Akkermansia Muciniphila: İnsan Sağlığındaki Kritik Rolünden İnsan Bağırsak Mikrobiyomunda Bolluğunu Teşvik Etme Stratejilerine

ÖZET

Bireylerin bağırsak mukoza tabakasında kolonize olan Akkermansia muciniphila, in vitro ve in vivo araştırmalardan elde edilen biyolojik avantajları nedeniyle yeni nesil probiyotikler için umut verici bir aday olarak kabul edilmiştir. Bu makale bilim insanlarına, mühendislere ve hatta genel nüfusa değerli ve kritik bilgiler sunması gereken yayınlanmış hakemli makaleleri kullanarak A. muciniphila’nın konakçı fizyolojisindeki işlevi ve sıklıkla kullanılan beslenme açısından onun özelliklerini kapsamlı bir şekilde gözden geçirmiştir. A. muciniphila, konakçı fizyolojisini gösteren önemli bir bakteridir. Bununla birlikte, çeşitli klinik ortamlardaki onun fizyolojik avantajlarından dolayı aynı zamanda mükkemmel bir probiyotik olma potansiyeline de sahiptir. Sonuç olarak, bağırsak mikrobiyotasının biyolojik aktiviteleri, bağırsak disbiyoz/eubiosis ve çeşitli genetik ve beslenme faktörlerinden etkilenen bağırsak ortamındaki A. muciniphila popülasyonu arasında tutarlı ve doğrudan bir ilişki olduğu söylenebilir. A muciniphila’nın yeni nesil bir probiyotik olarak kapsamlı bir şekilde kullanılabilmesi için mevcut düzenleyici engeller, büyük ölçekli klinik deneylere duyulan ihtiyaç ve üretimin fizibilitesi ortadan kaldırılmalıdır. 

Giriş

İnsan bağırsağında sayısız mikroorganizma vardır (Tsuji vd. 2018), bu mikroorganizmalar yaş, antibiyotik kullanımı, erken beslenme, diyet bileşenleri, yaşam tarzı vb. faktörlerden etkilenir (Cukrowska 2018). Bağırsak mikrobiyotası ile insan sağlığı arasında önemli bir ilişki olduğu kanıtlanmıştır (Jayachandran vd. 2020). Bağırsak mikrobiyotası; konakçı metabolizmasında, bağışıklık fonksiyonunda ve bağırsak-beyin ekseninin düzenlenmesinde kilit rol oynamaktadır (Foster ve Neufeld 2013). Bağırsak mikroorganizmalarının benzersiz işlevlerinden bazıları; çeşitli enzimlerin, vitaminlerin, amino asitlerin sentezi ve safra biyotransformasyonunu içermesidir (Wang vd. 2019). Ayrıca bağırsak mikrobiyotası dirençli nişasta, büyük polisakkaritler, pektin, selüloz, hemiselüloz, şekerler ve alkoller gibi sindirilemeyen çeşitli diyet bileşenlerinin sindirilmesinde rol oynamaktadır (Kumar vd. 2020; Prem vd. 2010). 

Akkermansia muciniphila, insan dışkı örneklerinden izole edilen mikroorganizmalardan biridir (Zhang vd. 2019). Verrucomicrobia filumunun önemli bir cinsidir. A. muciniphila ince bağırsağın epitel kriptlerinde ve mukus tabakasında bulunan müsin parçalayıcı, gram negatif, anaerobik, hareketsiz ve oval şekilli bir bakteridir (van Passel vd. 2011). Toplam bağırsak mikrobiyotası içindeki oranı yaklaşık %3–5 oranındadır; ayrıca müsin parçalayıcı bir ajandır, yani büyüme için gerekli karbon, nitrojen ve enerji kaynağı olarak müsini kullanmaktadır (Everard vd. 2013). Bu nedenle A. muciniphila, müsin sindirimi için gerekli enzimleri üretebilir, bu da onu bağırsak lümeni ile konakçı hücreler arasındaki mukozal arayüzde anahtar bir organizma yapar ve bunun insanlarda çeşitli sağlık yararları olduğu düşünülmektedir. Aslında bu bakteri, müsin üreten goblet hücreleri için enerji kaynakları (örneğin, kısa zincirli yağ asitleri) sağladığı ve dolayısıyla mukus yenilenmesini uyardığı için mukus kalınlığını ve bağırsak bariyer bütünlüğünü koruyabilmektedir (Cani ve de Vos 2017). A. muciniphila’nın diğer bazı hayati rolleri, olası metabolitlerin üretimi, diğer tehlikeli bakterilerin düzenlenmesi ve bağışıklığın dengelenmesidir (Zhang vd. 2019). Son zamanlarda yapılan araştırmalarda obezite, (Everard vd. 2013), tip 2 diyabet (Anhê vd. 2015), inflamatuar bağırsak hastalığı (IBD) (Derrien vd. 2011), kolorektal kanser (Byrd ve Bresalier 2004) ve otizm (Wang vd. 2011) gibi birçok hastalıkta A. muciniphila bolluğunun azaldığı bulunmuştur. Ayrıca yetersiz veya aşırı A. muciniphila miktarının dengesiz bağırsak ortakyaşarlarının kireçlenmede; kondroitin sülfatın terapötik değerini tehlikeye atabileceği ve hatta A. muciniphila’nın önemli bir klinik önemine işaret ederek şiddetini artırabileceği gösterilmiştir (Cheng ve Xie 2021). Önceki derleme çalışmaları daha çok A. muciniphila fizyolojisinin yapısını ve fizyolojisini tartışmaya odaklanmıştır, ancak sağlık ve hastalıktaki biyolojik rolüne ilişkin daha az tutarlı çalışma bilimsel literatürde bulunmuştur. Bu nedenle bu derlemede A. muciniphila’nın insan sağlığındaki rolünü ve bazı hastalıkların önlenmesindeki etkilerini, ayrıca yüksek yağlı diyet ve alkol tüketimini, prebiyotik alımını, gıda katkı maddeleri ve ilaçları, oruç tutma gibi bazı faktörlerin etkisini araştırmayı amaçladık. İnsan bağırsak mikrobiyomunda A. muciniphila bolluğunu Tablo 1’de gösterdik.

A.muciniphila’nın enerji ve metabolizma homeostazının kurulmasındaki rolü

Araştırmalar, enerji modülasyonu ve metabolik homeostazda bağırsak mikrobiyotasının önemli rolünü keşfetmiştir (Heiss ve Olofsson 2018; Homayouni vd. 2020). Bir çalışmada, sağlıklı gönüllülerde ilk kez A. muciniphila uygulamasının glikoz toleransı ve vücut ağırlığı artışı üzerindeki sağlık yararları gösterilmiştir (Zhao vd. 2017). Beş hafta boyunca ağızdan verilen 2 x 10⁸ CFU/gün  A. muciniphila tarafından diyetle beslenen kemirgenler azalmış yağlanma, gelişmiş glukoz toleransı ve düşük dereceli inflamasyon sergilemişlerdir. A. muciniphila takviyesi sonrasında karaciğerde ve kaslarda yağ asidi sentezinin ve taşınmasının azalması, insülin sinyallerinin artan aktivasyonuna atfedilmiştir (Samuel ve Shulman 2016). Ayrıca A. muciniphila, α-tokoferol gibi anti-inflamatuar ajanları artırarak ve lipopolisakkarit bağlayıcı proteini azaltarak düşük dereceli inflamasyonu iyileştirmiştir (Zhao vd. 2017). Bununla birlikte A. muciniphila takviyesi insülin direnci, yağ kütlesi artışı ve metabolik endotoksemi dahil olmak üzere yüksek yağla uyarılan metabolik bozukluğu modifiye etmiştir (Everard vd. 2013; Rad vd. 2020). Normalleştirilmiş bağırsak bariyerinin bütünlüğü ile ilgili temel mekanizma, obezitenin özelliği olan yağ dokusu metabolizmasındaki değişime katılan dolaşımdaki lipopolisakkaritleri engellemektedir (Homayouni vd. 2021; Muccioli vd. 2010). A. muciniphila’nın uygulanmasından sonra iyileştirilmiş bağırsak 2-oleoilgliserol (2-OG) seviyeleri, bağırsak L hücrelerinden glukagon benzeri peptitlerin oluşumunu teşvik etmektedeir (Hansen vd. 2011). Bu glukagon benzeri peptitlerin bariyer fonksiyonunu, glukoz homeostazını ve epitel hücre proliferasyonunu düzenlediği daha önce gösterilmiştir (Cani vd. 2009). Enflamasyonu, bağırsak bariyerini ve bağırsak peptitlerinin salgılanmasını kontrol etmek için gerekli olan endokannabinoidlerin kolon seviyeleri de artmıştır. Depommier ve arkadaşları; A. muciniphila’nın (canlı ve pastörize edilmiş) iki formunun bağırsak kompozisyonu, bariyer fonksiyonu ve metabolik parametreler üzerindeki etkilerini araştırmak için obez kişilerde ilk randomize, çift kör, plasebo kontrollü çalışmayı gerçekleştirmişlerdir (Depommier vd. 2019). Pastörize A. muciniphila (10¹⁰ CFU/gün) ile obez/fazla kilolu kişilerin trimester tedavisinin metabolik faktörleri teşvik etme performansının canlı A. muciniphila formuna benzer olması dikkate değerdir. Örneğin pastörize edilmiş A. muciniphila, beyaz kan hücrelerindeki artışı önemli ölçüde değiştirmiş ve tip 2 diyabetin oluşumunu açıkça öngören insülin duyarlılık indeksini %30 oranında önemli ölçüde artırmıştır. Ayrıca pastörize edilmiş A. muciniphila, lipid ve glukoz metabolizmasındaki olumsuz değişikliklerle ilişkili olan alanin transaminaz ve aspartat aminotransferazın önemli ölçüde yüksek seviyelerini ortadan kaldırmıştır (Depommier vd. 2019). Bu faktörlerin hiçbiri, canlı A. muciniphila’nın uygulanmasıyla önemli ölçüde düzelmemiştir. Pastörize A. muciniphila’nın kesin mekanizmasını netleştirmek için daha fazla araştırma gereklidir (Şekil 1).

Şekil 1. Konakçı fizyolojisi için Akkermansia muciniphila’nın faydaları.

Akkermansia muciniphila’nın insan bağırsağında etki mekanizması

Vücuttaki epitel yüzeylerini kaplayan viskoz salgı tabakası olan mukus, bakteri içermeyen bir iç tabaka ve kommensal bakterilerle daha kalın bir dış tabakadan oluşmaktadır (Bansil vd. 1995; Johansson vd. 2008).  Patojenik mikroorganizmaların kimyasal, fiziksel veya enzimatik hasarlarına karşı alttaki epitel için koruyucu bir difüzyon bariyeri oluşturur. Su, tuzlar, immünoglobulinler, proteinler ve müsini içermektedir. Goblet hücreleri adı verilen özel epitel hücreleri tarafından salgılanır (Bansil vd. 1995). Mukusta en bol bulunan bileşen, mukus salgılarında bulunan bir grup glikoprotein olan müsindir. Müsin, oligosakkaritler tarafından donatılmış ve N veya O-glikosidik bağlarla bağlanmış ve sialik asitler veya sülfat grupları ile sonlandırılmış treonin ve serin kalıntıları bakımından zengin bir peptit çekirdeğinden oluşmaktadır (Derrien vd. 2004). Bazı bakteriler, diğer bakteriler için metabolitler üreten müsinlerin oligosakkarit zincirlerini parçalamak için gerekli enzimatik olanaklara sahiptir. Besinsel olarak bağımsız bu bakterilerden biri A. muciniphila’dır. A. muciniphila müsin parçalayıcı enzimler üretebilmekte ve çapraz besleme yoluyla organizmanın kendisi veya bağırsak mikrobiyotasının diğer üyeleri için bir nitrojen ve karbon kaynağı olarak müsinleri kullanabilmektedir (Kosciow ve Deppenmeier 2020). Epitelin mukus tabakasında bu maddeleri A. muciniphila propiyonik ve asetik aside ayrıştırır (Huang vd. 2015; Ottman vd. 2017; Ottman vd. 2016) ve müsin fermantasyonu yoluyla sülfatı serbest bırakır (Xu vd. 2020). Bu maddelerin metabolizma ve bağışıklıkta kritik rolleri vardır. Örneğin propiyonik asit, G proteinine bağlı reseptör 43 (Gpr43) aracılığıyla konakçı üzerinde etki gösterirken, diğer kısa zincirli yağ asitleri Gpr41 yoluyla etki etmekte ve böylece immünomodülatör etkileri başarmak için bir dizi aşağı akış yolu değişikliğine öncülük etmektedir (Le Poul vd. 2003; Maslowski vd. 2009). Bağırsak müsin glikan yapılarının çeşitliliği ve karmaşıklığı nedeniyle, farklı enzimlerin (özellikle glikozit hidrolazlar (GH), proteazlar ve sülfatazlar) işbirlikçi ve ardışık çalışması verimli degradasyon için çok önemlidir. Bağırsak müsin tipi O-glikan zincirleri içinde ana şekerler fukoz, galaktoz, N-asetilgalaktozamin (GalNAc), nöraminik asit ve N-asetil glukozamindir (GlcNAc), bunlar değişen derecelerde polimerizasyona sahip çok dallı zincirler üreterek farklı tipte glikosidik bağlarla bağlanır. Bu nedenle, zorunlu müsin indirgeyen GH ailesi üyeleri, nöraminidazlar (GH33), fukosidazlar (GH29 ve Gh95), β-N-asetilglukozaminidazlar (GH84, Gh85), β-galaktosidazlar (GH2, GH20, Gh42) ve endo-β-1-4-galaktosidazlar (GH98)’dir (Crost vd. 2016; Kosciow ve Deppenmeier 2020). 

