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Wie gelangen die symbiotischen Bakterien in einen menschlichen Blinddarm

Wie gelangen die symbiotischen Bakterien in einen menschlichen Blinddarm



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Mein Gedanke zu diesem Thema ist, dass wir einen sehr hohen pH-Wert von etwa 1,8 in unserem Magen haben. Die meisten Bakterien, die durch Nahrung oder einfach nur mit offenem Mund eingedrungen sind, sollten also dadurch abgetötet werden. Wie baut sich eine Bakterienfauna auf? im Blinddarm.


Rolle von Darmbakterien im Nährstoffstoffwechsel *

Der menschliche Dickdarm enthält eine Mikrobiota, deren Bestandteile generisch komplex und metabolisch vielfältig sind. Seine Hauptfunktion besteht darin, Energie aus Kohlenhydraten zu gewinnen, die im oberen Darm nicht verdaut werden. Dies wird durch Fermentation und Absorption der Hauptprodukte, kurzkettige Fettsäuren (SCFA), erreicht, die 40–50% der verfügbaren Energie des Kohlenhydrats ausmachen. Die wichtigsten SCFA, Acetat, Propionat und Butyrat, werden vom Dickdarmepithel (Butyrat), der Leber (Propionat) und dem Muskel (Acetat) metabolisiert. Darmbakterien spielen auch eine Rolle bei der Synthese von Vitamin B und K und dem Stoffwechsel von Gallensäuren, anderen Sterinen und Xenobiotika.

Die Mikroflora des Dickdarms reagiert auch auf die Ernährung. In Gegenwart von fermentierbaren Kohlenhydratsubstraten wie Nicht-Stärke-Polysacchariden, resistenter Stärke und Oligosacchariden wachsen Bakterien und synthetisieren aktiv Protein. Die Menge der Proteinsynthese und des Proteinumsatzes im Dickdarm ist schwer zu bestimmen, jedoch werden täglich etwa 15 g Biomasse mit den Fäzes ausgeschieden, die 1 g Bakterien-N enthalten. Ob bakteriell synthetisierte Aminosäuren jemals aus dem Dickdarm aufgenommen werden, bleibt unklar.

Schließlich reagieren einzelne Mikroorganismen des Dickdarms wie sulfatreduzierende Bakterien, Bifidobakterien und Clostridien selektiv auf bestimmte Nahrungsbestandteile in einer möglicherweise gesundheitsrelevanten Weise.

Diese Rezension basiert auf dem Vortrag von Sir David Cuthbertson, der 1996 auf dem XVIII. Klinischen Kongress der ESPEN in Genf gehalten wurde.


Neue Bakterien im menschlichen Darm gefunden

Nennen Sie es verwandt mit Blaualgen. Cornell und der University of California, Berkeley, haben Forscher ein neues Bakterium identifiziert, das im Grundwasser und im Darm von Säugetieren vorkommt – auch beim Menschen.

Die neu entdeckten Melainabakterien könnten bei der Verdauung von Ballaststoffen eine Rolle spielen, sie sind häufiger bei pflanzenfressenden Säugetieren und bei Menschen mit pflanzenreicher Ernährung vorhanden. Die Mikroben scheinen der Ernährung auch einen Mehrwert zu verleihen, indem sie die Vitamine B und K für ihre Wirte synthetisieren, so eine Studie, die in der Zeitschrift eLife (1. Oktober) veröffentlicht wurde. Die Wissenschaftler haben das Genom des neuen Bakteriums sequenziert und beschreiben das Aussehen und die Funktion der Mikrobe anhand genetischer Hinweise.

Das menschliche Immunsystem erkennt spezifische Sequenzen in den Geißeln kommensaler und symbiotischer Bakterien, einschließlich Melainabakterien, was beweist, dass die Käfer gewöhnliche Darmbewohner sind.

Melainabakterien sind enge Verwandte von Milliarden Jahre alten Cyanobakterien – oft Blaualgen genannt – uralte Photosynthese-Mikroben, die in prähistorischen Zeiten dazu beigetragen haben, den Luftsauerstoff zu erhöhen und wahrscheinlich zu frühen Pflanzenzellen führten.

Da nur etwa ein Viertel aller Bakterien im Labor kultiviert werden kann, suchen Forscher nach einer charakteristischen Gensequenz – der sogenannten 16S-rRNA –, um neue Bakterienarten zu identifizieren. Der menschliche Darm enthält zwischen 10 Billionen und 100 Billionen Bakterienzellen, und die meisten davon fallen in fünf verschiedene Stämme oder Abstammungslinien.

„Wir fingen an, Sequenzen [für Melainabakterien] zu sammeln, aber als wir sie mit anderen Bakterien in Zusammenhang brachten, befanden sie sich im Zweig der Cyanobakterien“, sagte Ruth Ley, Assistenzprofessorin für Mikrobiologie und Senior-Autorin der Studie. Sara Di Rienzi, Postdoktorandin in Leys Labor, ist Co-Leitautorin.

Melainabakterien gehören zu einer gemeinsamen Abstammungslinie mit Cyanobakterien, aber sie divergierten und synthetisierten keine Photosynthese, sagte Ley.

Als Wissenschaftler mit Computerprogrammen genetische Sequenzen von Darmproben analysierten, klassifizierten die Computer Melainabakterien als Cyanobakterien. Aber dann begannen die Forscher zu fragen, warum sie im Darm sind. Einige Forscher vermuteten, dass es sich um Nahrungsreste handelte. Andere fanden ähnliche Sequenzen in Schlammproben. Keiner war im Labor kultiviert worden, daher war ihre Rolle unbekannt.

In der Studie verwendeten die Forscher eine neue Technik zum Zusammenfügen von Bakteriengenomen aus Grundwasser- und menschlichen Stuhlproben. „Mit dieser neuen Technologie können Sie Genome aus komplexen Bits zusammensetzen, die Sie vorher nicht hätten zusammenbauen können“, sagt Ley.

Di Rienzi und Kollegen entnahmen vier Proben, drei menschliche Stühle und eine aus einem Grundwasserleiter, wo die neuen Bakterien bis zu 4 Prozent der Mikrobengemeinschaft ausmachten. Mit der neuen Technik setzten sie acht Genome zusammen, eines davon aus der Aquifer-Probe. Die Genome bestätigen auch, dass der Darm und die Umwelt-Melainabakterien in separate Subphyla gehören.

Die Forscher glauben auch, dass Melainabakterien die Fermentation im Darm erleichtern, wahrscheinlich um Pflanzenfasern abzubauen, wobei als Nebenprodukt Wasserstoffgas entsteht. Aber wenn sich Wasserstoff ansammelt, stoppt er den Fermentationsprozess. Der neue Fehler beruht wahrscheinlich auf einer Partnermikrobe, die Wasserstoff verarbeitet, sagte Ley. Und wegen dieser Verlässlichkeit kann es nicht in „Reinkultur“ im Labor gewonnen werden, weshalb so wenig darüber bekannt war.

Die Studie bietet ein Beispiel dafür, wo neue genomische Technologien, menschliche Gesundheit und evolutionäre Mikrobiologie zusammenkommen, sagte Di Rienza. „Melainabakterien sind ein Aushängeschild der Mikrobiologie“, fügte sie hinzu.

Itai Sharon, eine Postdoktorandin, ist auch Co-Leitautorin der Studie, und Jillian Banfield, Professorin für Geomikrobiologie, ist die andere korrespondierende Autorin des Artikels, beide an der University of California, Berkeley.


Gehen Sie mit dem Darm: Unsere symbiotische Beziehung zu unseren Darmbakterien

VOICE-OVER
Das ist Up Close, die Forschungs-Talkshow der University of Melbourne, Australien.

ANDI HORVATH
Ich bin Dr. Andi Horvath, danke, dass Sie sich uns angeschlossen haben. Heute bringen wir Sie ganz nah an Ihre eigenen Mikroben heran. Es gibt buchstäblich Billionen von Mikroben, die in und auf unserem Körper leben. Dazu gehören Bakterien, Pilze wie Hefen, Parasiten und Viren. Sie sind unseren menschlichen Zellen zahlenmäßig zehn zu eins überlegen und ihre Gene sind unseren Genen hundertfach überlegen. Aber der Mensch ist nicht nur ein wandelnder Wirt für ein komplexes System von Mikroorganismen, sondern eine kritische Symbiose, ohne sie können wir nicht existieren und sie brauchen sie auch für uns zum Überleben.

