Pseudomonadota: bakteria 'jahat' dalam usus yang sihat

Satu generasi buku teks memanggilnya Proteobacteria. Kemudian namanya berubah, dan bakteria yang sama itu kini Pseudomonadota. Tiada apa-apa tentang organismanya yang berpindah — tetapi penamaan semula itu alasan yang baik untuk melihat apa yang, pada fikiran saya, salah satu idea paling berguna dalam sains usus. Ini bukan kumpulan yang boleh anda asingkan kepada baik atau jahat. Ini kumpulan yang anda baca sebagai satu paras. Berapa banyak yang anda bawa memberitahu jauh lebih banyak daripada hakikat bahawa anda membawanya langsung.

Apa itu, dalam satu ayat

Pseudomonadota ialah filum yang sangat besar bagi bakteria Gram negatif — salah satu cabang paling luas pada pokok keluarga bakteria — yang ahlinya termasuk Escherichia coli, Salmonella, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Neisseria, Haemophilus, dan rizobia pengikat nitrogen yang hidup dalam akar kacang buncis dan kacang pis.

Ingatlah betapa kasarnya pangkat itu. Filum bukan famili dan langsung bukan spesies. Dua bakteria yang difailkan di bawah filum yang sama boleh mencari makan dengan cara yang sama sekali berbeza, di tempat yang sama sekali berbeza. Satu fakta itu sahaja meleraikan kebanyakan apa yang anda baca tentang kumpulan ini dalam talian.

Kenapa namanya berubah

Selama berdekad-dekad "Proteobacteria" digunakan di mana-mana dan tidak pernah diterbitkan secara sah di bawah Kod Tatanama Prokariot Antarabangsa — kod itu memang tidak meliputi pangkat filum. Sebaik Jawatankuasa Antarabangsa Sistematik Prokariot mengundi untuk memasukkan pangkat itu, nama-nama itu terpaksa dibina semula atas satu genus jenis. Oren dan Garrity menerbitkan perihalan rasmi bagi 42 filum untuk memberikan namanya kedudukan yang sah, dan yang ini, yang dibina atas genus Pseudomonas, menjadi Pseudomonadota ¹.

Peringatannya, disebut terus terang: itu urusan simpan kira, bukan biologi. Tiada satu pun sifat bakteria ini yang berubah. Kedua-dua nama merujuk kepada organisma yang sama, dan anda akan bertemu kedua-duanya dalam kepustakaan selama bertahun-tahun lagi.

Di mana ia hidup dalam tubuh

Di mana-mana anda ada permukaan yang basah, ada kemungkinan sebahagian filum ini berada di atasnya. Tinjauan Projek Mikrobiom Manusia terhadap orang dewasa yang sihat membuat hujah umum bahawa orang yang sihat pun berbeza dengan ketara sesama sendiri dari segi mikrob yang menduduki usus, kulit dan habitat lain — tiada satu komuniti normal yang boleh anda jadikan perbandingan ⁹.

Dalam usus besar orang dewasa yang sihat, filum ini hadir tetapi kecil. Itulah pemerhatian permulaan ulasan Trends in Biotechnology pada 2015 oleh Shin, Whon dan Bae: flora usus manusia yang semula jadi biasanya hanya mengandunginya dalam kadar yang kecil ². Untuk memberi rasa skala, satu kohort kolonoskopi yang diterbitkan dalam Hepatology pada 2023 mengukurnya pada lapisan usus itu sendiri dan menemuinya sehingga 8 % pada kumpulan kawalan yang sihat, sehingga 11 % pada orang yang menghidap kolangitis sklerosing primer, dan sehingga 19 % pada mereka yang telah menerima pemindahan hati ⁴. Anggaplah itu bacaan biopsi satu kohort, bukan julat rujukan — kelimpahan relatif beralih mengikut tapak pensampelan dan kaedah penjujukan.

Pada lidah pula duduk Neisseria dan Haemophilus ⁵. Dan pada hari-hari pertama selepas lahir, sebelum kolon menjadi tempat tanpa udara seperti yang akan berterusan sepanjang hayat anda, anaerob fakultatif seperti Enterobacteriaceae biasanya yang memegang kuasa ¹⁰.

Apa yang ia lakukan untuk kita

Ia mengikat nitrogen. Rizobia — ahli Alphaproteobacteria dan Betaproteobacteria — hidup sebagai bakteria bebas dalam tanah, kemudian menjangkiti akar kekacang dan bertukar menjadi bakteroid pengikat nitrogen, menarik nitrogen daripada udara ke dalam bentuk yang boleh digunakan tumbuhan ⁶. Itu kimia yang menjadi sandaran seluruh rantai makanan, dan ia milik filum ini.

Ia membantu menetapkan tekanan darah anda. Nitrat daripada sayuran ditelan, dirembeskan semula ke dalam air liur, dan diturunkan menjadi nitrit oleh bakteria penurun nitrat di belakang lidah. Ulasan dalam IJMS menamakan Veillonella, Actinomyces, Haemophilus dan Neisseria sebagai penurun yang paling banyak — hanya dua yang terakhir itu tergolong dalam filum ini. Nitrit kemudian memberi makan laluan nitrat–nitrit–nitrik oksida, dan ulasan yang sama mencatatkan bahawa ubat kumur klorheksidin dan pembersihan lidah boleh menumpulkan kesan penurunan tekanan darah itu ⁵. Peringatannya penting di sini: itu ulasan tentang perkaitan, bukan ujian klinikal yang menyuruh anda berhenti menggunakan ubat kumur yang dipreskripsikan doktor gigi anda.