Daha önceki çalışmalarda, β-galaktosidazların bazısı A. muciniphila’dan ekstrakte edilmiş ve onlar spesifik hedef galaktozid bağları ile belirlenmiştir. Bu bakterinin tam müsin degradasyon mekanizmaları henüz netlik kazanmamış olsa da, son araştırmalarda Amuc-0771, Amuc-0824 ve Amuc-1666 adlı yeni β-galaktosidazları, A. muciniphila’nın kolonik habitatının müsinlerinde yaygın olan spesifik galaktosidik bağlantılarına yakınlıklarıyla keşfedilmiş (Kosciow ve Deppenmeier 2020) ve bu çalışmalar, bu bakterinin tüm etki mekanizmaları aydınlatılana kadar sürdürülmüştür. Bağırsak mikrobiyomu ve beslenme kaynakları üzerindeki çevresel faktör modülasyonuna ilaveten, A. muciniphila tarafından hücre dışı müsin degradasyon yeteneği, trofik etkileşimler yoluyla bağırsak topluluğu türlerine çoğalma faydaları sağlayabilir (Belzer vd. 2017; Zhang vd. 2018). İnsan kolon ortamını taklit eden bir in vitro deneyde, A. muciniphila en yüksek konsantrasyon enine kolon olmak üzere enine ve inen kolonda tespit edilmiştir. Çıkan kolonun mikrobiyota popülasyonunda tespit edilmemiştir (Kemperman vd. 2013; Van den Abbeele vd. 2010); bununla birlikte, 16S rRNA gen analizi ve insan dışkısı zenginleştirme kültürlerinde, organizmanın insan bağırsak sisteminde, özellikle en yüksek miktarda müsinin üretildiği çekumda, müsin kullanan mikroorganizmaların ortak ve yaygın bir üyesi olduğu  gösterilmiştir (Kosciow ve Deppenmeier 2020).

A.muciniphila’nın sağlıklı insanlarda yaşla yakın bir ilişkisi gösterilmiştir. Onun kolonizasyonu erken çocukluk döneminde başlamakta ve yılda 5.0 ile 8.8 log hücre/g arasında değişen yetişkinlere benzer bir düzeye ulaşmaktadır, ancak yaşlılarda azalmaktadır (Wang vd. 2011; Xu vd. 2020). Canlı A. muciniphila ile günlük ağızdan takviyenin farelerde bağırsak bariyer fonksiyonu üzerindeki etkisi araştırılmıştır.  Amuc-1100 olarak adlandırılan, bakterilerin dış zarında bulunan spesifik bir proteinin pilli oluşumunda rol oynadığı kanıtlanmıştır (Cani ve de Vos 2017). Ayrıca o; bakteri ve toll benzeri reseptör-2 (TLR2) arasındaki etkileşimde rol oynayabilmektedir (Ottman vd. 2017). TLR’ler homeostazı ve konakçı metabolizmasını modüle eden bir protein grubudur (Cani ve de Vos 2017; Ottman vd. 2017; Plovier vd. 2017). Böylece Amuc-1100, TLR2 üzerinde etki ederek uygun sıkı bağlantı ekspresyonunu restore ederek ve metabolik endotoksemiyi azaltarak bağırsak bariyeri işlevini eski haline getirmektedir (Cani ve de Vos 2017; Everard vd. 2013). Bu deneyde ayrıca bu bakterinin kullanımının etkisinin inülin ve oligofruktoz gibi prebiyotiklerin etkisi olduğu kadar gıda alım davranışını etkilemediğinden de bahsedilmiştir (Cani ve de Vos 2017). Bir makalede, canlı A. muciniphila’nın endojen biyoaktif lipidlerin üretiminin artmasına yol açtığından bahsedilmiştir. Bu lipidler antiinflamatuar etkilere sahiptir ve sırasıyla glukagon benzeri peptitler 1 ve 2 (GLP-1 ve GLP-2) glukoz regülasyonu ve bağırsak bariyerinde yer alan bağırsak peptitlerinin endojen üretimini düzenlemektedir (Cani vd. 2016) (Şekil 2).

Şekil 2. Mikrobiyomda Akkermansia muciniphila’nın probiyotik müdahaleler için hedef olabilecek üç temel işlevi.

Hastalıklarda Akkermansia muciniphila

Gastrointestinal bozukluklar

İltihaplı bağırsak hastalıkları

IBD, ülseratif kolit ve Crohn hastalığından oluşan bir grup kronik immün aracılı gastrointestinal bozukluğu ifade etmektedir. Hastalığın insidansının son on yılda arttığı bildirilmektedir (Alexander vd. 2021; Ebrahimzadeh vd. 2022). Bağırsak iltihabı ishal, kanama, ağrı, aciliyet ve yorgunluk gibi semptomlara yol açmaktadır (Lores vd. 2021). Şu anda IBD’nin patogenezi, genetik olarak yatkın bireylerde normal kommensal bakterilere karşı uygun olmayan ve devam eden bir bağışıklık tepkisi olarak kabul edilmektedir (Kang vd. 2013). Bağırsak mikrobiyotası, bağışıklık sistemi tepkilerini tetikleyen ve dolayısıyla inflamasyonu indükleyen bir antijen kaynağı gibi görünmektedir (Slack vd. 2009). Birçok çalışmada, bu inflamatuar süreçlerde onların rolleri olup olmadığını araştırmak için farklı mikrobiyomlar incelenmiştir. Onlardan bazıları A. muciniphila’nın rollerini değerlendirmektedir. A. muciniphila gibi müsin parçalayıcı mikroorganizmalar, nekrotizan tümör faktörü-alfa (TNF-a), interferon-gama (INF-y), interlökin-10 (IL-10) ve IL-4 gibi sinyaller yoluyla konakçı bağışıklık sistemini düzenleyebilmektedirler (Derrien vd. 2011). Bağırsak mikrobiyota bileşiminin düzensizliği olan disbiyoz, mikrobiyal ürünlerin ve proinflamatuar faktörlerin yer değiştirmesi yoluyla bağırsak bariyeri disfonksiyonu ve bağırsak homeostazının bozulması ile ilişkilendirilebilir (Ouyang vd. 2020; Vinolo vd. 2011). Ayrıca A. muciniphila, konakçı bağışıklık düzenlemesine katılmakta ve bağırsak epitel hücrelerinin bütünlüğünü ve mukus tabakasının kalınlığını arttırmakta, böylece bağırsak sağlığını istila eden toksinleri inhibe edebilmektedir (Reunanen vd. 2015). A. muciniphila’nın bolluğu, sağlıklı kişilere kıyasla IBD hastalarının bağırsaklarında önemli ölçüde azalmıştır (Kang vd. 2013). 80 sağlıklı kontrol (HC), ülseratif kolitli (UC) 43 hasta ve Crohn hastalığı (CD) olan 57 hastayı içeren Çinli gönüllülerden oluşan bir kohort çalışması kaydedilmiştir. Sonuçlar, sağlıklı kişilere kıyasla ülseratif kolit ve Crohn hastalığına sahip bireylerde önemli ölçüde daha düşük A. muciniphila bolluğunu ve kolonizasyonunu göstermiştir (Tablo 1) (Zhang vd. 2020). 

Kolorektal kanser

Kolorektal kanser (CRC), Amerika Birleşik Devletleri’nde hem erkeklerde hem de kadınlarda kanser ölümlerinin üçüncü en yaygın nedenidir. Tüm vakaların ve ölümlerin yaklaşık yarısı sigara içmek, sağlıksız beslenme, alkolizm, fiziksel hareketsizlik ve obezite gibi değiştirilebilir risk faktörleriyle ilgilidir (Rad vd. 2021; Siegel vd. 2020). Günümüzde bağırsak mikrobiyotası ve kolorektal kanser gelişimi arasındaki ilişki birçok araştırmada kanıtlanmıştır (Fang vd. 2021). Örneğin Weir ve arkadaşları tarafından yapılan bir çalışmada, müsin parçalayıcı bakteri A. muciniphila’nın sağlıklı kontrollere kıyasla kolon kanseri hastalarının dışkısında önemli ölçüde daha fazla oranda bulunduğu gösterilmiştir (Weir vd. 2013). Bildirildiğine göre, iki tip müsin, müsin 1 (Muc1) ve Muc5AC, kolon kanserlerinde aşırı eksprese edilmekte, bu da CRC hastalarında A. muciniphila popülasyonlarında gözlenen artışların artan substrat mevcudiyetine bağlı olabileceğini düşündürmektedir. Müsin 2 (Muc2) ekspresyonu genellikle kolorektal adenokarsinomda azalmasına rağmen müsinöz karsinomlarda korunur bu da A. muciniphila’nın CRC’deki rolü hakkında daha fazla araştırmaya yol açmaktadır (Byrd ve Bresalier 2004). Müsinler kanser hücresi büyümesini, çoğalmasını, hayatta kalmasını ve bağışıklıktan kurtulmasını artırarak tümör biyolojisinde önemli bir rol oynamaktadırlar (Amini vd. 2016; Homayouni vd. 2021). Onlar fizikokimyasal bir bariyer ve kanser hücreleri için dış hasara karşı koruyucu bir kalkan sağlamaktadırlar (Meng vd. 2020). CRC’de Muc2’nin  aşırı ekspresyonunun tümör hücrelerinin, CRC gelişimine katkıda bulunan anti-tümör immün efektör molekülleri tarafından tanınmaktan kaçınmasına yardımcı olduğu bildirilmiştir (Mall vd. 2007). Bu nedenle müsin tükenmesi, tümör hücrelerini kritik bir koruyucu mekanizmadan mahrum edebilir. A. muciniphila, proteolitik enzimi aracılığıyla Muc2 seviyesini düzenleyebilmektedir (Shin vd. 2019).  Çalışmalarda, A. muciniphila’dan türetilen rekombinant protein Amuc_1434’ün Muc 2’yi parçalayabildiği gösterilmiştir (Meng vd. 2020). Meng ve Zhang tarafından yapılan bir çalışmada, ana amaç Muc 2 eksprese eden kolorektal kanser hücrelerinde Amuc_1434’ün LS174T üzerindeki etkilerini araştırmaktı. Bu çalışmanın sonuçları, Amuc_1434’ün Muc 2’yi parçalama yeteneği nedeniyle LS174T hücrelerinin çoğalmasını engellediğini göstermiştir. Ayrıca Amuc_1434, LS174T kolorektal hücrelerin hücre döngüsünün G0/G1 fazını bloke etmiş ve bir antitümör ajanı olan tümör proteini 53’ün (p53) ekspresyonunu yukarı regüle etmiştir. İlaveten Amuc_1434, LS174T kanserli hücrelerin apoptozunu desteklemiş ve Amuc_1434 LS174T hücrelerinin mitokondriyal membran potansiyelini aşağı regüle etmiştir. Bu protein, tümör nekroz faktörü ile ilişkili apoptozu indükleyen ligandı (TRAIL) yukarı regüle ederek LS174T hücre canlılığını bastırmakta ve böylece TRAIL aracılı apoptozu aktive etmektedir (Byrd ve Bresalier 2004; Meng vd. 2020). 