Mikroben führen Funktionen aus, die unsere Zellen nicht ausführen können. Wie bestimmte Kohlenhydrate verdauen, aber die Gemeinschaft von Mikroben, bekannt als das Mikrobiom, liefert Metaboliten, die tatsächlich unsere menschlichen Gene beeinflussen und Dinge wie unsere Verdauungsprozesse, unser Hormon- und Immunsystem und sogar unser Gehirn regulieren.

Sie haben wahrscheinlich schon vom Human Genome Project gehört, der Karte aller menschlichen Gene. Nun, es ist die Ära des Human Microbiome Project. Seit 2012 haben sich Wissenschaftler zum Ziel gesetzt, die Mikroben, ihre Gene und ihre Verbindung zu unserer Gesundheit und unseren Krankheiten zu charakterisieren. Zum Beispiel sind die Ursachen der rheumatoiden Arthritis noch unbekannt, aber wissenschaftliche Beweise deuten darauf hin, dass ein aus dem Gleichgewicht geratenes Mikrobiom schuld sein könnte.
Mikrobiomprobleme könnten auch hinter Diabetes, Fettleibigkeit sowie bestimmten Krebsarten und psychischen Störungen stehen. Das optimale Gleichgewicht der Anzahl und Arten von Mikroben ist wichtig und viele Bakterien halten uns gesund, indem sie die richtigen menschlichen Gene für ein gesundes menschliches Funktionieren kontrollieren.

Um die Welt des Mikrobioms und seine jüngsten Forschungen zur Darmmikrobenchemie zu diskutieren, ist der außerordentliche Professor Spencer Williams von der School of Chemistry und dem Bio21 Institute der University of Melbourne. Spencers jüngste Arbeit untersucht die Chemie von Hefe fressenden Darmbakterien, die neue Hinweise auf neue Behandlungsmethoden für Menschen mit Darmerkrankungen liefert.

Willkommen bei Up Close Spencer.

SPENCER WILLIAMS
Guten Morgen Andi.

ANDI HORVATH
Spencer, orientiere uns. Wo genau befindet sich das menschliche Mikrobiom, befindet es sich hauptsächlich in unserem Darm und wie kommt es dorthin?

SPENCER WILLIAMS
Das menschliche Mikrobiom beschreibt also eine Bakterienpopulation, eine Bakteriengemeinschaft, die an der Oberfläche unseres Körpers lebt. Jede Körperoberfläche, die der Umwelt ausgesetzt ist, ist von Bakterien bewohnt. Die offensichtlichen Oberflächen wären also die Haut und es gibt sicherlich Bakterien, die auf der Haut leben, aber die wichtigeren Öffnungen sind um Ihre Augen, Ihre Nase und Ihren Mund und insbesondere der Magen-Darm-Trakt. Der Großteil des menschlichen Mikrobioms befindet sich im Magen-Darm-Trakt.

ANDI HORVATH
Wie kommt es also dorthin?

SPENCER WILLIAMS
Wenn Sie geboren werden, sind Sie unfruchtbar, Sie haben keine Bakterien in Ihrem Körper. Bei der Geburt werden Sie zum ersten Mal mit Bakterien geimpft. Es hängt von der Art der Geburt ab, wenn Sie bei einer normalen Geburt durch den Geburtskanal wandern, werden Sie einer Vielzahl von Bakterien ausgesetzt. Wenn Sie einen Kaiserschnitt haben, sind Sie in der Regel einer anderen Bakterienpopulation ausgesetzt.

Anschließend hängt die Art dieser Population, insbesondere in Ihrem Magen-Darm-Trakt, davon ab, wovon Sie ernährt werden. Wenn Sie also gestillt werden, fördert die Zusammensetzung der Muttermilch das Wachstum bestimmter Bakterien, insbesondere Bifidobakterien, und wenn Sie mit handelsüblichen Babymilchformulierungen gefüttert werden, werden diese normalerweise aus Kuhmilch getrocknet, das ist eine ganz andere Zusammensetzung und Sie haben andere Mikroben die deinen Darm bevölkern.

Während der Entwöhnung kommt es zu Veränderungen in der Mikropopulation und letztendlich werden Sie sowohl von Ihrer Umgebung, den Bakterien, denen Sie ausgesetzt sind, als auch von der Art der Nahrung, die Sie zu sich nehmen, beeinflusst.

ANDI HORVATH
Hab dich. Was also beeinflusst die Art und Zusammensetzung von Mikroben noch? Wie unterschiedlich ist es von Mensch zu Mensch, und gibt es Muster von Mikroben, die irgendwie universell sind?

SPENCER WILLIAMS
Es ist eine komplexe Antwort auf diese Frage, es wurden umfangreiche Proben der Mikrobiomzusammensetzung einer Vielzahl von Individuen durchgeführt. Viele davon könnten Sie als gesunde Individuen bezeichnen. Im Allgemeinen wird festgestellt, dass es etwa 500 Arten gibt, die regelmäßig vorkommen. Es gibt sicherlich einige wichtige Arten, die häufig vorkommen, es gibt die Bacteroides und Firmicutes, die besonders häufige Gattungen sind, von denen Sie viele Unterarten haben.

Es wurde festgestellt, dass es bestimmte Keystone-Arten gibt, die, wenn diese Keystone-Art vorhanden ist, dann mit vielen anderen Bakterienarten gefunden werden. Ein bisschen wie vielleicht eine Koralle an einem Riff ist diese Koralle eine Schlüsselart, die bestimmte Fische anziehen kann. Es gibt erhebliche Veränderungen in der Zusammensetzung Ihrer Mikrobiota, die davon abhängen, was Sie essen. Es gibt Gruppen in Japan, die Algen essen und bestimmte Bakterien haben, die die Fähigkeit verleihen, einige der Kohlenhydrate in Algen abzubauen. Es würde davon abhängen, wo Sie auf der Erde leben, und es würde von Ihrer Gesundheitsgeschichte abhängen.

Selbst innerhalb dieses Bereichs gibt es wahrscheinlich eine breite Palette verschiedener Änderungen. Sie könnten also einen gesunden Menschen aus Griechenland haben und versuchen, ihn mit einem gesunden Menschen zu vergleichen, der in Tibet lebt. Sie wären beide gesund, sie hätten das, was wir als gesunde Mikrobiome bezeichnen würden, aber die Zusammensetzung dieser Mikrobiome könnte sich noch ganz erheblich ändern.

ANDI HORVATH
Okay, es gibt eine gewisse Variation innerhalb des Mikrobioms. Wie beeinflussen dann die Darmbakterien die komplexen Systeme des Körpers, wie das Immunsystem?

SPENCER WILLIAMS
Diese Bakterien sind also eng mit unserem Körper verbunden und insbesondere das Immunsystem ist ein sehr komplexes System. Es gibt Teile unseres Immunsystems, die tief in unserem Körper verborgen sind, aber ein Großteil unseres Immunsystems ist nach außen gerichtet. Es ist also an der Oberfläche unseres Körpers vorhanden.

Natürlich kann es mit diesen Mikroben interagieren, die in der Mikrobiota vorkommen. Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Mechanismen dafür, wie die Mikrobiota das Immunsystem beeinflussen kann. Diese Mikrobiota sind Bakterien und produzieren Metaboliten, die durch das Immunsystem Signale senden können, und diese Signalgebung ist manchmal kritisch - Sie haben in Ihrer Einleitung erwähnt, dass Bakterien oft an Symbiose beteiligt sind. Diese Signalisierung kann also eine gute Sache für Sie sein. Aber diese Bakterien sind manchmal an der Pathogenese beteiligt und daher kann die Signalübertragung schlecht sein.

Die Signalwege zum Beispiel, die wichtigen, befinden sich tief im distalen Darm Ihres Körpers. Es wurde zum Beispiel festgestellt, dass Bakteroide, über die wir später noch sprechen werden, die Fähigkeit zur Produktion kurzkettiger Fettsäuren bereitstellen. Dazu gehören Dinge wie Essigsäure, Propionsäure und Buttersäure. Essigsäure, die Ihre Zuhörer natürlich wissen sollten, ist in Essig enthalten.

Es stellt sich heraus, dass, wenn Sie Essig als Teil Ihrer Ernährung essen, dieser im proximalen Teil Ihres Darms absorbiert wird und nicht tief in Ihren distalen Darm eindringen kann. Aber die Bakterien, die im distalen Darm leben, produzieren diese kurzkettigen Fettsäuren, einschließlich Acetat, und es wurde gezeigt, dass das Acetat eine Reihe von Funktionen haben kann. Es kann als Nahrungsquelle für Epithelzellen dienen, die Ihren Magen-Darm-Trakt auskleiden und sie in einer eigentlich nährstoffarmen Umgebung nähren, da Sie alle Leckereien früh in Ihrem Verdauungstrakt extrahiert haben. Zweitens wirken diese Moleküle als Signalmoleküle.

