;
• fermentų, gaminančių reaktyviąsias deguonies rūšis, tokių kaip NADPH oksidazės kompleksas, reguliavimas.

Probiotinės mikrobų rūšys turi atitikti tam tikrus kriterijus, kad būtų pripažintos saugiomis sveikatai ir veiksmingomis profilaktinėms ir terapinėms intervencijoms.

Šiuos kriterijus sudaro:

• hemolizinis aktyvumas,
• atsparumas antibiotikams,
• alerginės ir uždegiminės reakcijos bei funkcinės savybės (tolerancija rūgštims, tulžies druskų ir lizocimų poveikis; išgyvenamumas virškinamajame trakte; antagonistinis veiksmingumas nuo patogenų; hidrofobiškumas; autoagregacijos ir koagregacijos gebėjimai; bioplėvelių susidarymas).

Prieš pripažįstant bet kurį mikroorganizmą, kaip potencialų probiotiką, būtina ištirti aktyvių antimikrobinių medžiagų biosintezę.

Probiotikų poveikis mikrobiotai

Funkcinės probiotikų savybės yra labai svarbios, siekiant užtikrinti efektyvią jų terapiją. Tolerancija rūgštims, tulžies druskų ir lizocimų poveikis bei virškinamojo trakto išgyvenamumas yra susiję su šių mikroorganizmų gebėjimu išgyventi virškinimo sistemoje ir patekti į kitas tikslines kūno vietas, pavyzdžiui, reprodukcinius organus. Todėl šios savybės yra itin svarbios, kai probiotikai vartojami oraliai, siekiant užtikrinti jų patekimą į kitas veikimo vietas, suteikti vietinį ir tiesioginį poveikį tikslinėms organų sistemoms.

Etimologiškai terminas „probiotikas“ sudarytas iš dviejų dalių: lotyniško prielinksnio „pro“, reiškiančio „už“ arba „palaikymas“, ir graikiško būdvardžio „biotic“, reiškiančio „gyvybė“. Taigi, kartu jie reiškia „palaikyti gyvybę“.

Atsižvelgiant į tai, kad mikrobiota turi didelę reikšmę reprodukcinei sveikatai ir su ja susijusioms ligoms, nenuostabu, kad probiotikų naudojimas, kuris gali paveikti mikrobiotą, tampa perspektyvia gydymo strategija. Probiotikai gali keisti mikrobų sudėtį ir aktyvumą, tiesiogiai reguliuodami šeimininko mikrobiotos balansą. Be to, probiotikai ir pakitusi mikrobiota daro įtaką organizmo metabolizmui ir sveikatai.

Probiotikai gali pagerinti reprodukcinę funkciją, reguliuodami metabolizmą, nes medžiagų apykaita yra susijusi su reprodukcine funkcija. Be to, probiotikai ir jų gaminamos molekulės skatina epitelio barjero funkciją, o membranos vientisumas yra būtinas sėkmingam blastocistų vystymuisi ir amniono, choriono ir placentos formavimuisi. Todėl jie gali paveikti įvairias membranų struktūras, susijusias su dauginimosi procesais.

Ūkinių gyvūnų sveikatingumas, reprodukcijos ir produktyvumo gerinimas, galimybė atsisakyti antibiotikų yra esminiai iššūkiai. Atsižvelgiant į šiuos aspektus, buvo ištirta daugybė probiotinių mikrobų rūšių, skirtų reprodukcinėms ligoms gydyti ir sveikų ūkio gyvūnų produktyvumui gerinti. Pavyzdžiui, atrajotojų rujos sinchronizacija apima daugelį protokolų, dažnai priklausančių nuo intravaginalinių progesterono implantų. Daugeliu atvejų nustatyta, kad šių implantų naudojimas sukelia histologinius ir citologinius pokyčius, tokius kaip hiperplazija, hipertrofija, kraujavimas ir perivaskulinė infiltracija, taip pat fagocitų skaičiaus padidėjimą ir aktyvumą. Šie pokyčiai gali sukelti uždegiminius procesus, nenormalias makšties išskyras, kurie daro neigiamą poveikį vėlesniam vaisingumui.