Metabolik Sendromlar

Şeker Hastalığı

Diabetes Mellitus (DM) ve onun temel karakteristliği olan hiperglisemi, pankreas beta hücrelerinden insülin salgılanması eksikliği veya vücut hücrelerinde insüline karşı artan direnç nedeniyle oluşmaktadır (Jayachandran vd. 2020). En yaygın hastalık türü olan Tip 2 DM (T2DM), dünya genelinde prevalansı giderek artan kronik bir metabolik bozukluktur (Roglic 2016). DM’yi kontrol etmek için birkaç tedavi yöntemi vardır, ancak hiçbiri onu kalıcı olarak tedavi edemez. Günümüzde DM’yi tedavi etmenin yeni yollarına yaklaşmak için bazı deneyler yapılmaktadır. 2015 yılında Anhê ve arkadaşları, fareleri cranberry ekstraktı gibi meyve polifenolleri içeren bazı özel diyetlerle beslemiş ve ardından bağırsak mikrobiyota miktarını ve kandaki glikoz seviyesini ölçmüşlerdir. Bu özel diyetin A. muciniphila popülasyonunu arttırdığını ve ayrıca kan şeker seviyesini düşürdüğünü gözlemlemişlerdir (Anhê vd. 2015). Son yıllarda çeşitli kanıtlar çevresel faktörlerin bağırsakta, immün ve inflamatuar yollarda normal bakteri kolonizasyon modelini değiştirdiğini ve böylece otoimmün diyabet geliştirme riskini etkilediğini göstermektedir. 2012 yılında yapılan bir çalışmanın amacı, özellikle Gram pozitif bakterileri hedef alan bir glikopeptid antibiyotik olan vankomisin ile tedavinin, diyabet için fare modelinde bağışıklık homeostazını ve ardından diyabetik semptomların gelişimini etkileyip etkilemediğini araştırmaktı. Günümüzde hijyen hipotezi kavramı, yavaş yavaş disbiyoz kavramına doğru değiştirilmektedir. Aslında, mikrop yokluğundan ziyade disbiyoz, konakçı bağışıklık reaksiyonlarında bir değişikliğe sebep olmakta ve T1DM gibi bazı otoimmün hastalıklara yatkınlık oluşturmaktadır (Reading ve Kasper 2011). Bir grup fare, bebeklik döneminde vankomisin alırken başka bir grup 8 haftalıktan diyabet başlangıcına kadar vankomisin almıştır. Vankomisin tedavisinin etkisini araştırmak için bağırsak immün hücrelerinin akış sitometrisi ve bağırsağın piro-sekanslaması kullanılmıştır (Hansen vd. 2012). Vankomisin tedavisi, Firmicutes ve Bacteroidetes filumlarında önemli bir azalmaya neden olmuş, ancak A. muciniphila’da dikkate değer bir baskınlık oluşmuştur. A. muciniphila’nın parçalayıcı özelliği nedeniyle, bağırsaklarda potansiyel mukus kaybı bağırsaktaki diğer Gram-negatif bakterilerin (örneğin Proteobakteriler) bağırsak bağışıklık hücreleri ile temas etme yeteneğini arttırmış ve diyabet insidansını azalttığı bilinen TLR-4 gibi reseptörleri uyarmıştır (Hansen vd. 2012; Wang vd. 2009; Xu vd. 2020). Zhao ve arkadaşları tarafından yapılan bir deneyde, A. muciniphila uygulamasının vücut ağırlığı ve glukoz intoleransı üzerindeki sağlığa yararlı etkileri, yağlanmayı azaltmıştır. A. muciniphila takviyesinden sonra kas ve karaciğerde yağ asidi sentezi ve taşınmasının gen ekspresyonunun azalması, insülin sinyal aktivasyonunun artmasına neden olmuştur (Zhao vd. 2017). 

Obezite

Obezite, artan prevalansı ile küresel bir sağlık sorunudur. 30 kg m^-2 veya daha büyük bir vücut kitle indeksi (ağırlığın boyun karesine bölünmesi) ile tanımlanmaktadır (Kopelman 2000; Sheykhsaran vd. 2022). Özellikle obezite; şeker hastalığı, yağlı karaciğer hastalığı, koroner kalp hastalığı, belirli kanser türleri ve uyku-solunum bozuklukları ile ilişkilidir ve bu nedenle yaşam kalitesinde ve yaşam beklentisinde düşüşe sebep olmaktadır (Blüher 2019). A. muciniphila’yı izole eden Everard ve arkadaşları tarafından yapılan bir araştırmada, bu bakterinin varlığının kemirgenlerde ve insanlarda vücut ağırlığı ile ters orantılı olduğu gösterilmiştir. Bu çalışma, obez ve tip 2 diyabetik farelerde A. muciniphila bolluğunun azaldığını göstermiştir. Bu çalışma, A. muciniphila’nın bolluğunun, leptin eksikliği olan obez farelerde zayıf yavru olanlara göre 3,300 kat daha düşük olduğunu göstermiştir (Everard vd. 2013). Önceki birçok kanıt, obezite ve eşlik eden bozukluklarla ilişkili olan bağırsağın mikrobiyal bileşiminin enerji dengesini (Cani vd. 2012), bağırsak geçirgenliğini (Muccioli vd. 2010), serum lipopolisakkaritlerini (yani metabolik endotoksemi ve metabolik inflamasyon) (Cani vd. 2007) etkileyerek vücut metabolizmasını etkilediğini göstermektedir. Ayrıca bu deney A. muciniphila uygulamasının; yağ kütlesi kazanımı, metabolik endotoksemi, yağ dokusu iltihabı, insülin direnci ve glukoneogenez dahil olmak üzere yüksek yağlı diyet kaynaklı metabolik bozuklukları tersine çevirdiğini göstermiştir. Aynı zamanda prebiyotik beslenmenin (oligofruktoz) A. muciniphila bolluğunu normalleştirdiği ve bunun da iyileştirilmiş bir metabolik profil ile ilişkili olduğu kanıtlanmıştır (Everard vd. 2011).  A. muciniphila’nın günde 2 x 10⁸ bakteri hücresi dozunda ağızdan verilmesi gıda alımını etkilemeden adiposit metabolizmasına ve bağırsak bariyeri işlevine aracılık eden endokannabinoidleri artırarak farelerde yüksek yağ diyetinin (HFD) neden olduğu obeziteyi tersine çevirebilmektedir (Cani ve de Vos 2017; Dao vd. 2016). Ayrıca Zhao ve arkadaşları da A. muciniphila takviyesinin lipopolisakkarit bağlayıcı proteini azaltarak ve α-tokoferol gibi antiinflamatuar faktörleri artırarak düşük dereceli inflamasyonu azalttığını kanıtlamışlardır (Zhao ve. 2017). 

Sinir sistemi hastalıkları

Otizm

Otizm spektrum bozuklukları (OSB’ler), sosyal etkileşimlerdeki eksikliklerle karakterize nörogelişimsel bozukluklardır (A.P. Association & A.P. Association 2013). Bunlara sınırlı ilgi alanları, aşırı tekrarlayan faaliyetler ve davranışlar, günlük rutin değişikliklere direnç ve belirli durumlara olağandışı tepkiler eşlik etmektedir (Speaks 2011). 2020 yılında 8 yaşındaki çocuklar arasında OSB’nin rapor edilen prevalansı 54’te 1’dir (Maenner vd. 2020) ve artacağı tahmin edilmektedir (Christensen vd. 2018). OSB patogenezinde hem genetik hem de çevresel faktörlerin rol oynadığı görülmektedir ancak mekanizmalar net değildir (Kim ve Leventhal 2015). Nörolojik semptomlara ilaveten etkilenen çocuklar genellikle kabızlık, karın ağrısı ve ağrılı dışkı gibi gastrointestinal rahatsızlıklardan muzdariptir (Chaidez vd. 2014). Bazı çalışmalarda gastrointestinal sorunların otizm şiddeti ile ilişkili olduğu bildirilmektedir (Adams vd. 2011). OSB ve GI sistemi arasındaki ilişki, OSB’de bağırsak mikrobiyotasının potansiyel bir rolünü işaret etmektedir. Bağırsak mikrobiyotası, merkezi sinir sistemini “mikrobiyom-bağırsak-beyin ekseni” aracılığıyla çift yönlü olarak kontrol edebilmekte (Zhang vd. 2015) ve muhtemelen bağışıklık, metabolik, endokrin ve sinirsel yollar aracılığıyla beyin işlevini ve insan davranışını etkilemektedir (Brookes vd. 2013). A. muciniphila gibi bağırsak mikrobiyotası; kısa zincirli yağ asitleri (KZYA’lar), propiyonat ve butirat gibi beyin fonksiyonlarını etkileyen birçok kimyasal üretebilmektedir (De Vadder vd. 2014). Mikrobiyota ve onların son metabolitlerinin bozulması, OSB etiyolojisine katkıda bulunabilecek mitokondriyal metabolik  fonksiyonel bozukluğuna ve immün işlevinin bozulmasına yol açabilir (Hsiao vd. 2013). OSB’li çocuklarda Bifidobacterium spp (De Angelis vd. 2013) ve A.muciniphila (Wang vd. 2011) gibi probiyotikler azalırken Lactobacillus, Desulfovibrio spp ve Clostridium türleri gibi bazı bakterilerin miktarı (Zou vd. 2020) otistik çocuklarda daha fazladır (Abbasi vd. 2021; Tomova vd. 2015). Ayrıca otistik deneklerdeki bakteri türlerinin çeşitliliği kontrollere göre daha fazladır (Luna vd. 2017). A. muciniphila’nın bağırsak bariyerinin sağlığındaki rolüne ilişkin önceki bulgulara göre (Ouyang vd. 2020), OSB’li çocuklarda ve onların kardeşlerinde A. muciniphila’nın daha düşük bolluğu OSB’li çocuklarda kontrol vakalarına kıyasla daha ince bir GI mukus bariyerini gösterebilmektedir. Bu sonuçlar OSB’li çocuklarda bozulmuş bağırsak geçirgenliğinin dolaylı kanıtını sunabilmektedir (de Magistris vd. 2010; Wang vd. 2011). 2010 yılında yapılan bir araştırmada, OSB’de A. muciniphila miktarının azalmasının ondan etkilenen çocuklarda ve onların birinci derece akrabalarında artan bağırsak geçirgenliği ve değişen mukus döngüsü ile bu duruma sebep olabileceği gösterilmiştir (de Magistris vd. 2010).  