So erschien 2013 insbesondere eine Veröffentlichung, in der sie zeigten, dass Acetat auf der Oberfläche einer Unterklasse von T-Zellen mit einem Signalprotein, einem sogenannten G-Protein-gekoppelten Rezeptor, verbunden ist. Dies waren T-Helferzellen und es stimuliert die T-Helferzellen, und T-Helferzellen sind eine wichtige Unterklasse von T-Zellen, die andere T-Zellen kontrollieren. T-Zellen sind im Allgemeinen eine Gruppe von Zellen, die eine zentrale Rolle bei der Bekämpfung von Infektionen und dem Status unseres Immunsystems spielen.

ANDI HORVATH
Ich bin Andi Horvath und unser heutiger Gast ist der Chemiker Spencer Williams. Wir sprechen hier bei Up Close über das menschliche Mikrobiom und die Chemie der Darmmikroben.

Die letzten 50 Jahre der westlichen Ernährung haben dazu geführt, dass wir mehr verarbeitete Lebensmittel zu uns nehmen und eine Reihe von Arzneimitteln konsumieren. Es gibt eine Zunahme von Herzerkrankungen, Diabetes und sogar Autismus-Spektrum-Störungen. Spencer, wir würden sicherlich eine Veränderung im Ökosystem des Darms sehen. Gibt es also einen Zusammenhang zwischen diesen speziellen Krankheiten und Veränderungen im Mikrobiom?

SPENCER WILLIAMS
Nun, um einen Schritt zurück zu gehen, gibt es eine starke Korrelation zwischen erkrankten Menschen – also den erkrankten menschlichen Zuständen – und der Zusammensetzung Ihrer Mikrobiota. Eine große Frage war also, ist dies nur eine Korrelation, die zufällig ist oder gibt es eine Ursache? Eine Veränderung in der Zusammensetzung Ihres Mikrobioms, die diese Krankheiten irgendwie verursacht. Die Antwort für einige dieser Krankheiten scheint zunehmend ja zu sein.

Vor etwa einem halben Jahrzehnt gab es eine schöne Studie, in der sie eine Ratte nahmen, die genetisch dazu veranlagt war, fettleibig zu werden, und sie eine Mikrobiom-Transplantation aus ihrem Darm in eine magere Maus durchführten und sie konnten zeigen, dass die magere Maus einfach durch die Natur des Mikrobioms in seinem Darm veränderte, wurde fettleibiger. Ich denke, das ist ein wirklich schönes, klares Beispiel dafür, dass die Zusammensetzung des Mikrobioms einen großen Einfluss auf ein aus unserer Sicht sehr komplexes Problem wie Fettleibigkeit hat.

Es gibt viele andere Beispiele, die identifiziert werden, und das besondere, an dem ich mich interessiere, ist Morbus Crohn. Morbus Crohn ist eine wenig verstandene Autoimmunerkrankung, die jedoch zu einer schlechten Darmfunktion führt, in der Regel Durchfall, regelmäßigem Stuhlgang, oft viele Toilettengänge stündlich, geschweige denn täglich viele Toilettengänge. Es handelt sich also um eine schwere, schwächende Krankheit, die tiefgreifende Auswirkungen auf die Betroffenen hat.

Morbus Crohn wird oft durch ein Bakterium Clostridium difficile verursacht, daher ist die Grundlage dieser Krankheit in vielen Fällen ziemlich klar, dass Clostridium difficile das Problem verursacht. Menschen mit Morbus Crohn haben oft mehr von diesem Fehler, Menschen ohne Morbus Crohn haben entweder keinen oder nur einen kleinen Teil davon.

ANDI HORVATH
Wir werden auf Morbus Crohn Spencer zurückkommen, weil dies Ihr Forschungsgebiet ist, aber ich habe eine brennende Frage. Das heißt, wie reagiert das Mikrobiom auf Lebensmittel wie künstliche Süßstoffe? Der Körper ist diesen Molekülen noch nie begegnet, wie geht er damit um?

SPENCER WILLIAMS
Erst kürzlich gab es eine Studie zum Einsatz von künstlichen Süßstoffen. Künstliche Süßstoffe sind eine interessante Sache, die seit den 1970er Jahren in unserer Ernährung üblich ist. Ein interessanter Punkt bei künstlichen Süßstoffen ist, dass sie keinen Einfluss auf die Menge an Zucker haben, die wir essen. Wir scheinen einen unstillbaren Appetit auf gesüßte Lebensmittel zu haben, selbst wenn wir künstliche Süßstoffe einnehmen, neigen wir immer noch dazu, erhebliche Mengen an normalen Süßstoffen wie Saccharose zu konsumieren.

Aber diese aktuelle Studie untersuchte die Wirkung auf Tiere, die mit künstlichen Süßstoffen gefüttert wurden. Also Dinge wie Aspartam und Saccharin, die meiner Meinung nach jetzt verboten sind, und Sucralose und verwandte künstliche Süßstoffe. Sie zeigten, dass Ratten und Mäuse, die mit diesen künstlichen Süßstoffen gefüttert wurden, metabolische Syndrome induzierten, ein metabolisches Syndrom umfasst eine Vielzahl verschiedener Erkrankungen, einschließlich Fettleibigkeit und Typ-2-Diabetes. Aus dieser Studie geht hervor, dass der Verzehr dieser künstlichen Moleküle, die in künstlichen Süßstoffen enthalten sind, eine der Ursachen für die Induktion des metabolischen Syndroms war.

Das Ergebnis dieser Studie war also, dass diese künstlichen Süßstoffe mit einer Zunahme von Fettleibigkeit und Diabetes korrelierten. Dies wurde bei Tieren durchgeführt.

ANDI HORVATH
Und das wirft die Frage auf, können wir Krankheiten tatsächlich heilen, indem wir das menschliche Mikrobiom managen? Können wir gute Umgebungen wie die Art des präbiotischen Ansatzes schaffen? Oder können wir die Käfer tatsächlich als eine Art probiotischen Ansatz ersetzen?

SPENCER WILLIAMS
Es gibt zwei Möglichkeiten, wie Sie Ihr Mikrobiom manipulieren können. Eine besteht darin, jemanden einfach mit dem, was wir für gute Bakterien halten, zu impfen und vielleicht zu hoffen, dass sie die schlechten Bakterien verdrängen oder ihnen eine Antibiotikakur geben, um die schlechten Bakterien abzutöten und zu hoffen, dass sie sich wieder mit guten Bakterien besiedeln. Das ist ein probiotischer Ansatz, und wir nutzen diese Ansätze bereits beim Verzehr von Joghurt und ähnlichem, aber ich denke, es besteht eine gute Chance, dass wir diesen Ansatz auf ein breiteres Spektrum von Bakterien und vielleicht sogar genetisch erweitern könnten manipulierte Bakterien, die die Fähigkeit haben, Moleküle zu produzieren, von denen wir jetzt lernen, sind gut für die Gesundheit.

Ein zweiter Ansatz besteht darin, unsere Ernährung umzustellen. Bevorzugen bestimmte Käfer bestimmte Nahrungsquellen in den Dingen, die wir essen, und möglicherweise bevorzugen andere Käfer andere Nahrungsquellen in den Dingen, die wir essen, und könnten wir durch eine Ernährungsumstellung oder bestimmte Zusatzstoffe das Wachstum eines Bakteriums fördern, hoffentlich eines nützlichen Bakteriums? , gegenüber einem Bakterium, das Krankheiten verursacht.

Ich gebe ein Beispiel für eine weitere aktuelle Studie, die gleich zu Beginn dieses Jahres im Jahr 2015 veröffentlicht wurde. In dieser Studie, die sich mit Clostridium difficile befasst, das, wie ich bereits erwähnte, eine der Ursachen von Morbus Crohn ist, wird die Frage gestellt Warum besiedelt Morbus Crohn den Darm und verdrängt sie ein anderes Bakterium, und wenn Sie feststellen könnten, welches andere Bakterium sie verdrängt, könnten Sie eine infizierte Person vielleicht mit diesem anderen Bakterium superkolonisieren, das überhaupt dort hätte sein sollen. Was diese schöne Studie, die in Nature veröffentlicht wurde, zeigte, war, dass es eine andere Sorte von Clostridium gibt, die nicht pathogen ist, aber die Fähigkeit besitzt, Clostridium difficile super zu kolonisieren und zu verdrängen. Es handelt sich also eigentlich um eine Bakteriotherapie, mit der Sie das Mikrobiom manipulieren und die Symptome von Morbus Crohn lindern würden.

ANDI HORVATH
Also bist du eigentlich, was du isst?