Atvedimas ir užsitęsusi gimdos involiucija gali sukelti daugybę reprodukcinių infekcinių ligų, daugiausia dėl medžiagų apykaitos sutrikimų ir padidėjusių uždegiminių reakcijų. Dėl to gydymas probiotikais gali būti naudingas siekiant pagerinti ūkinių gyvūnų sveikatą ir reprodukcinę būklę po atvedimo.

Mikrobiota nuolat kinta ir priklauso nuo mitybos, fizinio krūvio, vaistų vartojimo ir yra svarbi organizmo homeostazei bei reprodukcinei sveikatai. Lytiniai hormonai taip pat turi įtakos mikrobiotai, o ši gali turėti įtakos reprodukcijai reikalingų hormonų kiekiui. Tyrimai parodė, kad probiotikų vartojimas gali atkurti sveiką reprodukcinės sistemos mikrobiotos būklę, sumažinti uždegimą ir pagerinti vaisingumą. Kadangi probiotikai gali būti veiksminga priemonė reprodukcijos sutrikimams gydyti ir gyvūnų sveikatingumui gerinti mažinant antibiotikų vartojimą, ateityje reikia atlikti daugiau mikrobiotos poveikio reprodukcinei sveikatai tyrimų ir ieškoti naujų probiotikų, kurie padėtų gydyti reprodukcinius sutrikimus.

***

Mikrobioma – tai visų mikroorganizmų (grybų, bakterijų, virusų) ir jų genų visuma. Mikrobiota – tai mikroorganizmai, esantys konkrečioje aplinkoje. Šis terminas dažnai vartojamas apibūdinti žmonių mikroorganizmus, gyvenančius tam tikroje organizmo vietoje, pavyzdžiui, odoje, virškinamajame trakte arba ant jų. Jie saugo nuo patogenų, padeda vystytis imuninei sistemai ir virškinti maistą. Mikroorganizmų grupės yra dinamiškos ir keičiasi reaguodamos į įvairius aplinkos veiksnius, pavyzdžiui, fizinį krūvį, mitybą, vaistus ir kitus dirgiklius. Kadangi mikrobiota yra pagrindinė organizmo sąsaja su aplinka, šie mikrobai gali įvairiai veikti sveikatą.

***

Bakterijų mikrobiomų analizei naudojama 16S rRNR technika remiasi 16S ribosominės ribonukleino rūgšties (rRNR) sekos nustatymu. Profiliavimas naudojant 16S rRNR genus yra paprastas ir ekonomiškas metodas mikrobiomos taksonominei sudėčiai nustatyti, tačiau jo taksonominė skiriamoji geba yra ribota dėl geno išsaugojimo ir amplikono produkto ilgio. 16S rRNR genas nesuteikia informacijos apie mikrobų funkcinį pajėgumą, nors ir yra priemonių, kuriomis bandoma jį įvertinti. Pavyzdžiui, pradmenų pasirinkimas amplifikavimo metu arba intronų buvimas gali turėti didelę įtaką mikrobiomos apibūdinimui.

Nepaisant to, kad reikia atlikti PGR amplifikavimo etapą, 16S rRNR sekų profiliavimas paprastai yra pigesnis ir naudoja mažiau sekvenuotų skaitmenų, palyginti su šaudykliniu (angl. shot-gun sequencing) metagenominiu sekvenavimu. Amplifikuotos sekos sujungiamos ir identifikuojamos naudojant operacinio taksonominio vieneto (OTV) klasterizavimą arba naujesnes metodikas, tokias kaip amplikonų sekos varianto (ASV) identifikavimas, kurios pašalina žemos kokybės skaitymus ir sekos artefaktus, siekiant įvertinti tikslumą.