Multipl skleroz

Multipl skleroz (MS), merkezi sinir sistemindeki (CNS) periferik immün hücrelerin inflamatuar aktivitelerinin neden olduğu CNS’nin otoimmün inflamatuar bir hastalığıdır (Miller 2018). MS poligenik bir hastalıktır, yani patogenezi hem genetik hem de çevresel faktörlerle bağlantılıdır (Belbasis vd. 2015). Ayrıca kommensal floranın MS patogenezi ile ilgili immün süreçleri modüle ettiği gösterilmiştir. Aslında bazı yeni araştırmalar MS’in komensal mikrobiyomun bağırsak-CNS ekseni üzerindeki etkilerinden etkilendiğini göstermektedir (Kadowaki ve Quintana 2020). Bu bağırsak-CNS eksenine katılan belirli mikroorganizmalar, hücre tipleri ve metabolitler tanımlanmış olmasına rağmen altta yatan mekanizmalar hala bilinmemektedir. Yaklaşık 100 milyar nöron karmaşık CNS devreleri oluşturur ve bunlara verilen hasarın onarılması zordur (Kadowaki ve Quintana 2020; Rothhammer vd. 2018). Sonuçta, potansiyel olarak nörodejenerasyonu tetikleyebilecek inflamatuar yanıtlar sıkı bir şekilde kontrol edilir. Timustaki olgunlaşmadan sonra, CD4+ T hücreleri efektör işlevleri olmayan ‘naif’ T hücreleri olarak sistemik bir şekilde dolaşır. Timusta kendiliğinden tepkimeye giren klonları ortadan kaldırmasına rağmen, olgun T hücre klonları miyelin ve diğer CNS yapılarında bulunan özgül antijenlerine karşı reaktiftir. Profesyonel antijen sunan hücreler (APC’ler) tarafından sunulan antijenler, naif T hücrelerini uyardığında lenfoid dokuların mikro ortamındaki sitokinler ve diğer sinyaller T hücrelerinin çoklu alt kümelere farklılaşmasını teşvik eder (Kadowaki ve Quintana 2020). MS bağlamında, yeniden etkinleştirilmiş T yardımcı tip 1 (Th1)- ve Th17 tipi CNS’ye erişim kazanır ve ardından doku hasarını başlatır (Korn ve Kallies 2017; Quintana 2019). Buna karşılık Foxp3+ veya Tr1 hücreleri gibi düzenleyici T hücreleri (Treg’ler) CNS inflamasyonunu sınırlar (Wu vd. 2011). Böylece miyelin reaktif efektörler ile bağırsak mikrobiyomundan etkilenen Treg’ler arasındaki denge, MS’de CNS lezyon oluşumunu kontrol eder (Apetoh ve ark. 2010; Kadowaki ve Quintana 2020). MS’i etkileyen bağırsak mikrobiyomu ile ilgili birçok çalışma yapılmıştır. Örneğin 43 sağlıklı kontrol ve 60 MS hastasını inceleyen bir çalışmada MS’de Methanobrevibacter ve Akkermansia spp. popülasyonunun arttığını tespit edilmiştir (Jangi vd. 2016). MS için uyumsuz 34 monozigotik ikizi inceleyen başka bir çalışma, sağlıklı ikizlere kıyasla MS ikizlerinde Akkermansia spp bolluğunun arttığını göstermiştir (Berer vd. 2017). İlgili ikinci bir çalışma, MS ikizlerinden fekal mikrobiyota transplantlarının (FMT) dalak CD4+ T hücrelerinde IL-10 üretiminin azalmasıyla birlikte sağlıklı ikizlerden yapılan transplantlara göre daha yüksek spontan deneysel otoimmün beyin omurilik yangısı (EAE) insidansını indüklediğini göstermiştir (Berer vd. 2017). Bu bulgular MS deneklerinde bağırsak mikrobiyomunun bileşenlerinin T hücresine bağlı CNS otoimmünitesini artırdığını göstermektedir (Kadowaki ve Quintana 2020).  Diğer ilgili çalışmalarda, 71 sağlıklı kontrol ve 71 MS hastasından alınan dışkı örnekleri incelenmiştir. Yazarlar, MS’de Akkermansia spp ve Acinetobacter bolluğunda artışlar tespit etmişlerdir (Pröbstel ve Baranzini 2018). Ayrıca, sağlıklı kontrol deneklerinden izole edilen onların emsallerine kıyasla MS hastalarının dışkı örneklerinden alınan bakteri ekstraktları, periferik kan mononükleer hücre (PBMC) kültürlerinde Treg’lerin farklılaşmasını teşvik etme yeteneğinin bozulduğunu göstermiştir (Cekanaviciute vd. 2017). Ek olarak A. muciniphila ve Acinetobacter calcoaceticus’un şahsi kültür özleri, Th1 hücrelerinin farklılaşmasını artırmış ve Treg farklılaşmasını bastırmıştır (Cekanaviciute vd. 2017). Üç farklı kohort çalışmasında, Akkermansia spp MS deneklerinin dışkı örneklerinde bol miktarda bulunmuştur (Berer vd. 2017; Jangi vd. 2016). Liu ve arkadaşları tarafından yapılan bir çalışmada MS ve EAE vakalarının dışkısında miRNA miR-30d düzeylerinin arttığı bildirilmiştir (Liu vd. 2019). Ayrıca miR-30d, bağırsakta A. muciniphila bolluğunu arttırmakta ve bu bakteri, CNS inflamasyonunu baskılayan Treg’lerin genişlemesini ve farklılaşmasını desteklemektedir (Kadowaki ve Quintana 2020; Liu vd. 2019). Buna karşılık, 2020’de yayınlanan sistematik bir derlemede, yazarlar toplam 286 MS ve 296 kontrol katılımcısı içeren on makaleyi gözden geçirmişlerdir. Çalışmaların çoğunda, bağırsak mikrobiyota çeşitliliğinin MS vakaları ve kontroller arasında farklılık göstermediği sonucuna varmışlardır (Mirza vd. 2020). 2021’de yayınlanan bir araştırmada, yazar FMT modelini kullanmış ve A.muciniphila⁺ ve A.muciniphila⁻  SPF C57BL/6 farelerini üretmiştir. EAE’ye maruz bırakıldığında, A.muciniphila⁺ fareleri daha kötü klinik skorlar göstermiştir. EAE indüksiyonundan sonra 15 günde A.muciniphila⁺ farelerinde IL-17A üreten ve GM-CSF üreten CD4+ T hücrelerini infiltre eden omurilikte bir artış gözlemlenmiştir. Ayrıca ileum eksplant kültürü, A.muciniphila⁺ farelerinde artan bir IL-17A üretimi sergilemiştir. Ayrıca, Kovacs’ reaktifi kullanılarak A.muciniphila’nın triptofan kullandığı ve bir aril hidrokarbon reseptörü (AhR) ligandı olan indol ürettiği doğrulanmıştır. AhR aktivasyonunun Th17 farklılaşmasını desteklediği daha önce kanıtlanmıştır (Lin vd. 2021). 

Alzheimer hastalığı

Alzheimer hastalığı (AD) mekanizması, peptit amiloid-β (Aβ) ve nörofibriler yumakların hücre dışına toplanmasıyla bağlantılı olan ileri bir nörodejeneratif hastalıktır. Mikrobiyota-bağırsak-beyin eksenindeki işlev bozuklukları, bağırsak geçirgenliğini artırmakta ve sinir hasarı yoluyla sistemik iltihaplanmaya neden olmakta, nöroinflamasyonu artırmakta, bağışıklığı uyarmakta ve sonunda hastalığa neden olmaktadır (Chen vd. 2017). Bir çalışmada, Morinda Officinalis oligosakkaritlerinin hücre içi Alzheimer hastalığı işaretleyici Aβ1-42’nin ekspresyonunu zıt yönde düzenlediği, beyin dokusunun iltihaplanmasını iyileştirdiği ve nöronal apoptozu azalttığı gösterilmiştir. Morinda Officinalis oligosakkaritlerinin eklenmesi, Lactobacillus ve A. muciniphila bolluğunu anlamlı bir şekilde arttırmıştır. Laktik asit bakterileri γ-GABA üretmekte ve γ-GABA bilişsel işlev üzerinde koruyucu bir aktiviteye sahiptir. A. muciniphila’daki artış, bağırsak bariyer performansını arttırmış ve lipopolisakkarit (LPS) translokasyonu tarafından indüklenen inflamatuar geri beslemeyi inhibe etmiştir (Xin vd. 2018). Genel olarak bağırsak mikrobiyotası ve onlardan türetilmiş biyomolekülleri, bağırsak-beyin ekseni boyunca nöropsikiyatrik bozuklukların ortaya çıkması ve yayılmasında temel bir işleve sahiptir. Mekanizma inflamatuar yolun, bağışıklık sisteminin ve amino asit metabolizmasının aktivasyonunun uyarılmasını içermektedir.

Epilepsi sendromu

Ketojenik diyet, işlevi konakçı mikrobiyotası tarafından önemli ölçüde etkilenen zor tedavi edilen epilepsi için klinik çalışmalarda etkili tedavi stratejilerinden biridir. Hayvan araştırmaları mikrobiyotası olmayan farelerde karaciğer ketogenezinde bozulma olduğunu gösterirken, klinik çalışmalar antibiyotiklerle tedavi edilen epileptik hastaların semptomatik nöbet riskinin arttığını ortaya koymuştur (Crawford vd. 2009; Solcà vd. 2018). Epilepsinin ketojenik diyet tedavisi sırasında Parabacteroides (P. distasonis ve P. merdae) ve A. muciniphila (ortalama bolluk %2.8 ila %36.3) yüksek oranda artmış ve antibiyotik tedavisi olan ve olmayan kemirgenlerde tedavi etkinliğini arttırma yetenekleri doğrulanmıştır. Uygun koruyucu etkileri oluşturmak için keto diyetinde mikrobiyotanın uzun süreli maruz kalma ve devamlı etkileşimi gibi iki faktörün varlığı gerekli olmasına rağmen fizyolojik anti-nöbet etkisi, A. muciniphila’nın birlikte uygulanmasının kesilmesinden 21 gün sonra bile mevcut olabilmektedir (Olson vd. 2018). Dikkat çekici bir şekilde, koruyucu aktivite kontrol fare diyetinde de fark edilebilmektedir, bu da A. muciniphila uygulamasının keto diyetinden bağımsız olarak çalışabileceğini düşündürmektedir. Özellikle, A. muciniphila’nın uygulanması tek başına koruyucu bir etki göstermemiş, bu nedenle her iki bakterinin aynı anda uygulanması gerekliydi. Ayrıca pastörize edilmiş bakterilerin bu tür etkilere neden olamaması bakterinin canlı formunun önemini göstermektedir. Bu bakteriler tarafından düzenlenen ikincil metabolitlerin gama-glutamillenmiş amino asitlerindeki (GG) azalma hipokampusun GABA/glutamat oranlarını arttırmış bu da hipokampal alanda GABA’nın biyoyararlanımını iyileştirmiş ve nöbetlere karşı koruma sağlamıştır (Castellano ve Merlino 2012; Yudkoff vd. 2001). Diğer beyin bölgelerindeki mikrobiyota yoluyla GABA seviyelerinin değişip değişmediğine dair ilave çalışmalara hala ihtiyaç vardır.

Kardiyovasküler hastalıklar

Kardiyovasküler hastalıklar (KVH), kalp ve kan damarlarının bir grup bozukluğudur ve önde gelen ölüm nedenlerinden biri haline gelmiştir. Bağırsak ortamında sentezlenmiş bir mikrobiyal metabolit olan trimetilamin oksitin (TMAO) keşfi ile son zamanlarda kardiyovasküler hastalık ve bağırsak mikrobiyotası arasındaki etkileşim çok dikkat çekmiştir. Bağırsak mikrobiyotası tarafından üretilen trimetilamin liyaz; diyet kolinini karaciğerde flavin monooksijenaz (FMOS) tarafından TMAO’ya oksitlenen trimetilamine (TMA) dönüştürmekte ve KVH riskinde artışa yol açmaktadır (Roberts vd. 2018). Bir çalışmada, bağırsak mikrobiyotasında trimetilamin liyaz sentezini engelleyen TMAO üretim yoluna dayalı öldürücü olmayan bir bileşen geliştirilmiştir. Bu bağırsak mikrobiyota inhibitörü, kolin diyetinin agonistlere verdiği trombosit tepkisini tersine çevirirken ve vücutta trombozu arttırırken, kolin diyeti tarafından üretilen TMAO seviyelerindeki artışı etkili bir şekilde azaltmıştır. Çalışmada ayrıca bu inhibitörlerle yapılan tedavinin, bağırsakta A. muciniphila’nın varlığını artırdığı da bulunmuştur (Roberts vd. 2018). Başka bir çalışma berberinin, APOE ^-/- farelerde HFD’nin neden olduğu aterosklerozu azaltabildiğini, bağırsakta A. muciniphila popülasyonunu arttırdığını ortaya koymuştur. Berberin takviyesi endotoksemiyi ve farelerde çok sayıda proinflamatuar parametrenin ekspresyonunu azaltmıştır. Ayrıca berberin sıkı bağlantı proteinin ekspresyonunu arttırmış ve mukozal tabakanın kalınlığını artırmıştır (Zhu vd. 2018). Sonuç olarak, bağırsak mikrobiyotasının doğrudan veya dolaylı olarak KVH’yi çeşitli şekillerde etkilediği söylenebilir. Doğal bileşiklerin/biyomoleküllerin kalp üzerindeki koruyucu etkileri daha fazla analiz ve değerlendirmeyi hak eden bağırsak mikrobiyotası ve onun metabolitleri düzenlenerek başarılabilir.