SPENCER WILLIAMS
Oh, ich denke, genau das ist der Fall und es wird immer offensichtlicher, dass unsere Ernährung und die Käfer, die in unserem Darm leben, tiefgreifende Auswirkungen auf unsere Gesundheit haben.

ANDI HORVATH
Ich bin Andi Horvath und du hörst Up Close. In dieser Folge sprechen wir mit dem Chemiker Spencer Williams über unser Mikrobiom.

Nun essen die Menschen seit 7000 Jahren fermentierte Speisen und Getränke, einschließlich Bier und Brot. Dies hat zur Entwicklung von Bakterien geführt, die Hefe aus den fermentierten Lebensmitteln fressen. Die bei Bt bekannten Bakterien könnten möglicherweise der Schlüssel zur Stärkung des Immunsystems des Menschen sein und verschiedene Darmerkrankungen wie Morbus Crohn behandeln. Spencer, lass uns runter. Wie funktionieren hefefressende Bakterien in unserem Verdauungssystem?

SPENCER WILLIAMS
Nun, es gibt ein paar Antworten auf diese Frage, die Frage ist zunächst, woher sie kommen? Menschen domestizieren also andere Organismen, um in unseren Diensten zu dienen, offensichtlich sind Rinder und Schafe ein Beispiel, aber wir haben auch Mikroorganismen domestiziert und es wird geschätzt, dass wir vor etwa 7000 Jahren Hefe domestiziert haben und sie zu einem gängigen Bestandteil unserer Ernährung geworden ist. Sie haben natürlich fermentierte Lebensmittel erwähnt, also Dinge, die wir essen wie Brot und besonders flaschenfermentierte Ales, auch Sojasauce.

Wir essen regelmäßig kleine Mengen von Pilzen als Teil unserer Ernährung. Daher ist es wohl nicht überraschend, dass sich unser Darm an diese Ernährungsumstellung angepasst hat. Diese aktuelle Studie, die wir 2015 in Nature veröffentlicht haben, hat gezeigt, dass es in unserem Darm spezielle Bakterien gibt, die die Fähigkeit bieten, Zellwandkomponenten von Hefen in unserer Ernährung abzubauen. Wie ich bereits erwähnt habe, hat der Mensch viele verschiedene Organismen domestiziert und dies fließt tatsächlich auch auf andere Tierarten durch.

Also machten wir uns auf die Suche, wo dieses Bakterium zu finden ist und wo es in anderen Organismen zu finden ist. Tatsächlich waren die einzigen anderen Orte, an denen wir diese Bakterien lokalisieren konnten, bei Schweinen und sie befanden sich in einem Schweinestall neben einer Brauerei. Natürlich ist eine Brauerei, eines der Nebenprodukte einer Brauerei, verbrauchtes Biertreber. Dies ist also Getreide, das mit Hefe fermentiert wurde und ein industrielles Nebenprodukt ist, das Sie dann an Schweine verfüttern, und natürlich haben diese Schweine jetzt eine Vorgeschichte des Verzehrs von domestizierter Hefe und auch diese Schweine hatten Bakterien im Darm - das hatte die Die gleiche Fähigkeit, von der wir dachten, dass sie nur beim Menschen vorhanden ist, hat sich tatsächlich auf eine Tierart ausgeweitet, die wir identifizieren konnten.

ANDI HORVATH
Wie funktioniert dieses hefefressende Bakterium technisch in unserem Verdauungssystem und verbindet es mit Morbus Crohn?

SPENCER WILLIAMS
Dieses Bakterium lebt in unserem distalen Darm, so tief in unserem Verdauungssystem. Wenn wir Nahrungsmittel konsumieren, bauen wir früh in unserem Verdauungssystem bestimmte Polysaccharide ab, also Dinge wie Stärke und Saccharose, sie werden abgebaut und wir verwenden sie als Nahrung. Andere Polysaccharide, die Dinge wie Ballaststoffe und in diesem Fall die Zellwand der Hefe umfassen, passieren unseren Magen-Darm-Trakt und erreichen unseren distalen Darm. Dort leben die Bakterien und nutzt die Zellwandbestandteile der Hefe als eine Art Nahrung.

Unsere Arbeit hat nun gezeigt, dass das Bakterium über eine wirklich komplexe Maschinerie von Enzymen verfügt, die sich auf der Oberfläche der Bakterien befinden und diese sehr komplexen Strukturen in der Hefezellwand trimmen und dann in den sogenannten periplasmatischen Raum importieren können einen Raum zwischen der Außenwand und der Innenwand, wo sie dann zu einzelnen Monosacchariden abgebaut werden, also nur Einzelzuckern, die direkt energetisch verwertbar sind.

Sie haben in Ihrer Eröffnung erwähnt, dass diese Bakterien an einer Symbiose beteiligt sind und tatsächlich diese Bakterien die kurzkettigen Fettsäuren produzieren, die ich zuvor erwähnt habe. Beim Verdauen der Hefezellwand und tatsächlich anderer Polysaccharide produzieren sie eine Vielzahl von kurzkettigen Fettsäuren, die dann freigesetzt werden und unsere Zellwand nähren.

Eine der interessanten Komponenten unserer Studie war manchmal Bacteroides thetaiotaomicron, das als Schlüsselart fungiert und andere Bakterien können um sie herum leben. Aber gerade bei diesem Bestandteil der Hefezellwand hat er einen egoistischen Mechanismus, er nimmt ihn ausschließlich auf und gibt nichts ab. Diese Idee einer bestimmten Nahrungsquelle, die nur von einem bestimmten Bakterienstamm genutzt werden kann, kann also in der Biotechnologie und möglicherweise bei der Behandlung der menschlichen Gesundheit Verwendung finden.

Was hat das mit Morbus Crohn zu tun? Es ist eine ziemlich komplexe Geschichte, aber lassen Sie uns die Probleme langsam durcharbeiten. Der direkte Zusammenhang ist also vielleicht nicht vorhanden, aber es gibt viele interessante Verbindungen. Patienten mit Morbus Crohn haben oft einen Marker-Antikörper, den sie produzieren, den sogenannten ASCA-Antikörper. Wofür ASCA steht, ist der Anti-Saccharomyces cerevisiae-Antikörper und Saccharomyces cerevisiae ist Hefe. Daher haben Menschen mit schwerem Morbus Crohn oft einen Antikörper gegen Hefepilze.

Was erkennt dieser Antikörper spezifisch in Hefe? Nun, es erkennt die gleichen Strukturen, die wir gezeigt haben, dass dieser Organismus, Bacteroides thetaiotaomicron, die Fähigkeit hat, abzubauen. Wenn Sie also versuchen, darüber nachzudenken, was Bt liefern könnte, könnte es die Fähigkeit bieten, dieses Kohlenhydrat in der Zellwand der Hefe abzubauen, sodass es vom Immunsystem nicht erkannt werden kann und möglicherweise keine Autoimmunität verursacht.

Wenn dies der Fall wäre, könnte man denken, dass Menschen mit Morbus Crohn weniger von diesem Fehler haben, was dazu führen könnte, dass sie mehr Hefe im Darm haben und dies zu diesen Autoimmunreaktionen führen könnte, und Menschen, die gesund sind, die dies nicht haben Morbus Crohn könnte mehr von diesem Fehler haben und folglich haben sie weniger Hefezellwände, weil alles verbraucht wurde. Das scheint tatsächlich der Fall zu sein.

ANDI HORVATH
Spencer, Bt hat nun von der Federal Drug Administration den Orphan-Drug-Status erhalten und wird bei Morbus Crohn bei Kindern eingesetzt. Was bedeutet das genau und was bedeutet das?

SPENCER WILLIAMS
Der pädiatrische Morbus Crohn bezieht sich natürlich auf den Morbus Crohn, der Säuglinge betrifft. Wenn Sie sich also vorstellen, wie schwächend es für Erwachsene ist, ist es besonders schwächend für Kinder. Bt wurde also der Orphan-Drug-Status zuerkannt, weil es keine anderen Behandlungen gibt. Dies ist also eine schwächende Krankheit, bei der es wirklich keine Möglichkeiten gibt, diese Kinder zu behandeln. Daher untersucht dieses Unternehmen den Einsatz von Bt als Bakteriotherapie, um eine normale Mikrobiomzusammensetzung wiederherzustellen und hoffentlich die Probleme von Morbus Crohn zu überwinden.

ANDI HORVATH
Warum sind manche Menschen empfindlich gegenüber Hefen und könnten diese Menschen möglicherweise Bt verwenden?

