tarmens mikrobiota

I mavesækken og den første del af tyndtarmen, hvor miljøet er surt, er tætheden af bakterier ikke særlig høj og ligger mellem 100 og 10.000 bakterier per gram. Ned gennem tyndtarmen stiger både bakterietætheden og diversiteten af bakteriesamlingen. I tyktarmen er tætheden af bakterier meget høj, bl.a. fordi der foregår en absorption af vand ud af tarmen til kroppen, som betyder at det mikrobielle samfund koncentreres.

Det anslås, at bakterietætheden i den sidste del af tyktarmen og i fæces er cirka 10¹² (tusind milliarder) bakterieceller per gram, og at voksne mennesker har omkring 10¹⁴ (hundrede billioner) bakterier i hele tarmen. Sammenlagt vejer tarmbakterierne typisk 1-2 kg og udgør omkring 60 % af afføringen.

Der findes over 1000 forskellige bakteriearter i tarmene hos mennesker, og hver person skønnes at have 160 arter i gennemsnit. Bakterier opdeles efter, hvor tætbeslægtede de er ved at bruge et biologisk klassifikationssystem kaldet fylogeni. I systemet dækker en division eller række (fylum) over en meget bred gruppe af bakterier, en slægt dækker over en mindre gruppe af bakterier tilhørende en bestemt division og en art er en samling af tætbeslægtede bakterier, som differentieres i stammer. Altså hører en bakteriestamme til en bestemt art, som hører under en bestemt slægt, der hører under en bestemt division. De fleste tarmbakterier tilhører de to divisioner Bacillota (tidligere kaldet Firmicutes) og Bacteroidota (tidligere Bacteroidetes), som tilsammen udgør op til 90 procent af tarmbakterierne hos voksne. Resten af bakteriearterne tilhører de tre divisioner Actinomycetota (tidligere Actinobacteria), Verrucomicrobia, og Pseudomonadota (tidligere Proteobacteria).

En af de mest kendte bakterieslægter (genera), Bifidobacterium, som regnes for markører for en sund tarm, hører til divisionen Actinomycetota. Mange af de potentielt sygdomsfremkaldende slægter, som forekommer i tarmen, herunder Salmonella, Klebsiella og Escherichia (fx E. coli), tilhører divisionen Pseudomonadota.

I tarmen findes både vira, som specifikt inficerer kroppens celler, og vira, der specifikt inficerer bakterier (bakteriofager). Alle vira, som naturligt befinder sig i et afgrænset miljø, betegnes som et virom. Altså kaldes de vira, som findes i tarmene, for tarmens virom. De naturligt forekommende bakteriofager i tarmene har stor indflydelse på sammensætningen og opretholdelse af balancen af tarmbakterier. Sygdomsfremkaldende vira er som regel ikke en del af tarmens virom og inficerer typisk tarmene gennem kontaminerede mad- og drikkevarer.

I tarmen findes flere forskellige typer af eukaryote organismer, bl.a. orme, protozoer og svampe. De kan enten være skadelige, gavnlige eller uden påvirkning i nævneværdig grad alt efter typen og forholdene i tarmen. Omkring en procent af tarmmikrobiotaen er svampe, hvoraf de fleste tilhører gærsvampslægten Candida. Ellers er der fundet arter fra slægter som i Aspergillus og Cryptococcus. Forskellige svampearter kan dæmpe immunreaktioner og påvirke sammensætningen af tarmbakterier.

Da bakterier er den langt mest velstuderede gruppe af organismer i tarmen, vil de følgende afsnit tage udgangspunkt i denne type af mikroorganismer.

I fostertilstanden er menneskets tarm normalt helt uden bakterier, men allerede under fødslen kommer de første bakterier ned i tarmen. Det sker, når barnet kommer i kontakt med bakterierne fra fødselskanalen og fra hudområdet ved moderens endetarm. Disse første bakterier er bl.a. vigtige for udviklingen af et velfungerende immunsystem.

I barnets første levetid vil tarmkanalen typisk være domineret af bestemte bakteriearter af slægten Bifidobacterium, som er gode til at udnytte næringen i modermælk. Efterhånden som barnet overgår til at spise den samme kost som de voksne, øges bakteriediversiteten i tarmen, typisk til barnet er ca. tre år. Herefter forbliver det forholdsvis stabilt gennem voksenlivet. I alderdommen falder diversiteten dog typisk lidt igen.

Selvom tarmbakterierne kan udnytte dele af kosten som kroppen ikke selv kan, fx fibre, så spiller bakterierne ikke en stor rolle for energiomsætningen hos mennesker. Hos andre dyr, fx drøvtyggere, er bakteriernes bidrag til udnyttelsen af energi fra fibre og plantemateriale langt større og en nødvendighed for deres overlevelse. Hos mennesker antages det, at hvis kostens fiberhold er højt, kan tyktarmens mikrobielle omsætning bidrage med op til ca. 10 procent af det samlede energiforbrug. Det sker ved, at bakterierne omsætter fiberbestanddele, der ikke kan fordøjes af kroppens egne enzymer, til kortkædede fedtsyrer, som optages via tyktarmen.

Bakteriernes omsætning af proteiner og aminosyrer fra kosten resulterer i slutprodukter, hvoraf mange er potentielt skadelige for kroppen, men enkelte har en gavnlig effekt på immunsystemet. En del af de stoffer, som bakterier kan danne, kan fungere som signalstoffer til hjernen.

Ikke kun bakteriernes produkter, men også bakterierne selv kan interagere med kroppen. Bestemte strukturer på bakteriernes overflade påvirker receptorer på tarmvæggens overflade. På den måde kan immunsystemet afkode, om det er skadelige bakterier, eller om det er bakterier, som naturligt skal befinde sig i tarmen. Denne type af interaktion er nødvendig for en naturlig udvikling af immunsystemet, især hos små børn.

Det sendes hele tiden signaler mellem tarmen og hjernen i form af hormoner og andre signalstoffer (neurotransmitterer) samt nervesignaler. Denne kommunikation foregår i begge retninger og kaldes tarm-hjerneaksen (engelsk gut-brain axis). Tarmens mikrobiota er involveret i at regulere både følelser og adfærd, og en uhensigtsmæssig sammensætningen af tarmbakterier, typisk kaldet dysbiose, er forbundet med psykiske lidelser som angst, depression, skizofreni, samt autismespektrumforstyrrelser.

Hvis sammensætningen af mikroorganismer i tarmen er forstyrret eller i ubalance, kaldes det dysbiose. Udover førnævnte psykiske lidelser er dysbiose set i sammenhæng med flere sygdomme som allergi, inflammatorisk tarmsygdom og hjertesygdom.