Karaciğer hastalıkları

Karaciğer vücudun en büyük detoksifikasyon organı olarak kabul edilmekte ve karaciğer hastalıkları; hepatoselüler karsinom (HCC), hepatit, karaciğer fibrozu, siroz ve karaciğer yağlanmasını içermektedir. Karaciğer her zaman kapı toplar damar sistemi aracılığıyla bağırsakla dolaylı ve kohezif iletişim halindedir (Abbasi vd. 2020). 

Öte yandan, çalışmaların sonuçları bağırsak mikrobiyotasının karaciğer fonksiyonu üzerinde önemli bir etki gösterdiğini ve bağırsak karaciğer ekseninin rolüne vurgu yapmaktadır. Patojenik mikroplar ve LPS translokasyonları karaciğere kapı toplar damarı yoluyla çok sayıda gerçekleşir. Karaciğerde yer alan kupffer hücrelerinin transloke LPS’ye maruz kalması  hücresel inflamatuar faktörleri serbest bırakarak ve normal karaciğer fonksiyonunu bozarak LPS fagositlerine neden olur. LPS, bağırsak mukozasının geçirgenliğini daha da artırır ve kusurlu bir dolaşım oluşturur. Bu nedenle bağırsak mikrobiyota bileşiminin modülasyonu ve çeşitli biyomoleküllerin sentezinin uyarılması, karaciğer bozukluklarının önlenmesi ve tedavisi için yeni bir hedef olabilir (Karimi vd. 2020).

Bir çalışma bağırsak mikrobiyota popülasyonunun ve dağılımının, karaciğer hastalığının ilerlemesinin çeşitli aşamalarında önemli ölçüde değiştiğini ortaya koymuştur. Steatozdan alkolsüz steatohepatit, fibrozise ve son olarak karaciğer kanserine kadar karaciğer hastalığının ilerlemesinin farklı aşamaları fare modelinde araştırılabilmekte ve bu da karaciğer hastalığının ilerlemesi sırasında bağırsak mikrobiyomundaki değişiklikleri analiz etmeye yardımcı olmaktadır.  Tüm türler arasında Moryella spp., L. intestinalis, Parasutterella spp., A. muciniphila ve Paraprevotella spp., HFD streptozotosin grubunda en ciddi şekilde azalan türlerdi. Bu türler karaciğerde, plazmada ve dışkıda LPS ve hastalığın patolojik özellikleri ile anlamlı bir negatif korelasyon sergilemiştir (Xie vd. 2016). Probiyotik hücrelerin karaciğer kanseri hücre dizileri üzerindeki büyümeyi önleyici özellikleri üzerine yapılan bir çalışmada, A. muciniphila; probiyotiklerin oral yoldan alınmasından sonra farelerde kayda değer bir artış sergilemiştir. Önceki iki çalışma, A. muciniphila popülasyonunun karaciğer bozukluklarının başlangıcı ve ilerlemesi ile negatif bir korelasyon gösterdiğini bildirmiştir (Li vd. 2016). Yakın zamanda yapılan bir araştırmada, rhubarb ekstraktının bağırsak mikrobiyota bileşimini yöneterek akut alkol tüketiminin neden olduğu hepatiti engelleyebileceği bulunmuştur. 17 günlük bir inceleme periyodunda, farelere %0.3 rhubarb ekstraktı verilmiş ve alkolle uyarıldıktan altı saat sonra öldürülmüştür. Rhubarb ekstresi grubundaki A. muciniphila’nın nispi bolluğu, alkole maruz kaldıktan sonra %40’a ulaşmıştır. A. muciniphila’nın bolluğu RegIIIγ ekspresyonu ile pozitif olarak ilişkili olduğundan, rhubarb ekstraktının A. muciniphila popülasyonunu artırarak ve bağırsak bariyeri bütünlüğünü ve işlevini yeniden oluşturmaya yardımcı olan RegIIIγ ekspresyonunu artırarak alkol kaynaklı karaciğer hasarını engellediği düşünülmektedir (Neyrinck vd. 2017).

Cilt Hastalığı

Atopik Hastalıklar

Çocuklarda en yaygın görülen kronik inflamatuar bozukluklardan biri olan atopik hastalıklar, başlıca yardımcı T’lerin (Th2) (interlökin (IL)-4, IL-5 ve IL-13 gibi sitokinler) yaygın antijenlere karşı yetersiz bağışıklık tepkisinden kaynaklanmaktadır (Ngoc vd. 2005; Parsaei vd. 2021; Romagnani 2006). Th1 ve Th2 dahil olmak üzere çeşitli T hücresi işlevleri bağırsak mikrobiyal topluluğu tarafından organize edildiğinden bağırsak mikrobiyal disbiyozunun oluşması doğrudan atopik hastalığın ilerlemesine ve şiddetlenmesine yol açmaktadır (Gaboriau-Routhiau vd. 2009). 4-14 yaş arası atopik çocukların bağırsaklarında Clostridium küme IV, Faecalibacterium prausnitzii ve A. muciniphila’nın bolluğunda anlamlı bir azalma görülürken daha yüksek Enterobacteriaceae bolluğu gözlenmiştir (Candela vd. 2012). Ayrıca atopik hastalarda sağlıklı gönüllülere kıyasla Lactobacillus veya Bifidobacterium eksikliği olmadığı gösterilmiştir (Vael ve Desager 2009). A. muciniphila, hastalığı tedavi etmek için etkili ve güvenli bir probiyotik olarak tamamlayıcı umut verici bir hedef olabilir. Fütüristik çalışmalar, atopik hastalıkta A. muciniphila koruma fonksiyonunun tam ve kapsamlı mekanizmasını sergilemek için bağırsak mikrobiyotasının ve metatranskriptomiklerin filogenetik yapısına dayanmalıdır.

Sedef hastalığı

Sedef hastalığı kronik, immün aracılı inflamatuar bir deri hastalığıdır. Kesin patogenezi tam olarak anlaşılmamakla birlikte, IL-22, IL-23 ve IL-17 gibi Th17 hücreleri ve üretilen sitokinler, sedef hastalığının patogenezinde kritik bir rol oynamaktadır. Kanıtlar sedef hastalığının inflamatuar sitokin profilleri ve Th17’nin neden olduğu bağışıklık tepkilerinin yanı sıra obezite ve inflamatuar bağırsak hastalığı gibi sistemik komplikasyonlar dahil olmak üzere bazı iyi bilinen karakteristiklere sahip olduğunu göstermiştir. Son zamanlarda yapılan araştırmalar, bağırsak mikrobiyotasının özellikle Th17 hücrelerinde ve konakçı homeostazında immun yanıtta hayati bir işlev sunduğunu göstermiştir ancak bunların sedef hastalığının patogenezindeki rolü belirsizliğini korumaktadır (Tan vd. 2018). Bağırsak mikrobiyotası ile sedef hastalığı arasındaki ilişkiyi araştırmak için yapılan bir çalışmada, 16S rDNA dizileme platformu kullanılarak sedef hastalığında mikrobiyota profilleri araştırılmış sedef hastalığına sahip kişilerde A. muciniphila’nın bolluğunda dikkate değer bir azalma olduğu bulunmuştur. A. muciniphila’nın obezite ve IBD’nin patogenezinde önemli bir rol oynadığı kabul edilmektedir; bu nedenle sağlık durumunun bir göstergesi olarak A. muciniphila potansiyel olarak sedef hastalığının yanı sıra IBD ve obezitede anahtar bir düğümdür. Sonuç olarak sedef hastalarının bağırsaklarındaki bağırsak mikrobiyotasının imzasının ve işlevinin önemli ölçüde değiştiği ve sedef hastalığının patogenezini açıklamak için yeni bir görüş sağladığı söylenebilir. 

Yaşlanma Sendromu

Araştırmaların sonuçları A. muciniphila topluluklarının gelişiminin artan yaşla birlikte popülasyonlar arasında farklılık gösterebileceğini ve bunun daha fazla çalışmayı gerektirdiğini göstermektedir. Bununla birlikte yüksek seviyelerde Bifidobacterium ve Bacteroides spp. ve bir ölçüde fukosilasyon statüsüne sahip A.muciniphila arasında tutarlı bir ilişkinin varlığı, mukus kolonizasyonunun şeklinin belirlenmesinde konakçı genotipinin etkisini göstermektedir bu nedenle bu çalışmaların tüm sonuçlarının yorumlanması ve farklı popülasyonlar dikkate alınmalıdır (Abbasi vd. 2021; Ebrahimzadeh Leylabadlo 2020). Ayrıca insan bağırsağında A. muciniphila’nın bolluğu; mukus kalınlığına, konakçının bağışıklık durumuna ve vücut kütlesine bağlıdır. Bu parametrelerin yaşam boyunca ve hastalığın başlangıcında veya başlangıcından hemen önce değişmesi muhtemeldir. Bu tür değişikliklerin A. muciniphila seviyelerini değiştirmesi beklenmektedir. Farelerde yapılan bazı araştırmalarda, yaşla birlikte Akkermansia’nın görülme sıklığında nispi bir düşüş tanımlanmıştır. Leptin eksikliğine sahip yaşlı ve obez farelerde (8’e karşı 16 haftalık yaşlı fareler) azalan glikoz toleransı ile Akkermansia seviyesi düşmüştür (Ellekilde vd. 2014). İlginç bir şekilde, Akkermansia’nın bolluğu da bağışıklığı yetersiz Rag1^−/− farelerde (olgun lenfositleri olmayan) yaşla birlikte azalmıştır (Zhang vd. 2015). Bununla birlikte, fare modellerinin sonuçlarının tercümesinin her zaman tartışıldığını belirtmek gerekir (Nguyen vd. 2015) ve şimdi, insan ve fare mikrobiyomlarının ortak metagenomik bilgisinin sadece küçük bir bölümünün paylaşıldığı gösterilmiştir (Nielsen vd. 2014). 

Hipertansiyon Sendromu

Yapılan çalışmaların sonuçları, hipertansiyonun etiyolojisinde genetik faktörler ile bağırsak mikrobiyotası arasında açık bir ilişki olduğunu göstermektedir (Moghadamrad vd. 2015). Hipertansiyona sahip kişilerde, bağırsak mikrobiyotası ile ilişkili konakçıdaki doğuştan gelen tepkilerin/metabolitlerin bazılarının önemli ölçüde değişmesi muhtemeldir. Örneğin anti-inflamatuar yanıtların/metabolitlerin aşağı regülasyonu ve proinflamatuar yanıtların/metabolitlerin yukarı regülasyonu, inflamatuar koşulları ve hipertansiyonun ilerlemesini olumsuz bir şekilde ilerletmiştir (Moghadamrad vd. 2015). Sağlıklı deneklerde biriken anti-inflamatuar metabolitlerden biri trikloroetanol glukuroniddir ve A. muciniphila ile pozitif korelasyon göstermiştir. Hipertansiyon deneklerinde, A. muciniphila bolluğunda düşüş ve trikloroetanol glukuronid düzeylerinde azalma fark edilmiştir (Li vd. 2017). Bununla birlikte araştırma, trikloroetanol glukuronidin doğrudan A. muciniphila’dan sentezlenip sentezlenmediğini ortaya koymamıştır. Ayrıca trikloroetanol glukuronid ile yüksek kan basıncının patogenezi arasındaki nedensel ilişkiyi doğrulamak için hala çok az kanıt vardır.