SPENCER WILLIAMS
Ich denke, es gibt eine breite Palette von Gründen, warum Menschen empfindlich auf Hefe reagieren, und es gibt eine Menge interindividueller Variabilität, so dass es wahrscheinlich nicht gut verstanden wird, und ich frage mich, ob die Leute es jemals besonders gut verstehen werden oder nicht. Aber ich denke, in diesem Fall von Morbus Crohn zeichnet sich ab, dass es einen stärkeren Zusammenhang gibt. Die Leute konsumieren Hefe, wenn sie nicht in ihrem Darm abgebaut wird, erzeugen Sie eine Immunantwort dagegen und irgendwie führt dies zu einer Veränderung Ihres Immunstatus und verursacht die Symptome von Morbus Crohn.
Wenn das tatsächlich der Fall ist, dann könnte ein Bakterium, das die Fähigkeit besitzt, die Hefezellwand abzubauen und keine sogenannten Epitope zu produzieren, die Teile der Hefezellwand, die vom Immunsystem erkannt werden, eine Möglichkeit sein, diese Menschen zu behandeln oder ihnen erlauben, ihre Symptome zu behandeln.

ANDI HORVATH
Also, Spencer, wohin führt diese Arbeit mit Hefe und Bt?

SPENCER WILLIAMS
Nun, eine Richtung, die unserer Meinung nach nützlich sein könnte, ich habe bereits erwähnt, dass die Menge an Bt in Ihrem Darm mit einer positiven Gesundheit zu korrelieren scheint, obwohl Sie vorsichtig sein müssen, gibt es andere Studien, die zeigen, dass wenn Sie zu viel Bt in Ihrem Körper haben Darm, der auch zu anderen Problemen führen kann.

Wenn wir also über präbiotische Strategien nachdenken, ist es möglich, jemandem Hefe absichtlich zu verfüttern, um das Wachstum von Bt zu fördern? Nun ist Hefe tatsächlich leicht genetisch manipuliert und die spezielle Zellwandstruktur, mit der wir es hier zu tun haben, das Mannan, gibt es viele Mutanten, die alle möglichen unterschiedlichen Strukturen haben und wir haben gezeigt, dass einige dieser Mutanten bessere Auswirkungen auf das Wachstum haben als andere.

Ich frage mich, ob gentechnisch veränderte Hefeformen, die bestimmte Zellwandstrukturen produzieren, in unsere Ernährung aufgenommen werden können und ob sie das Wachstum nützlicher, nützlicher Bt-Populationen in unserem Darm fördern.

ANDI HORVATH
Hat Bt also auch das Potenzial für andere Anwendungen?

SPENCER WILLIAMS
Es ist ein genetisch kontrollierbarer Organismus und es ist möglich, ihn gentechnisch zu verändern, um Medikamente herzustellen. Wenn wir also eine Person haben würden, die eine regelmäßige Dosis eines Medikaments benötigt, um gesund zu bleiben, könnten wir sie vielleicht mit einer gentechnisch veränderten Form von Bt impfen, die dann ihren Darm besiedeln könnte, und wir könnten sicher sein, dass diese Bakterien würden weiterhin in diesem Darm leben, indem sie sicherstellen, dass sie eine bestimmte Form von Hefe essen, von der wir heute wissen, dass sie durch einen egoistischen Mechanismus wirkt. Und ein schöner Teil dieser Idee könnte sein, dass wir dann die Hefe aus der Nahrung entfernen und den Bakterienstamm aus ihrem Darm entfernen könnten, wenn sie dieses Medikament nicht mehr benötigen.

ANDI HORVATH
Es scheint viele wissenschaftliche Hinweise auf Glykane und Polysaccharide zu geben, von denen ich weiß, dass sie Ihre Lieblingsmoleküle sind. Aber wenn es um Darmmikroben geht, können Sie uns erklären, warum diese wichtigen Moleküle sind?

SPENCER WILLIAMS
Ich denke, sie sollten jedermanns Lieblingsmolekül sein, weil man diese Dinge regelmäßig konsumiert. Wir alle haben also von Kohlenhydraten gehört, tatsächlich ist Kohlenhydrate ein sehr allgemeiner Begriff und wir können Kohlenhydrate in zwei Gruppen aufteilen. Diejenigen, die wir verdauen können, die Dinge wie Stärke und Saccharose umfassen, und diejenigen, die wir nicht verdauen können, die etwas wie Holz, Zellulose und lösliche Ballaststoffe wie Beta-1 3-D-Glucan enthalten, die Sie in Hafer finden.

Es stellt sich also heraus, dass viele der Käfer in unserem Darm von unverdaulichen Kohlenhydraten überleben, dies wäre sinnvoll. Natürlich nehmen wir in unserem Darm die verdaulichen zu uns und das versorgt uns mit Energie, wovon werden diese Bakterien leben? Nun, sie haben die Fähigkeit, sogenannte unverdauliche Kohlenhydrate abzubauen, und daher ist dies ihre Hauptnahrungsquelle.

Tatsächlich ist es nicht ganz so einfach. Wie ich bereits erwähnt habe, gibt es eine Symbiose, dass, wenn diese Käfer diese unverdaulichen Kohlenhydrate abbauen, sie kurzkettige Fettsäuren freisetzen, die wir als Nahrung verwenden, und es wird geschätzt, dass wir etwa 10 Prozent unserer Kalorienaufnahme von Käfern beziehen, die sogenannte unverdauliche Kohlenhydrate verdauen und liefern sie uns als Teil dieser Symbiose.

You also mentioned in your introduction that there are many more genes encoded by the bacteria that live in our gut than we have genes encoded ourselves so in fact these bacteria have a rich capacity to degrade almost every single carbohydrate that you could imagine that is in your diet and convert them into a beneficial food source. Humans are omnivores, we change what we eat every day, between meals. So these bacteria, particularly in humans, have evolved this capacity to be generalist, so called glycan generalist and break down lots of different types of carbohydrates depending on your whim of today, whether you're going to have a sandwich or muesli.

ANDI HORVATH
If that doesn't make you eat more fibre and drink more yoghurt, nothing will. Associate professor Spencer Williams, chemist at the Bio21 Institute, School of Chemistry, University of Melbourne, thank you for being our guest on Up Close today.

SPENCER WILLIAMS
Thanks for having me Andi.

ANDI HORVATH
Relevant links, a full transcript and more info on this episode can be found on our website. Up Close is a production of the University of Melbourne, Australia. This episode was recorded on the 29th of January, 2015. Producer was Eric van Bemmel. Audio engineering by Gavin Nebauer. Up Close was created by Eric van Bemmel and Kelvin Param. I'm Doctor Andi Horvath, cheers.

VOICEOVER
You've been listening to Up Close. For more information visit upclose.unimelb.edu.au. You can also find us on Twitter, and Facebook.
Copyright 2015, the University of Melbourne.

Die Up Close podcast hears from chemistry researcher Professor Spencer Williams on the rapidly emerging understanding of human microbiota – the diverse and numerous microorganisms that reside on and within our bodies – and particularly how the composition of our gut flora can determine the state of our own health.

“There’s a strong correlation between diseased states and the composition of your microbiota,” he says.

Chronic fatigue syndrome a kick in the guts

“So a big question has been is this just coincidental or is there a cause? Is there change in the composition of your microbiome somehow causing these diseases? Increasingly the answer for some of these diseases appears to be yes.”


Abstrakt

Mycoplasmas are the smallest autonomously self-replicating life form on the planet. Members of this bacterial genus are known to parasitise a wide array of metazoans including vertebrates. Whilst much research has been significant targeted at parasitic mammalian mycoplasmas, very little is known about their role in other vertebrates. In the current study, we aim to explore the biology of mycoplasmas in Atlantic Salmon, a species of major significance for aquaculture, including cellular niche, genome size structure and gene content. Using fluorescent in-situ hybridisation (FISH), mycoplasmas were targeted in epithelial tissues across the digestive tract (stomach, pyloric caecum and midgut) from different development stages (eggs, parr, subadult) of farmed Atlantic salmon (Salmo salar), and we present evidence for an intracellular niche for some of the microbes visualised. Über shotgun metagenomic sequencing, a nearly complete, albeit small, genome (

0.57 MB) as assembled from a farmed Atlantic salmon subadult. Phylogenetic analysis of the recovered genome revealed taxonomic proximity to other salmon derived mycoplasmas, as well as to the human pathogen Mycoplasma penetrans (

1.36 Mb). We annotated coding sequences and identified riboflavin pathway encoding genes and sugar transporters, the former potentially consistent with micronutrient provisioning in salmonid development. Our study provides insights into mucosal adherence, the cellular niche and gene catalog of Mycoplasma in the gut ecosystem of the Atlantic salmon, suggesting a high dependency of this minimalist bacterium on its host. Further study is required to explore and functional role of Mycoplasma in the nutrition and development of its salmonid host.