Ia mungkin menyerahkan usus bayi baru lahir. Penjelasan yang standard tentang kenapa bayi beralih daripada anaerob fakultatif kepada Bifidobacterium ialah bahawa pengkoloni awal menghabiskan oksigen yang tinggal dalam kolon lalu menjadikannya boleh didiami anaerob ketat. Satu makalah mSystems pada 2022 membina model metabolik dan mendapati bahawa perbezaan oksigen dalam kolon sahaja sudah boleh menghasilkan semula variasi yang dilihat antara bayi ¹⁰. Jelaskan apa itu: satu model pengiraan yang menguji sama ada sesuatu hipotesis itu kukuh, bukan kajian klinikal.

Apa yang ia lakukan terhadap kita

Filum yang sama membekalkan bahagian yang menakjubkan besarnya daripada organisma yang memasukkan orang ke hospital — walaupun nama yang paling terkenal dalam senarai lama itu sudah senyap-senyap meninggalkannya. Helicobacter pylori diajar selama berdekad-dekad sebagai proteobakteria, tetapi cabang epsilon tempat ia duduk telah dinaikkan menjadi filumnya sendiri: NCBI Taxonomy memfailkan Helicobacter di bawah Campylobacterota, bukan Pseudomonadota. Meta-analisis yang meletakkannya pada anggaran 4.4 bilion orang di seluruh dunia pada 2015, dengan prevalens terkumpul berjulat daripada 70.1 % di Afrika hingga 24.4 % di Oceania, oleh itu ialah ukuran bagi filum sebelah ⁷. Berbaloi disebut dengan kuat, kerana kebanyakan halaman tentang kumpulan ini masih mengiranya sekali.

Dan dalam anggaran beban global 2019 yang diterbitkan dalam The Lancet, dianggarkan ada 4.95 juta kematian yang berkaitan dengan rintangan antimikrob bakteria dan 1.27 juta yang boleh dikaitkan dengannya secara langsung. Antara enam patogen utama bagi kematian berkaitan rintangan, empat — Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii dan Pseudomonas aeruginosa — ialah Pseudomonadota ⁸. Itu anggaran bermodel dengan selang ketidakpastian yang luas, dan para penulis menyatakannya dengan jelas.

Mekanismenya: oksigenlah puncanya

Inilah bahagian yang berbaloi diingat. Shin dan rakan-rakan mencadangkan bahawa prevalens filum ini yang meningkat ialah tandatangan diagnostik berpotensi bagi disbiosis dan risiko penyakit ². Litvak dan rakan-rakan kemudian menghuraikan mekanismenya: lapisan kolon yang sihat bersifat hipoksik, dan itu mengekalkan lumen usus tanpa oksigen serta menyebelahi anaerob obligat. Keradangan atau satu kursus antibiotik menaikkan pengoksigenan pada lapisan itu, dan anaerob fakultatif filum ini — yang boleh merespirasikan oksigen sedangkan jirannya tidak boleh — berkembang mekar atas perbezaan itu ³.

Itu dakwaan yang boleh diuji, dan ia memang telah diuji. Dalam satu kajian mBio pada 2021, kolitis yang diaruh secara kimia (natrium dekstran sulfat) pada tikus menyebabkan kehilangan hipoksia epitelium dan pengembangan E. coli yang bergantung pada respirasi; asid 5-aminosalisilik memulihkan hipoksia itu dan menumpulkan pengembangan tersebut — tetapi tidak pada tikus yang lapisan ususnya tiada reseptor PPAR-γ yang menjadi sasaran ubat itu ¹¹. Tikus, dan sejenis ubat kolitis ulseratif yang sedia ada. Ia menunjukkan mekanisme itu nyata dalam model tersebut. Ia bukan sebab untuk sesiapa mengambil mesalamin bagi membentuk semula mikrobiom.

Apa yang ini tidak bermaksud

Jika sesuatu ujian usus pengguna menyerahkan kepada anda peratusan Pseudomonadota yang meningkat, itu bukan satu diagnosis. Tiada ambang yang tervalidasi memisahkan yang sihat daripada yang tidak sihat, angka itu bergerak mengikut kaedah pensampelan, dan — jika mekanisme oksigen itu betul — perkembangan mekar itu duduk di hilir lapisan usus yang terganggu, bukan di hulunya ³. Bacaan itu penggera asap, bukan kebakarannya.

Ringkasan yang jujur ialah yang paling kurang dramatik. Filum ini memberi makan tanaman, menghasilkan nitrit dalam mulut anda, menyediakan kolon bayi baru lahir, dan juga membekalkan sebahagian patogen paling berbahaya yang ditangani perubatan. Kehadirannya normal. Garis arah alirannya yang membawa maklumat — dan soalan yang berguna sentiasa apa yang berlaku kepada lapisan usus sehingga membenarkan parasnya naik.