Grip virüsü enfeksiyonu

Viral pandemiler (örn. SARS-CoV-2, influenza, vb.) her yıl aralıklarla ortaya çıkmakta ve küresel halk sağlığı için ciddi bir tehdit oluşturmaktadır (Abbasi vd. 2021; Ozma vd. 2020; Valiei vd. 2022). Çok sayıda araştırma, influenza patojenitesi ile bağırsak mikrobiyotası arasındaki yakın bağlantıyı kanıtlamıştır. Grip enfeksiyonu, bağırsak mikrobiyotasının bileşimini değiştirebilmektedir. Örneğin influenza A virüsü ile enfeksiyonun, bağırsak mikrobiyotasının dağılımını bozduğu ve bunun da orta dereceli Salmonella enfeksiyonunu uyardığı gösterilmiştir (Deriu vd. 2016; Yıldız vd. 2018). Bağırsak mikrobiyotasındaki değişiklikler de influenza enfeksiyonunun sonucunu önemli ölçüde etkileyebilmektedir (McCullough ve Matson 2016). Son yıllarda bilimsel literatürün gözden geçirilmesi sırasında bazı çalışmalar; Bifidobacterium, Lactobacillus vb.’nin ağızdan alınmasının bağışıklık sistemi tepkilerini düzenleyerek influenzanın klinik semptomlarını azaltmada olumlu etkisini göstermiştir (Kawahara vd. 2015; Ozma vd. 2021; Waki vd. 2014). Her ne kadar sayısız araştırma influenza ve bağırsak mikrobiyotası arasındaki önemli ilişkiyi tanımlamış olsa da, birçok yön geniş çapta keşfedilmemiş durumdadır. Bu bağlamda, Hu ve arkadaşları (2020) yüksek derecede patojenik H7N9 ile enfeksiyonun bağırsak mikrobiyotası üzerindeki etkilerini araştırmış ve potansiyel anti-grip mikroplarını keşfetmiştir. 16S rRNA dizilemesinin sonuçları; H7N9 enfeksiyonunun Akkermansia, Ruminococcaceae UCG010 ve Ruminococcus 1’in çoğalmasını artırarak ve bağırsak grubu Rikenellaceae RC9 ve Lachnoclostridium’un bolluğunu azaltarak farenin bağırsak mikrobiyotasını değiştirdiğini ortaya koymuştur. Farelerde kültürlerin özellikle pastörize edilmiş A. muciniphila’nın ağızdan alınması, kilo kaybını ve H7N9 enfeksiyonundan ölümü önemli ölçüde azaltabilir. Ayrıca canlı veya pastörize A. muciniphila’nın ağızdan alımı; akciğeri etkileyen virüs titreleri, IL6 ve IL1b seviyelerini anlamlı olarak azaltmakta ancak H7N9 ile enfekte olmuş farelerde IL10, IFNg ve IFNb seviyelerini arttırmakta bu da A. muciniphila’nın anti-influenza rolünün anti-inflamatuar ve immün düzenleyici özelliklerine dayalı olduğunu öne sürmektedir. Ayrıca, çalışma sonuçları, bağırsak mikrobiyotasındaki değişikliklerin H7N9 enfeksiyonuna bağlı olduğunu ve A. muciniphila’nın anti-grip işlevini sergilediğini göstermiştir. Bu, belirli bağırsak bakteri suşlarının influenza enfeksiyonu ile potansiyel bir anti-grip probiyotiğine karşı nasıl koruma sağladığı hakkında mevcut bilgileri geliştirir.

Diğer hastalıklar

Akkermansia muciniphila’nın kalp yetmezliği (Gutiérrez-Calabrés vd. 2020), eklem iltihabı (Chiang vd. 2019), depresyon (Cheng vd. 2021), uyku yoksunluğu (Gao vd. 2019), meme kanseri (Desmedt vd. 2020), atopik hastalık (Candela vd. 2012) gibi diğer bazı hastalık ve rahatsızlıklarda ve aynı zamanda sağlıklı bireylerdeki rolü araştırılmaktadır.  Diğer çok sayıda çalışma, metagenomik performansla bağırsak mikrobiyotasını araştırmaktadır.

Bağırsak mikrobiyomunda Akkermansia muciniphila’yı değiştiren olaylar

Konakçıda birçok özel role sahip benzersiz bir bağırsak mikrobiyota profili her bireyde bulunmaktadır (Rinninella vd. 2019). Her insanın bağırsak mikrobiyal bileşimi; bebek geçişlerine (gebelik doğum tarihi, beslenme yöntemleri, doğum türü, sütten kesme dönemi) ve antibiyotik tüketimi, toksik maddelere maruz kalma ve diyet gibi diğer bazı dış faktörlere bağlı olarak çocuklukta şekillenmektedir (Ebrahimzadeh vd. 2021; Leylabadlo vd. 2020). Bu kişisel ve sağlıklı öz doğal mikrobiyotalar yetişkinlikte nispeten sabit kalsa da, yukarıdaki nedenlerden dolayı değişebilirler. Araştırmalar diyetin bağırsak mikrobiyomunun çeşitliliğini insan genetik faktörlerinden daha fazla etkileyebileceğini göstermiştir (Verhoog vd. 2019). Bağırsak mikrobiyota bileşiminin modülasyonu muhtemelen birçok komplikasyon riskini azaltmakta ve en azından bu prosedürlerin ilerleme hızını yavaşlatmaktadır. Buna göre, daha sağlıklı bir profile benzemek için mikrobiyota bileşiminde değişiklikler uygulamak mümkün görünmektedir. Diyet türü, bağırsak mikrobiyal bileşimini en çok etkileyen faktördür ve onun etkisi sebze, meyve, doymuş ve doymamış yağların varlığı vb. gibi gıda kaynaklarına bağlıdır (Leylabadlo vd. 2020). Düşük kalorili bir diyet ve maya fermentasyonu, nar özü, resveratrol, polidekstroz, sodyum butirat ve inülin ile takviye A. muciniphila miktarını arttırırken, fermente edilebilir oligosakkaritler, disakkaritler, monosakkaritler ve polioller açısından düşük bir diyet A. muciniphila’nın bolluğunu azaltmaktadır (Verhoog vd. 2019).  Hayvan çalışmalarından elde edilen verilerde, polifenoller açısından zengin diyetlerin ve kurkumin ve epigallokateşin gallat gibi spesifik fitokimyasalların, bağırsak mikrobiyomunda A. muciniphila ve F. prausnitzii bolluğunu artırabileceği  gösterilmiştir (Ejtahed vd. 2019; Magistrelli vd. 2016). 2019’da obez ve insüline dirençli hastaları araştıran bir klinik deneme çalışması, resveratrol adı verilen doğal bir fenolün, beyaz ırkta A. muciniphila’nın bağırsaktaki miktarını artırdığını ancak diğer etnik gruplarda artırmadığını kanıtlamıştır (Walker vd. 2019). Başka bir çalışmada, irritabl bağırsak sendromu ve inflamatuar bağırsak hastalığı gibi bazı gastrointestinal sistem bozukluklarında kullanılan fermente edilebilir oligo-, di- ve monosakkaritler ve polifenoller (FODMAP) açısından zengin diyetin  bağırsaktaki A. muciniphila ve F. prausnitzii popülasyonunda değişikliklere neden olduğu gösterilmiştir. Ancak kanıtlar tutarlı değildir (Halmos vd. 2016). 

Ayrıca çözünür lifli inülin gibi diyet liflerinin alımı, sağlıklı bireylerde ve aşırı kilolu kişilerde A. muciniphila ve F. prausnitzii bolluğunu artırmıştır (Ramnani vd. 2010; Roshanravan vd. 2017). Diyet faktörlerinin mikrobiyom kompozisyonunu değiştirme üzerindeki etkisine dair ortaya çıkan kanıtlara rağmen, A. muciniphila ve F. prausnitzii’nin modülasyonunda diyet müdahalelerinin kapsamlı bir değerlendirmesi eksiktir. Diyet mikrobiyomunun modülatörlerinin belirlenmesi, muhtemelen A. muciniphila ve F. prausnitzii’nin bolluğunu ve sağlık yararlarını artırmak için diyet ve fitokimyasalların tıbbi beslenme tedavisinde nasıl kullanılabileceğini anlamaya yardımcı olur (Verhoog vd. 2019).

Kalori Kısıtlaması

Kalori kısıtlamasının (CR) memelilerde yaşam beklentisini arttırdığı ve damar sertliği, diyabet ve kanser gibi yaşa bağlı hastalık riskini azalttığı bilinmektedir (Mattison vd. 2012). Yenidoğan CD1 farelerinde yapılan bir araştırmada, zayıf beslenme koşullarının bu ortamda A. muciniphila popülasyonlarının 50 kat artmasıyla birlikte, distal bağırsak mikrobiyotasında filum düzeyinde temel değişikliklere yol açtığı gösterilmiştir (Preidis vd. 2015). Başka bir araştırmada; A. muciniphila ile deneklerdeki (11 fazla kilolu ve 38 obez) açlık glikozu, bel-kalça oranı ve deri altındaki yağ çapı arasında ters bir ilişki olduğu gösterilmiştir (Dao vd. 2016). Bununla birlikte altı hafta boyunca protein ve lif içeren CR diyette Akk HI grubunda (ortancanın üzerinde A. muciniphila bolluğu) A. muciniphila bolluğunda bir azalma görülmüş ve CR, tüm gruplarda insülin duyarlılığını ve diğer klinik parametreleri önemli ölçüde iyileştirmesine rağmen Akk LOW grubunda değişiklik gözlemlenmemiştir. Yazarlar, daha yüksek bir başlangıç A. muciniphila’ya sahip deneklerin, CR’den sonra klinik parametrelerde daha anlamlı bir gelişme gösterdiğini ve CR ile A. muciniphila arasında bir etkileşim olduğunu ortaya koymuştur (Dao vd. 2016).  CR’nin bağırsak mikrobiyotası ve A. muciniphila üzerindeki etkileri hakkında çok kısıtlı bilgi vardır ve bunların etkileşimleri daha fazla çalışma gerektirmektedir.

Yüksek Yağlı Diyet ve Alkol Tüketimi

Önceki araştırmalar, çeşitli hayvan modellerinde yüksek yağlı bir diyetin A. muciniphila insidansını önemli ölçüde azalttığını ortaya çıkarmıştır (Roopchand vd. 2015; Zhou vd. 2016). DIO fareleri üzerinde yapılan bir çalışmada, yüksek yağlı bir diyetle (%60 yağ) sekiz haftalık beslenme uygulaması, A. muciniphila popülasyonunda önemli bir azalma (100 kat) ile sonuçlanmıştır (Everard vd. 2013). Alkol tüketiminin de A. muciniphila üzerinde olumsuz etkisi olabilmektedir (Neyrinck vd. 2017). DIO farelerine yüksek miktarlarda alkol verilmesi (%30 w/w, 6 g/kg vücut ağırlığı), inflamatuar yanıtları arttırmış, oksidatif stresi uyarmış ve DIO farelerinin fekal bakteriyel içeriğindeki A. muciniphila miktarını önemli ölçüde azaltmıştır. Burada, DIO farelerinde (temel diyet AIN-93G’de %10) 3 haftalık uygulanan öğütülmüş keten tohumu takviyesinin farklı ve önemli rolüne işaret edebiliriz, öğütülmüş keten tohumu; mukus üretimi ile bağırsak bariyer bütünlüğünü artırmış, kolon goblet hücre yoğunluğunu ve kısa zincirli yağ asidi seviyelerini iyileştirmiş ancak erkek DIO farelerinde toplam fekal bakteride A. muciniphila’yı 30 kat azaltmıştır (Power vd. 2016).