Human Digestive System

“It is the process by which large complex insoluble organic food substances are broken down into smaller simpler soluble molecules by the help of enzymes”.
Digestion in man is mechanical (break down) as well as chemical (enzymatic hydrolysis)

HETEROTROPHIC, i.e. man is dependent upon ready made food.

TYPE OF DIGESTION

EXTRACELLULAR, i.e. digestion takes place outside the cells but within GIT.

TYPE OF DIGESTIVE SYSTEM

TUBE LIKE DIGESTIVE SYSTEM, i.e,
Digestive cavity is separated from body cavity.
It has both openings, mouth and anus.
“Complete” digestive sytem
This one way tube is known as GASTRO-INTESTINAL TRACT (GIT)

ORGANS OF GASTRO-INTESTINAL SYSTEM

The adult digestive system is a tube approximately 4.5m (15ft) long and comprises of

(A) G I T
1. MOUTH
2. ORAL CAVITY -> TEETH, TONGUE
3. PHARYNX
4. OESOPHAGUS
5. STOMACH
6. SMALL INTESTINE -> DUODENUM, JEJUNUM, ILEUM
7. LARGE INTESTINE -> CAECUM, RECTUM, COLON
8. ANUS -> PAROTID

(B) ASSOCIATED GLANDS
1. SALIVARY GLANDS -> SUBLINGUAL, SUBMANDIBULAR
2. LIVER
3. PANCREAS

The anterior or proximal opening of gut, which is bounded anteriorly by lips. It opens into oral cavity.

FUNCTION
1. Lips close the mouth.
2. Lips also help in ingestion.

(2) ORAL CAVITY

It is a wide cavity supported by bones of skull

  • Cheeks form side walls.
  • Tongue forms floor
  • Palate forms roof
  • Jaws form roof boundary of mouth.

+ JAWS
Upper jaw is fixed while lower jaw is moveable. Both jaws bear teeth.

CONTENT OF CAVITY
Teeth and Tongue

+ TEETH
“The hard calcified structures, meant for mastication (chewing)”

NUMBER OF SETS
Humans have 2 sets of teeth ® DIPHYODONT

(1) DECIDUOUS
The 20 teeth of first dentition, which are shed and replaced by permanent teeth.

(2) PERMEMANT
The 32 teeth of second dentition, which begin to appear in human at about 6 year of age. It consisting of 8 incisors, 4 canines, 8 premolars and 12 molars.
+ Molars are absent in deciduous set.
HETERDONT They are embedded in gums -> THECODONT

STRUCTURE OF A TOOTH

Each tooth consist of 3 parts
1. CROWN
2. NECK
3. ROOT

FUNCTIONS
1. Incisors are cutting and biting teeth. Their flat sharp edges cut food into smaller pieces.
2. Canines are pointed teeth and poorly developed in humans. They are used in tearing, killing and piercing the prey.
3. Premolars and Molars are grinders and used for crushing the food.
4. Mastication increases surface are of food for action of enzymes.
5. If one attempt to swallow a food particle too large to enter ocsophagus, it may block the trachea and may stop ventilation.

“DENTAL DISEASES”

“A mixture of bacteria and salivary materials”

“A soft thin film of food debris, mucin and dead epithelial cells deposited on teeth, providing medium for growth of bacterias”
Plague plays an important role in development of dental caries, periodontal and gingival disease. Calcified plaque forms dental calculus.

PERIODONTAL DISEASES

Accumulation of plaque causes inflammation of gums. Continuous inflammation may spread to the root of tooth and destroy peridental layer. Eventually tooth becomes loose and falls off or may have to be extracted.

DENTAL CALCULUS

Plaque combine with certain chemicals in saliva which become harden and calcified forming deposits of calculus which cannot be removed by brushing.

DENTAL CARIES

When bacteria of plaque converts sugar of food into acid, the enamel (hardest substance of body, covers dentin of crown of teeth) is dissolved slowly. When dentine and pulp are attached, produce toothache and loss of teeth.

FACTOR CAUSING DENTAL CARIES

  • Prolonged exposure to sugary food stuff.
  • Disturbance of saliva composition
  • Lack of oral hygiene
  • Low levels of fluoride in drinking H2O
  • Add ‘flouride’ in drinking H2O or milk
  • Take ‘flouride’ tablet
  • Use ‘flouride’ tooth paste.

Tongue is a muscular fleshy structure forming floor of oral cavity. Tongue has

It is attached posteriorly and free anteriorly

  • Taste buds respond to sweet, salt, acid and bitter taste, only when these substances are dissolved in H2O of saliva.
  • Taste buds are most numerous on sides of vallate papillae. They are absent on mid dorsal region of oral part of tongue.

TONGUE PAPILLAE

Papillae are projections of mucous membrane which gives characteristic roughness to the tongue. These are of 3 types

FUNCTIONS
1. Its function is ‘Spoon-like’.
2. It mixes the masticated food with saliva
3. It helps in swalloing
4. It helps in sucking and testing food.

SALIVARY GLANDS

3 pairs of salivary glands.

(1) PAROTID
Lies at base of pinnae.
It is supplied by IX cranial nerve.

(2) SUB LINGUAL
Lies at base of tongue.
Supplied by VII cranial nerve.

(3) SUB MANDIBULAR
Lies at base of lower jaw.
Supplied by VII cranial nerve

FUNCTION
These three pairs produce about 1.5dm3 of saliva each day.
These glands are supplied by Parasympathetic Nervous System. Fibers of parasympathic N.S lie in Cranial nerves. These nerves increase their secretion.

It is a watery secretion containing 95% H2O, some mucous, amylase and Lysozyme enzyme.

  • Salivation is brought about by “Parasympathetic Nervous System.”
  • Saliva is secreted in response to the sight, thought, taste or smell of food.

FUNCTIONS
1. Mucous of Saliva moistens and lubricates the food particles prior to swallowing.
2. Salivary Amylase or Ptylin begins digestion of starch, first to dextrins and then to maltose (dissacharide).
3. Lysozyme destroys the oral cavity pathogen bacteria. It has a cleansing action.
4. Water in Saliva, dissolve some of the molecules in food particle then they react with chemo receptors in taste buds, giving sensation of taste, hence, the H2O enables taste buds to respond.
5. Saliva is fully saturated with calcium and this prevents decalcification of teeth.
6. Saliva makes speech possible by moistening the mouth it is not possible to talk if the mouth is dry.
7. It acts as a lubricant and enables a bolus (a rounded mass of semi-solid, partially digested food particles stick together by mucus) to be formed. The tongue pushes bolus into pharynx.

The musculo-membranous passage between mouth and posterior nares and the larynx and oesophagus.

It contains opening of oesophagus, glottis, Eustachian tube and internal nostrils.

NASOPHARYNNX
The part above the level of soft palate is NASOPHARYNX, which communicates with auditory tube.

OROPHARYNX
It lies between soft palate and upper edge of the epiglottis.

HYPOPHARYNX
It lies below the upper edge of epiglottis and opens into larynx and oesophagus.

FUNCTION -> SWALLOWING

Swallowing in its initial stages is voluntary but involuntary afterwards.

MECHANISM
1. As the bolus of food moves into the pharynx, the soft palate is elevated and lodges against the back wall of pharynx sealing the nasal cavity and preventing food from entering it.
2. The swallowing center inhibit respiration, raises the larynx and closes the glottis (opening between vocal cords), keeping food from getting into trachea.
3. As the tongue forces the food further back into the pharynx, the bolus tilts the epiglottis backward to cover the closed glottis.
4. This pharyngeal act of swallowing lasts about 1 second.

4. OESOPHAGUS

This is a narrow muscular tube of about 25cm long. It connects pharynx to stomach. It passes through the thoracic cavity and penetrates the diaphragm, then it joins the stomach a few cms below the diaphragm.

MUSCLES OF OESOPHAGUS

Upper-one third is surrounded by skeletal muscles.
Lower two-third is surrounded by smooth muscles.

SPHINCTERS (MUSCULAR VALVES)
1. Skeletal muscles, just below pharynx surrounding oesophagus form Upper Oesophageal Sphincter.
2. Smooth muscles in last 4 cm of oesophagus forms Lower Oesophageal Sphincter. It seals the exit of food.

FUNCTION
It conveys the food or fluid by Peristalsis.

Alternate rhythmic contraction and relaxation waves in the muscle layers surrounding a tube are called Peristaltic Waves.
It is the basic propulsive movement of GIT.

An oesophageal peristaltic wave takes about ‘9 sec’ to reach stomach. Bolus is moved toward stomach by progressive peristaltic wave which compresses the lumen and forces the bolus ahead of it.

Peristalsis in opposite direction, i.e. from stomach towards pharynx.

Anti peristalsis begins to occur, some minute before vomiting appears. The initial events of anti peristalsis may occur repeatedly without vomiting, called RETCHING. 1. Vomiting begins with a deep inspiration, closure of glottis and elevation of soft palate.
2. Abdominal and thoracic muscles contract, raising intradominal pressure.
3. Stomach is squeezed, lower oesophageal sphincter relaxes allowing expulsion of stomach content into oesophagus in form of VOMITUS.

5 OESOPHAGUS

Stomach is a hollow, muscular, distensible bag like organ.

LOCATION
Lying below the diaphragm on the left side of abdominal cavity.

STRUCTURE
It has 3 regions.

This is the anterior region which joins the oesophagus through a cardiac sphincter. It has muscous glands which helps in lubrication of food.

The middle portion is body of stomach. The part to the left and above the entrance of oesophagus is called FUNDUS of stomach. Body of stomach contain gastric glands. Gastric glands contain 3 types of cells.

MUCOUS CELLS

  • These cells are present at opening of gastric glands and secrete mucous.
  • It lubricates the food and passage.
  • It also protects the epithelium from self digestion by pepsin.

OXYNTIC / PARIETAL CELLS

  • They lie deeper within the glands and secrete dilute HCl having a pH of 1.5 – 2.5.
  • Kills microbes
  • Solublization of food particles.
  • Activate the inactive enzyme pepsinogen into Pepsin.

CHIEF CELL / ZYMOGEN CELLS

  • Deeper in the glands and secrete enzyme precursor Pepsinogen.
  • After converting into Pepsin, it acts upon proteins and convert them into short chain polypeptides, Peptones.

The collective secretion of the above mentioned 3 cells is called as GASTRIC JUICE

PYLORIC REGION

The posterior region is the terminal narrow pyloric region or Antrum. It opens into duodenum through pyloric sphincter / pylorus.

ITS SECRETION -> GASTRIN

This region does not secrete acid. It secretes mucous, pepsinogen and a hormone GASTRIN. Endocrine cells which secrete GASTRIN are scattered throughout epithelium of antrum.

Partially digested proteins.

Activate gastric glands to produce gastric juices.

“RENIN”-ADDITIONAL ENZYME IN INFANT

In infants, RENIN is secreted which curdles the milk.

FUNCTION OF STOMACH

(1) STORAGE OF FOOD
Pylorus acts as a valve and retain food in the stomach for about 4 hours. Periodic relaxation of pylorus releases small quantities of chyme into duodenum.

(2) MECHANICAL DIGESTION
The weak peristaltic waves also called mixing waves move along the stomach wall once every 20 seconds. These waves not only mix the food with secretions but also move mixed contents forward.

(3) CHEMICAL DIGESTION
Gastric juice converts food to a creamy paste called CHYME.

6. SMALL INTESTINE

The small intestine is a coiled tube approximately 6 meters long and 2.5 cm wide, leading from stomach to large intestine. It fills most of the abdominal cavity.

It begins after pyloric stomach and ends at jejunum. Its length is about 30cm.

SECRETION
Pancreatic juice from pancreas by pancreatic duet and bile from gall bladder by common bile duct act on chyme from stomach. Both ducts open via a common opening in duodenum.

SYNTHESIS, STORAGE AND SECRETION

Bile is made in liver and enters the duodenum via the bile duct. It stores in gall bladder.

Bile is yellow in colour but changes to green due to exposure to air.

+ BILE SALTS
These are sodium salts of compounds of cholestrol. NaHCO3 is also present which neutralizes the acidity of gastric juice and make the chyme alkaline.
The main bile salts are for emulsification of fats.
EMULSIFICATION Break down of large fat particles into small droplets so that they can mix well with H2O to form emulsions.

+ BILE PIGMENTS
BILIRUBIN and BILIVERDIN are excretory products formed by breakdown of haemaglobin of worn out RBCs in the liver.

ACTION OF ‘CHOLECYSTOKININ (CCK)’

CCK is a hormone and produced by cells of small intestine.

STIMULI FOR HORMONE RELEASE
Fatty food in duodenum.

ACTION
CCK is released in blood and reaches to gall bladder and causes it to contract. Due to contraction of gall bladder, bile enters the duodenum.

‘PANCREATIC JUICE’

Pancreatic juice is produced in pancreas by its exocrine function and secreted via pancreatic duct. It is a colourless fluid.

ACTION OF SECRETIN
Secretion is also a hormone and produced by cells of small intestine.

STIMULI
Acid (HCl) carried with chyme in small intestine.

ACTION
It increases the secretion of pancreatic juice and also increases bicarbonate secretion in bile.

CONSTITUENTS

(1) TRYPSIN (PROTEASE)
It is secreted in an inactive form called Trypsinogen which is activated by action of an enzyme produced by duodenum called enterokinase.

ACTION
Break proteins and long chain polypeptides into small peptide fragments.

(2) CHYMOTRYPSIN (PROTEASE)
It is also secreted in inactive form, Chymotrypsinogen which is converted into chymotrypsin by action of Trypsin.

ACTION
Converts casein (milk proteins) into short chain peptide.

(3) AMYLASE
It is similar to salivary amylase. It acts on polysaccharides (Glycogen and Starch) and convert them into maltose (a disaccharide).

(4) LIPASE
It acts on emulsified fat droplets. It splits off lipid into fatty acid and glycerol, hance the digestion of fat is completed in duodenum.

It extends from duodenum to illeum. It is 2.4 meters long. Here the digestion of food is completed.

COLLECTION OF PEPTIDASES, EREPSIN
Peptidases complete the breakdown of polypeptide into amino acids.

NUCLEOTIDASE
It converts nucleotides into nucleoside. End products of digestion, i.e, monosaccharide and A.As are liberated in lumen of small intestine for absorption in ileum.

It is the last and longest part of small intestine. Its length is about 3.6 meters long. It contains digested food in true solution form.

STRUCTURE
The inner wall (Mucosa and Submucosa) of small intestine is thrown into various folds. These folds have finger-like microscopic projections called villi.

VILLI
Each villus is lined with epithelial cells having microvilli on their free surfaces.
Their walls are richly supplied with blood vessels and lymph vessels called Lacteals. Some smooth muscles are also present in villi.

MECHANISM OF ABSORPTION
Major function of ileum is absorption of digested food, which is facilitated by highly folded inner wall of intestine with villi on their surfaces.
This increases the absorptive area. Villi are able to move back and forth due to muscle fibers in them.

  • The monosaccharide and A.As are absorbed into blood capillaries by Diffusion or Active Transport.
  • Fatty acid and glycerol enter epithelial cells of villi, covert into triglycerols and enters Lacteals and pass into blood stream.

BLOOD DRAINAGE OF INTESTINE
All capillaries converge to form hepatic portal vein, which delivers absorbed nutrients to liver.

7. LARGE INTESTINE

Small intestine opens into large intestine, which is a large diameter tube about 6.5 cm. It is not coiled by relatively has 3 straight segments.
+ Caecum
+ Colon
+ Rectum

+ CAECUM
Caecum is a blind ended pouch placed in the lower right side of abdominal cavity. It gives a 10cm long finger like projection, Appendix. Appendix is a vestigial organ, i.e. an organ present in rudimentary form and has no function but has well developed function in ancestors.

FUNCTION
Symbiotic bacteria, present in caecum, help in digestion of cellulose, which is not digested by man, as enzyme for digestion is absent.

+ COLON
Colon is longest part and has 3 regions :
+ Ascending colon
+ Transverse Colon
+ Descending Colon
-> SIGMOID COLON is terminal part of Descending Colon.

FUNCTION
Inorganic salts, water and mineral absorbed in colon. Some metabolic waste products and excess calcium of body as salts are excreted into large intestine. Each day 500 ml of intestinal content enter the colon and during its passage the amount reduced to 150 ml due to absorption of H2O.

+ RECTUM
Rectum is last portion, it stores faeces for some time.
When the faeces enter into rectum, it brings about a desire for defecation. The process by which faeces passes out is called Egestion.

SYMBIOTIC BACTERIA
Many symbiotic bacteria in large intestine provide the body with a source of vitamin and A.As, especially vitamin B complex and K, which are absorbed in blood stream. Administration of Broad-spectrum antibiotics destroys these bacteria and a vitamin deficiency results, which is then make up by vitamin intakes.

External opening of digestive system is ANUS.

SPHINCTERS
Two sphincters surround the anus:
+ Internal Sphinter -> made up of smooth muscle and under Autonomic control (involuntary control).
+ Outer Sphincter -> made up of skeletal muscle and under Somatic Control (voluntary control).