Prebiyotik Alımı

Prebiyotikler, insan sindirim enzimlerinden etkilenmeyen fonksiyonel gıdaların (inülin, oligofruktoz, stachyose, oligosakkaritler ve rafinoz) sindirilemeyen bileşenleri olarak tanımlanmakta; bununla birlikte, kalın bağırsakta kolonize probiyotikler aracılığıyla fermente edilmekte, faydalı mikrobiyotanın kolonizasyonunu teşvik etmekte ve akabinde konakçının sağlığını iyileştirmektedirler. Bir prebiyotik olarak inülin tipi oligofruktoz, patojenik mikroorganizmaların fırsatçı aktivitesini engellemek için bakteriyel membran reseptörünün saldırıcı bir inhibitörünü taklit ederek bağırsak mikrobiyotasının 100’den fazla farklı taksonunu etkilemektedir (Lane vd. 2012). Öte yandan çözünür oligofruktoz, patojenik mikroorganizmaların bağlandığı ve bağırsak yolu aracılığıyla patojenik mikroorganizmaların eliminasyonunu desteklediği bir müsin analoğu olabilir (Shoaf vd. 2006). Everard ve arkadaşları;  A. muciniphila’nın genetik veya diyete bağlı obez ve diyabetik farelerin bağırsak mikrobiyotasında daha az sıklıkla meydana geldiğini, A. muciniphila’nın nispi sıklığının inülin tipi oligofruktozun alınmasından sonra 100 kattan fazla artabileceğini bulmuşlardır (Everard vd. 2014). Ayrıca polifenoller,  antioksidan aktiviteleri çok daha ayrıntılı olarak çalışılmış olmasına rağmen, A. muciniphila’nın bolluğunu etkileyen güçlü bir prebiyotik sınıfıdır (Somerville vd. 2017). Anhê ve arkadaşları, polifenol bakımından zengin cranberry özütünün doğrudan Akkermansia cinsinin bolluğunu artırarak yüksek yağlı/sakaroz diyetlerinin neden olduğu metabolik sendromu iyileştirebileceğini bildirmişlerdir (Anhê vd. 2015). Ayrıca bu konuyla uyumlu olarak daha önceki bir in vitro araştırmada, kırmızı şarap/üzüm suyundan veya siyah çaydan ekstrakte edilen polifenol karışımının bağırsak mikrobiyal ekosisteminde A. muciniphila insidansını iyileştirdiği ortaya konmuştur (van Dorsten vd. 2012). İlginç bir şekilde, yüksek yağlı farelerde yeşil çay polifenollerinin avantajları bağırsak mikrobiyotasında daha yüksek bir A. muciniphila bolluğu ile de ilişkilidir (Axling vd. 2012). Roopchand ve arkadaşları tarafından yapılan başka bir çalışmada; üzüm polifenollerinin A. muciniphila’nın kolonizasyonunu önemli ölçüde arttırdığını ve değişen mikrobiyal bileşimin obezite ve metabolik hastalıklara karşı koruyabileceğine dair önceki raporlara paralel olarak Firmicutes’in Bacteroidetes’e oranını azalttığını göstermişlerdir (Roopchand vd. 2015). Diğer spesifik gıda bileşenleri de A. muciniphila kolonizasyonunu ve çoğalmasını artırmaktadır. Reidet ve arkadaşları; prebiyotik lif takviyesinin, yetersiz beslenen sıçanların bağırsaklarında A. muciniphila görülme sıklığını artırdığını ve bunun metabolik karakterizasyonu iyileştirmek için yararlı olabileceğini bulmuşlardır (Reid vd. 2016). Ayrıca yulaf kepeği, konjuge linoleik asitler ve tam tahıllı arpa, kırmızı pitaya betasiyaninleri, fermente olabilen monosakkaritler, disakkaritler, oligosakkaritler ve polioller dahil olmak üzere insan vücudunun sindirmesi zor olan kısa zincirli karbonhidratlar, mısır kaynaklı sindirilebilir olmayan feruloillenmiş oligo ve polisakkaritler ve poliaminler bağırsakta A. muciniphila bolluğu artırabilmektedir (Yang vd. 2016).

Gıda Katkı Maddeleri ve İlaçlar

Kalorisiz yapay tatlandırıcılar (NAS), dünyada en yaygın kullanılan gıda katkı maddelerinden biridir ve düşük kalorili içerikleri nedeniyle genellikle insanlar için güvenli kabul edilmektedir. Ancak Suez ve arkadaşları; kalorisiz yapay tatlandırıcıların özellikle sağlıklı insan bağırsak sisteminde A. muciniphila’nın bolluğunu azaltarak bağırsağın mikrobiyal bileşimini değiştirerek disbiyoz ve glukoz intoleransını uyarabildiğini bulmuşlardır (Suez vd. 2014). 

İlginç bir şekilde, şifalı otlar (fermente Rhizoma Atractylodis Macrocephalae ve Flos Lonicera) ve ayrıca Asya kültüründe geleneksel olarak ilaç gibi kabul edilen mantarlar (Ganoderma lucidum) konakçı metabolizması üzerinde eşzamanlı olumlu bir etki ile Akkermansia popülasyonunu da artırmıştır (Chang vd. 2015). Ayrıca Akkermansia spp.’nın sadece arpa maltı veya HFD ile beslenen sıçanlarda guar gum veya pektin tüketimi ile arttığı ancak arpa maltı ile takviye edilen HFD’de azaldığı  bildirilmiştir (Zhong vd. 2015). Bunun yanı sıra pektin veya guar gum ile zenginleştirilmiş bir HFD ile beslenen sıçanlarda azalmış Akkermansia seviyesi fark edilmiştir (Jakobsdottir vd. 2013). Birkaç araştırmada HFD’den sonra Akkermansia bolluğunda önemli bir azalma tanımlanmıştır (Shin vd. 2014). Yakın zamanda, heme (kırmızı et pigmenti) ile takviye edilmiş bir diyetin farelerde Akkermansia insidansını arttırdığı gösterilmiştir (Preidis vd. 2015). 

Metformin, glukoneogenezde rol oynayan genlerin transkripsiyonunu engellemek için AMP ile aktive olan protein kinazı (AMPK) aktive ederek tip 2 diyabeti tedavi etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır (Everard vd. 2011). Artan kanıtlar, bağırsak mikrobiyotasının glisemik etkilerine aracılık etmede önemli bir iştirakçı olabileceğini göstermiştir. Bir çalışmada metformin ağızdan alımı, yüksek yağla beslenen farelerde glikoz toleransını teşvik etme kapasitesi ile ilişkili olan bakteri topluluğundan A. muciniphila’nın bolluğunu önemli ölçüde artırmıştır (Reid vd. 2016). Ayrıca Lee ve arkadaşları metforminin; beyin-kalp infüzyon ortamında (BHI) inkübe edilen fekal mikrobiyotadaki A. muciniphila miktarını da arttırdığını göstermişlerdir. Ek olarak, Ganoderma lucidum, Flos Lonicera, Moutan Cortex ve fermente Rhizoma Atractylodis Macrocephalae’nin konakçı metabolizması üzerinde olumlu etkilerinin yanı sıra bağırsak ortamında A. muciniphila popülasyonunu artırma potansiyeline sahip olduğuna dair raporlar bulunmaktadır (Halmos vd. 2015). 

İslami oruç

Eşsiz ve çeşitli bileşimi ile bağırsak mikrobiyotası, konakçının metabolik fonksiyonlarında hayati bir rol oynamaktadır (Round ve Mazmanian 2009). Bu kompleks ekosistem; besinlerin alımı, konakçı bağışıklığının düzenlenmesi ve patojenlerin kolonizasyonuna karşı antagonistik etki gibi çeşitli özelliklere sahiptir (Turnbaugh vd. 2009). Obezite ile ilişkili bağırsak mikrobiyomunun önemli özelliklerine yönelik öncü araştırmayı takiben, yeme alışkanlıklarının obezite üzerindeki etkilerini aydınlatmak için çeşitli çabalar sarf edilmiştir. Müsini parçalayabilen bir bakteri olan A. muciniphila, sağlıklı bireylerde mikrobiyal topluluğun %3–5’ini oluşturmakta ve bunun beslenme kaynaklı obezitede önemli bir azalması kaydedilmiştir (Everard vd. 2013). Ayrıca yüksek yağlı diyet konakçının metabolizmasını değiştirmeden bağırsaklarda Firmicutes seviyelerinin artmasına neden olmaktadır (Murphy vd. 2010). Fakat sadece gıda içeriği değil, aynı zamanda gıda alımının zamanı da; yeme alışkanlıkları ve 24 saatlik ritim arasındaki karmaşık etkileşimleri değiştirmesi yoluyla bağırsak mikrobiyotasını etkileyebilmektedir (Kaczmarek vd. 2017). Farelerde yapılan araştırmalar, değişen diyet ve/veya aç kalma sürelerinin bağırsak mikrobiyomunu değiştirme kabiliyetine sahip olduğunu göstermiştir (Zarrinpar vd. 2014). İslami oruç, kutsal Ramazan ayı boyunca gün doğumundan gün batımına kadar bir oruç dönemini içeren bir tür periyodik aç kalmadır. Deneme tasarımındaki karmaşıklıklar nedeniyle, literatürde periyodik açlık ve insanlarda bağırsak mikrobiyotası ile ilgili çok az araştırma bulunmaktadır. Bu konuda Özkul ve arkadaşları; periyodik açlığın bir türü olarak kabul edilebilecek zaman kısıtlamalı beslenmenin bağırsak mikrobiyotası üzerinde belirgin bir etkisi olabileceğini varsaymışlardır. Bu çalışmaya Ramazan ayında 29 gün boyunca günde 17 saat oruç tutan toplam dokuz denek dahil edilmiştir. Periyodun başında ve ramazanın bittiği gün dışkı örnekleri alınmıştır. A. muciniphila, Bifidobacterium spp., Lactobacillus spp., Bacteroides fragilis grubu, Faecalibacterium prausnitzii ve Enterobacteriaceae’yi miktarını belirlemek için bir 16S rRNA qPCR testi yapılmıştır. Beslenme ve metabolik parametreleri analiz etmek için kan örnekleri de alınmıştır. Sonuçlara göre, İslami oruçtan sonra tüm deneklerde A. muciniphila ve B. fragilis gruplarının başlangıç değerlerine göre önemli ölçüde daha yüksek bir bolluğu tespit edilmiştir (sırasıyla p = 0,004 ve 0,008). Toplam kolesterol ve serum açlık glikoz seviyeleri de tüm test deneklerinde önemli ölçüde azalmıştır (sırasıyla p = 0,009 ve p < 0.01). Sonuç olarak dönemsel oruç olan İslami oruç, mikrobiyotanın sağlıklı bağırsak üyeleri olarak kabul edilen A. muciniphila ve B. fragilis grubunda bir artışa sebep olmaktadır (Özkul vd. 2020). Bu bir pilot çalışma olmasına ve daha geniş bir örneklemle denenmesi gerekmesine rağmen, literatürde açlık ve insan mikrobiyotası ile ilgili çok az çalışma bulunmaktadır.

A.muciniphila’nın güvenilirliği

A.muciniphila, gram negatif bir bakteri olarak lipopolisakkarit içermektedir, ancak endotoksemi içermez. Bu bakteri, farelerde yüksek yağlı bir diyetle ilişkili endotoksin seviyesini bile azaltmıştır (Everard vd. 2013). Müsin parçalayıcıların; interferon-gama (INFc), tümör nekroz faktör-alfa (TNFa), interlökin4 (IL4) ve IL10 gibi sinyallerle konakçının bağışıklık sistemini düzenlediği bilinmektedir (Andersson vd. 2013). Anti-inflamatuar sitokinler IL4 ve IL10’un düşük seviyesinin ve proinflamatuar sitokinlerden IFNc ve TNFa’nın yüksek seviyesinin A. muciniphila’nın daha yüksek bir seviyesi ile ilişkili olduğuna dair kanıt bulunmaktadır (Collado vd. 2012).  Genetik açıdan A. muciniphila’nın steril farelerde kolonizasyonu herhangi bir yan etki oluşturmamış veya proinflamatuar sitokinlerin ekspresyonunu artırmamıştır (Derrien vd. 2011). Anti-inflamatuar ve bağırsak koruyucu etkilerinin kesinlikle A. muciniphila ile ilişkili olduğu varsayılmıştır (Candela vd. 2012). Bu nedenle, A. muciniphila uygulanmasının makul ölçüde güvenli olabileceğini kabul ediyoruz. Şu anda A. muciniphila ile ilgili geniş bir araştırma grubu öncelikle onun hastalıkla ilişkisini göstermeye odaklanmıştır, ancak hastalıktaki bakterilerin nedensellik ilişkisine odaklanılmamıştır. A. muciniphila ile doğrudan müdahalelere odaklanan çeşitli araştırmalar, çoğunlukla hayvan modelleri kullanılarak yapılmıştır (Chelakkot vd. 2018; Hänninen vd. 2018). Şu anda A.muciniphila’nın insanlar için yayınlanmış açık klinik deneyleri bulunmamaktadır ve bu durum insanlarda A. muciniphila’nın güvenliğine ilişkin sağlam kanıtların olmamasına yol açmaktadır. Bu, A. muciniphila’nın neden gıda/ilaç üretim zincirine dahil olmadığını ortaya çıkarabilir. Ancak bazı ön araştırmalar bu bakterinin insan uygulaması için güvenli olması gerektiğini göstermiştir. Dubourg ve arkadaşları (2013), geniş spektrumlu antibiyotiklerle tedaviden sonra insanlarda A. muciniphila’nın bolluğunda %60 gibi yüksek bir değere ulaştığında bile olumsuz sonuçların olmadığını bildirmiştir. Ayrıca Plovier ve arkadaşları (2017), obez bireylerde A. muciniphila’nın tolere edilebilirliğini ve güvenliğini ilk kez incelemişler ve obez bireylerde 2 hafta süreyle oral uygulamadan sonra hem canlı hem de pastörize A. muciniphila’nın tolere edildiğini ve güvenli olduğunu gözlemlemişlerdir. Ayrıca klinik araştırmalar, 3 ay boyunca günde 10¹⁰ A. muciniphila uygulamasının 32 fazla kilolu ve obez kişi tarafından yan etki olmaksızın iyi tolere edildiğini göstermiştir (Depommier vd. 2019). Ek olarak topluluk genelindeki bileşim değişimi pastörize A. muciniphila uygulamasından önemli ölçüde etkilenmemiştir, bu da tedavinin bağırsak mikrobiyotasının genel yapısını etkilemediğini düşündürmektedir.  