FAECUS
Faecus consists of:
Dead bacteria, cellulose, Plant fibers, dead mucosal cells, mucous, cholesterol, bile pigment derivatives and H2O.
(DIAGRAM “DIGESTIVE SYSTEM” FROM BOOK XI)

Liver is the largest organ and gland of body. It weighs about 1.5 kg . It is also called ‘HEPAR’.

COLOUR
It is reddish brown in colour.

LOCATION
It lies below the diaphragm on right side.

LOBES OF LIVER
Liver has 2 lobes, i.e. Right and Left. Left is further divided into two lobes.

FUNCTIONS OF LIVER

‘AS A METABOLIC FACTORY’
It maintains the appropriate level of nutrients in blood and body. It is performed in 3 ways.
A. GLUCOSE METABOLISM
1. Additional (Surplus) Glucose is converted into Glycogen by action of INSULIN after every meal. This is called Glycogenesis.
2. Glycogen is splitted into Glucose for body needs. This is called Glycogenolysis.
3. New glucose for body requirement is formed by non-carbohydrate compounds. This is called Gluconeogenesis.

B. A.AS METABOLISM
A.As are also stored after deamination (removal of NH2 group), which forms Urea.

C. FATTY ACID METABOLISM
It also processes F.As and stores the products as Ketone Bodies, which are released as nutrients for active muscles.

‘AS A DETOXIFICATION CENTER’
Poisons and toxic substances, which can harm the body, are degraded into harmless compounds. It excrete out bile pigments and waste products.

‘AS A STORAGE ORGAN’
It stores vitamins and also produces proteins and coagulating factors of blood.

GALL BLADER

It lies on undersurface of liver, a pear shaped organ.

FUNCTION
It concentrates and stores the bile secreted by liver.

BILIARY TRACFT

Two hepatic ducts from liver bring bile and join the cystic duct from gall bladder. This form common bile duct, which joins Pancreatic duct coming from pancreas bringing pancreatic juice. These 2 ducts open into duodenum at same opening.

A large elongated gland situated transversely behind the stomach, between spleen and duodenum.

PARTS OF PANCREAS

KOPF
It is the right extremity and directed downwards.

TAIL
Left extremity is transverse and terminates close to spleen.

BODY
The main portion in middle.

Pancreatic duct opens into duodenum with common bile duct and delivers pancreatic juices.

WORKING AS A GLAND

It works both as an endocrine and exocrine gland.

ENDOCRINE PANCREAS

Endocrine part consists of ISLETS OF LANGERHANS.
The islets contain.

α cell (ALPHA)
Produce GLUCAGON which increases blood glucose level.

β cell (BETA)
Produce INSULIN which reduces blood glucose level.

Δ cell (DELTA)
Produce Somatostatin (SS) which inhibit the release of many harmones.

P P cells
Secrete pancreatic polypeptide.

EXOCRINE PANCREASE

The exocrine part consists of pancreatic acini. Acini are secretory unit that produce and secrete pancreatic juice into duodenum which contain enzymes essential to digestion.

DISORDERS OF ‘GIT’

Abnormal frequency and liquidity of fecal discharges. It is the rapid movement of fecal matter through large intestine.

ENTRITIS
It may be caused by infection of intestinal wall (mucosa) by a virus or bacteria. Due to infection, mucosa becomes irritated and motility of intestinal wall increases.

CHOLERA
Cholera is a bacterial disease caused by VIBRIO CHOLERA. It can cause diarrhoea. It causes extreme amount of HCO3- (bicarbonates ion) and Na and H2O to be secreted in faeces. It may causes death.

PSYCOGENIC DIARRHOEA
It is caused by nervous tension. In the young and elderly, diarrhoea may lead to a serious depletion of H2O and inorganic salts.

Acute inflammation of intestines especially of the colon.

Pain in abdomen, tenesmus (straining), frequent stool containing blood and mucus.

PROTOZOA. (like amoebic dysentery)

Infrequent or difficult evacuation of faeces. OR Slow movement of faeces through large intestine.
Faeces becomes hard due to long time available for H2O absorption.

Irregular bowel habits that have developed through a life time of inhibition of normal defection reflaxes.

Also called HAEMORRHOIDS Varicose dialatation of veins occurring in relation to anus, resulting from a persistence increase in pressure.

EXTERNAL PILES
Venous dialatation covered with modified anal skin.

INTERNAL PILES
Dilatation of veins covered by mucous membrane.

CONSTIPATION
The pressure exerted to defecate stretches skin with vein and causes dilation.

Can be avoided by regular habit of defecation and by use of fiber diet.

Impairment of the power or function of digestion, usually applied to epigastria discomfort following meals.

May be due to peptic ulcer.

  • Heart burn.
  • Flatulence (distended with gas)
  • Anorexia, nausea, vomiting with or without abdominal pair.

FUNCTIONAL / NON-ULCER DYSPEPSIA

Dyspepsia in which symptoms resemble those of peptic ulcer, although no ulcer is detectable. It is caused by disturbance in moter function of alimentary tract.

Since pepsin, is a protein digesting enzyme, it may digest the stomach wall, the first part of duodenum or rarely lower part of oesophagus where stomach juices frequently refluxes. This condition is called Peptic Ulcers.

  • Excessive secretion of acid and pepsin.
  • It may be hereditary.
  • Psychogenic factors.

Complications of peptic ulcers are perforation, haemorrhage and obstruction. INVESTIGATIONS
1. Acid output of stomach is studied.
2. Ulcers cavity may be shown up on X-rays after ingestion of insoluble barium sulphate (Barium meal).
3. It may be seen using optical instrument passed down through oesophagus (endoscopy)

Also called GASTRO-ENTRITIS

INFECTION
By bacteria, virus, protozoa. ‘Salmonella’ species are very common.

NON-INFECTIOUS
Allergy, irritating food or drink.

Vomiting and diarrhoea within 48 hours.

Any disorder of nutrition due to unbalanced diet or due to defective assimilation or utilization of foods.
An organism may be deficient or may receives excess of one or more nutrients for a long period of time.

Deficiency is known as under-nutrition. It is most common problem of under developed countries.

Excess is known as over-nutrition. Obesity with heart problems and reduced life expactency are its symptoms and are more common in developed countries.

(9) OBESITY AND OVER WEIGHT

Increase in body weight beyond the limitation of skeletal and physical need as the result of accumulation (excessive) of fat in the body.
It is the most common nutritional disorder. It is most prevalent in middle age. It may be hereditary or family tendency over weight results in rate of mortality.

Loss or lack of appetite for food is called Anorexia.

ANOREXIA NERVOSA
An eating disorder affecting young females, characterized by refusal to maintain a normal minimal body weight, intence fear of gaining body weight, intense fear of gaining weight or becoming obese. Sometimes accompanied by spontaneous or induced vomiting.

Exclusively found in women and the age of onset is slightly older than for anorexia.
Recurrent episodes (bouts) of binge (uncontrolled) eating. Lack of self control over eating during binges.
Attacks occur twice a week and involve rich foods such as cakes and chocolates and dairy products.


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Informationen zum Autor

Mitgliedschaften

Department of Molecular and Cell Biology, University of Connecticut, Storrs, CT, USA

Pacific Biosciences Research Center, Kewalo Marine Laboratory, University of Hawai‘i at Mānoa, Honolulu, HI, USA

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Beiträge

The authors contributed equally to all aspects of the article.

Corresponding authors


The gut of a newborn

The bacteria that settle in a newborn&rsquos gut play a crucial role in their overall health throughout their life. The gut bacteria continuously evolve and change as the baby is introduced to different foods, which is why it&rsquos so important to feed babies the right food.

Other factors that can influence the way babies&rsquo guts develop include whether they were breast-fed or bottle-fed, as well how they were born &ndash naturally or by C-section.

The most common strains of gut bacteria in newborns are Enterobacteriaceae und Staphylococcus over time, the gut also hosts Bifidobacteria. This last bacterium has genes that help break down lactose, the primary sugar in milk.


Bryozoa

Feeding and Digestion

Digestion in ctenostome bryozoans is believed to be extracellular, although little is actually known about the digestive physiology . From observations of lophophore and gut activity, it is apparent that much energy is spent in the capture, manipulation, and digestion of food( Video Clip 1 ). Raw food particles are generally small, unicellular, and compact, including diatoms, green algae, cyanobacteria, and protists. Most digestion occurs in the stomach, where combined effects of internal ciliation, muscular mixing, and chemical action gradually reduce the size and volume of food particles. No further change is seen in gut contents as they are passed through the intestine to the rectum.