A. muciniphila’nın patojenitesi ile ilgili olarak, henüz bir hastalık veya hastalık belirtisi ile açık bir bağlantı bulunmamıştır. A. muciniphila’nın potansiyel patojenitesi, büyük ölçüde bazı birincil patojenik işlevleri içerebilen bağırsak mukus tabakasını parçalamak için yapışma sürecinden kaynaklanmaktadır (Derrien vd. 2010). Patojenlerin aksine müsin parçalayıcı bir bakteri olarak A. muciniphila, dış mukoza tabakasında büyük ölçüde kolonize olur ve mukoza zarının iç tabakasına girmez, fakat iç tabakaya ulaşan bakterilerin patojenite için gerekli olduğu kanıtlanmıştır. Mukozal tabakanın kendisini parçalaması patojen benzeri bir fonksiyon olsa da, bağırsakların kendini yenileme dengesinde doğal bir yol olarak kabul edilmektedir (Gómez-Gallego vd. 2016). Ayrıca A. muciniphila’nın müsini faydalı yan ürünlere dönüştürerek konakçının bağırsak mikrobiyal dengesini destekleyebildiği de bildirilmektedir. Bugüne kadar, A. muciniphila’nın bireysel olarak patojenite oluşturduğuna dair bir kanıt yoktur. Ancak diğer bakterilerle sinerji içinde hastalığa neden olup olmadığı bilinmemektedir. Bununla birlikte, gelecekte A. muciniphila kullanımının güvenliğini sağlamak için daha büyük ölçekli klinik çalışmalara ihtiyaç duyulacaktır.

A.muciniphila’nın genetik mühendisliği perspektifi

Yeni nesil dizilemenin ortaya çıkması ve tüm genomun dizilenmesi, bakterilerin genetik modifikasyonu için daha fazla alan oluşturmuştur. Bu temelde, A. muciniphila için teknik beklentiler umut vericidir. A. muciniphila BAA-835’in genomu ilk olarak 2011’de dizilenmiş ve bundan A. muciniphila’nın temel vitaminler ve kofaktörlerin yanı sıra 20 geleneksel amino asidin tamamını üreteceği tahmin edilmiştir (van Passel vd. 2011). 2015 yılında, A. muciniphila’nın Urmite suşunun genleri, bu genlerin çoğunun metabolik yanıtlarla ilişkili olduğu öne sürülerek ATCC suşu BAA-835’e aktarılmıştır (Caputo vd. 2015). Son zamanlarda 39 yeni A. muciniphila suşu dizilenmiş ve izole edilmiş, ayrıca çeşitli rekombinasyon ve gen akışı olayları gözlemlenmiştir, bu da ileriye dönük genetik mühendisliği araştırmaları için faydalı arka planın genişletildiğini düşündürmektedir (Guo vd. 2017). Ayrıca A. muciniphila hücrelerinin kültürlenmesi ve sürdürülebilmesi için etkili ve uyarlanabilir bir iş akışı açıklanmıştır; bu, gliserinle modifiye edilmiş besiyerinde -80 °C’de depolandığında yüksek verim ve çok yüksek stabiliteye sahip canlı Akkermansia kolonilerinin yanı sıra %97,9 ± %4,5  > 1 yıla kadar hayatta kalma ile sonuçlanmıştır (Ouwerkerk vd. 2017). A. muciniphila çoğalması, canlı A. muciniphila hücrelerinin var olduğunu garanti etmek için farklı kalite kontrol ve değerlendirme yöntemleriyle gözlemlenebilmekte ve düzenlenebilmektedir. Ayrıca A. muciniphila anaerobik bir bakteri olmasına rağmen sıvı bir ortamda nanomolar oksijen konsantrasyonlarını tolere etme ve hatta bundan yararlanma yeteneği göstermiştir (Amin Abbasi vd. 2021; Ouwerkerk vd. 2016). Bu özellikler, A. muciniphila’nın genetik olarak değiştirilme olasılığını artırır.

Mühendislik A. muciniphila için erişilebilir genom düzenleme cihazları

Genellikle plazmitler, genom düzenlemesi gerektiğinde dikkate alınması gereken başlıca ajanlardır. Plazmitler, bakteriyel replikasyon kaynağı olarak uygun DNA’yı, bir antibiyotik direnç cassette’sini ve bir prokaryotik başlatıcıdan kopyalanan ilgili geni içermektedir (Baban vd. 2010). Terapötik gen/genlerin ekspresyonu, uygun başlatıcıları ve diğer düzenleyici faktörlerin kullanılmasıyla garanti edilir. Son yıllarda plazmitler için genetik alet kutusu; düzenleyicileri, dağıtım cihazlarını, sensörleri, acil durumda kapatma anahtarlarını ve depolama devrelerini içerecek şekilde önemli ölçüde geliştirilmiştir (Pedrolli vd. 2019). Hücreler/dokular tarafından salgılanan sinyal moleküllerini alırken aynı zamanda istenen geni taşıyan rekombinant plazmit harekete geçer ve terapötik bileşikleri lokal olarak serbet bırakırken herhangi bir enfeksiyonu önlemek için kendi kendine sindirim işlemini gerçekleştirir (Waller vd. 2017). Plazmidler oluşturulduktan sonra mekanik, kimyasal veya fiziksel prosedürlerle konakçılara dönüştürülür ve memeli hücresi “porasyon” yöntemleri en yaygın ve önemli prosedürlerdir (Welker vd. 2015). 

Nisin kontrollü gen ekspresyon sistemi

NICE sistemi, Lactobacillus mühendisliği için faydalanılan en kapsamlı şekilde kullanılan kromozom entegrasyon araçlarından biridir. O; nisK, nisR, tepki düzenleyici ve histidin protein kinazdan oluşan iki bileşenli bir düzenleyici sistem aracılığıyla nisF ve nisA başlatıcılarına dayalı gen ekspresyonu için tasarlanmıştır (Kleerebezem vd. 2004). Bu sistemin genel işlevi; gerekli genin indüklenebilir başlatıcı PnisA’nın arkasında bir plazmit üzerinde yer alması ve nisRK suşuna taşınması, ardından klonlanmış genin ekspresyonunu uyarmak için nisin eklenebilmesidir (Dora vd. 2015) (Şekil 3).

Şekil 3. NICE sistemi, gen ekspresyonunu düzenler. NICE, Nisin kontrollü gen ekspresyonu.

λ rekombinasyon sistemi

Kırmızı λ bakteriyofajın homolog rekombinasyon sistemi, türlerden kromozomal DNA’nın transferi için bir model sistem olarak son 50 yılda araştırılmıştır (Kaiser 1955). “Kırmızı” olarak adlandırılan λ-rekombinasyon sistemi iki protein içerir; bunlar: α; çift sarmallı DNA (ds) üzerinde etkili olan bir eksonükleaz ve β; birbirini tamamlayan ssDNA ipliklerini hibritleştirebilen tek iplikli bir DNA (ss) bağlayıcı protein’dir (Carter ve Radding 1971). Kırmızı aracılı rekombinasyon, Escherichia coli RecBCD eksonükleazını engelleyerek lineer dsDNA’daki α ve β aktivitesini artıran γ proteini tarafından desteklenir (Murphy 1991). Geçmişte NICE, moleküler ağırlıklı DNA’nın konakçı suşuna entegrasyonunu sınırlamış; ancak yeni lambda kırmızı rekombinaz aracılı entegrasyon yaklaşımı konakçı kromozomundaki her bir temel olmayan lokusta farklı uzunlukların daha yüksek moleküler ağırlıklı DNA’yı dönüştürdüğü bulunmuştur (Murphy Kenan ve Slauch James 2016). Araştırmalara göre bu yeni yaklaşım, konakçı üzerinde herhangi bir olumsuz etki göstermemiştir. Bununla birlikte, mevcut bilimsel literatüre göre, bu yöntemin E. coli dışındaki suşlarda kullanıldığına dair daha az rapor vardır.

CRISPR‑Cas sistemi

CRISPR-Cas sisteminde; CRISPR aralayıcı dizileri tarafından kodlanan küçük CRISPR RNA’ları, transaktive edici bir CRISPR RNA ile bir dubleks oluşturur. Cas9 proteinli dupleks daha sonra belirli bir Cas dizisi için sunulan DNA’yı arar (Deltcheva vd. 2011). Spesifik dizi tanındığında, Cas9 hedef DSB’yi uyarır, bu da konakçı bakteriyel DNA onarım sistemleri tarafından bir hedef gen dizisinin değiştirilmesine neden olur (Tong vd. 2015). Homolog bir modelin katılımı, eklenen şeyin DSB alanına dahil edilmesini garanti eder. Streptococcus pneumonia, L. lactis, E. coli ve probiyotik laktik asit bakteri (LAB) türleri için yüksek endüstriyel öneme sahip öncülerin ve farmasötik ürünlerin üretilmesi için CRISPR tabanlı teknolojiler kullanılmıştır (van der Els ve diğerleri 2018). Şu anda terapötik potansiyele sahip uygun suşlar üretmek için birkaç çeşit CRISPR kullanılmaktadır. A. muciniphila suşunun genom dizilimini, CRISPR belirli nokta kümeleri tanımlamış ve A. muciniphila sisteminin genellikle CRISPR savunma mekanizmasını başlattığı ve CRISPR-Cas9 ile ayarlanabileceği öne sürülmüştür (van Passel vd. 2011). CRISPR keşfi adlı programlanmış bir boru hattı, o zamandan beri, türü ve alt türü karakterize etmek ve sistemin bütünlüğünü açıklamak için genomik kümelerdeki CRISPR tekrarlarının ve Cas genlerinin tanımı için genişletilmiştir (Crawley vd. 2018). Sonuç olarak, bir endojen CRISPR-Cas9 sisteminin, A. muciniphila için konakçının bağışıklık sistemine bypass için genişletilebileceği varsayılmaktadır. 

Sonuç

Konakçı bağırsak mikrobiyal bileşimi, çok çeşitli hastalık durumlarını ve komplikasyonlarını etkilemektedir. Mikrobiyota ve bağırsak sağlığı fonksiyonlarının, A. muciniphila popülasyonu ve onun disbiyozda genellikle yer alması ile ilişkili olduğu sonucuna varılabilir. Günümüzde artan çalışmalar A. muciniphila’nın insan sağlığındaki önemine işaret etmektedir. Böylece onun bolluğu bağırsak insan sağlığının bir göstergesi olarak işlev görmektedir. Sonuç olarak, GI yolundaki azalmış A. muciniphila miktarı çoklu komplikasyonlara sebep olabilmektedir. Ancak bağırsakta hangi filogrubun hangi koşullar altında daha önemli olduğu konusunda çok fazla bilgi eksikliği vardır. Hangi bağırsak faktörlerinin bağırsaktaki A. muciniphila varlığını ve onların etkilerinin yoğunluğunu modüle ettiği hala belirsizliğini korumaktadır. Bu yüzden onları aydınlatmak için daha fazla araştırma yapmak gerekmektedir. Ayrıca, bu çalışmaların farklı etnik gruplardan bireyleri içeren daha fazla bağımsız hastalarda uygulanması gerekli görünmektedir.